《全球氫能觀察2021》系列研報之四：全球氫能應(yīng)用發(fā)展趨勢觀察

隨著全球產(chǎn)業(yè)技術(shù)快速發(fā)展，氫能應(yīng)用正從化工原料向交通、建筑及儲能領(lǐng)域快速滲透，未來還將在氫冶金、綠氫化工、氫儲能、混合能源系統(tǒng)、智慧能源系統(tǒng)中得到全面應(yīng)用。根據(jù)國際能源署可持續(xù)發(fā)展情景預(yù)測，到2030年，全球氫能終端應(yīng)用對氫氣的需求預(yù)計將達到9000萬噸左右，如此龐大的氫能需求，如何在世界各領(lǐng)域內(nèi)更為有效的運用，又有哪些應(yīng)用能從綜合成本、碳減排、需求競爭力等因素中脫穎而出?本篇將以氫能應(yīng)用技術(shù)情況、多種應(yīng)用方式成本對比及各情景下氫能應(yīng)用的競爭力為視角，對未來全球氫能應(yīng)用發(fā)展趨勢進行梳理，同時關(guān)注國內(nèi)氫能應(yīng)用場景的布局，讓我們一起開啟氫能新視野。

氫能將在多領(lǐng)域成為最具競爭力的碳減排解決方案

在國際氫能委員會(Hydrogen Council)在《氫能洞察》報告中，梳理預(yù)測了未來各領(lǐng)域氫能應(yīng)用與傳統(tǒng)能源和低碳替代能源的競爭力對比。從總體擁有成本(TCO)的角度來看，在全球制氫、儲運、配送成本快速下降的趨勢下，氫能在各領(lǐng)域的應(yīng)用潛力將逐步凸顯，到2030年，氫能可在22種終端應(yīng)用中成為最具競爭力的減碳解決方案，包括煉油、化肥、商用車、長途卡車運輸、航運和氫冶煉等應(yīng)用領(lǐng)域。(見圖1)。

圖1 未來各終端氫能應(yīng)用的競爭力預(yù)測

其中四種終端應(yīng)用擁有附加成本驅(qū)動因素：全球控制碳排放的背景下，綠氫應(yīng)用為傳統(tǒng)化工、煉油等領(lǐng)域深度脫碳;通過氫能直接還原鐵和廢鋼的綠色技術(shù)路線，助力冶煉領(lǐng)域降低碳排壓力及提高成本競爭力;隨著燃料電池技術(shù)的改進，提高氫在交通運輸領(lǐng)域的傳統(tǒng)能源替代率;以及氫或氫基燃料的新型應(yīng)用。這些應(yīng)用隨著未來各國對環(huán)境要求的提高、政府目標(biāo)、能源安全、終端應(yīng)用客戶的需求(無碳方案重視的提高)、ESG投資、和能源的“綠色溢價”等因素都將影響各領(lǐng)域具體的投資和購買決策。例如，在新冠疫情背景下全球航空、游輪、集裝箱運輸和鋼鐵行業(yè)正在努力推動更為環(huán)保的市場重啟。

應(yīng)用成本下降助力氫能在各領(lǐng)域加速推廣

根據(jù)2030年各領(lǐng)域中傳統(tǒng)技術(shù)與氫應(yīng)用成本對比預(yù)測(見圖2)，可以看到，以1.6-2.3美元/千克的氫能終端應(yīng)用成本計算，在不考慮碳排成本的情況下，氫能僅在大型公路運輸應(yīng)用(不包括乘用車)方面具有競爭力。若增加各領(lǐng)域碳排放成本(以100美元/噸CO2計算)，氫能將在大多數(shù)道路運輸和工業(yè)應(yīng)用中具有顯著的成本優(yōu)勢(見圖3)。

圖2 2030年傳統(tǒng)技術(shù)與氫應(yīng)用成本優(yōu)勢對比預(yù)測(無碳成本)

圖3 2030年傳統(tǒng)技術(shù)與氫應(yīng)用成本優(yōu)勢對比預(yù)測(碳成本：100美元/噸)

工業(yè)應(yīng)用方面，氫的制、儲、運成本下降對其應(yīng)用競爭力的提升尤為重要。其中在煉油領(lǐng)域，未來十年內(nèi)氫原料將逐步轉(zhuǎn)向以綠氫供應(yīng);對于肥料生產(chǎn)，到2030年，歐洲生產(chǎn)的灰色氨每噸二氧化碳的成本將達50美元，屆時使用可再生能源生產(chǎn)的綠色氨將具有非常大的成本競爭力;鋼鐵是最大的工業(yè)二氧化碳排放源之一，亦可能通過應(yīng)用氫能成為成本最低的脫碳應(yīng)用之一，到2030年，經(jīng)氫冶煉的粗鋼成本僅為515美元/噸，同時每噸節(jié)省碳排成本45美元。

交通運輸方面，到2030年，燃料電池汽車(FCEV)可在不考慮碳排成本的情況下比多數(shù)傳統(tǒng)運輸方案有競爭優(yōu)勢，特別是在重型卡車和遠程運輸領(lǐng)域。在重載長距離運輸中，如果加氫端價格達到4.5美元/千克(包括制氫、儲運和加氫成本)，F(xiàn)CEV方案可在2028年實現(xiàn)與柴油車同價。此外，燃料電池在功率和續(xù)航時間要求非常高的領(lǐng)域(如重型礦用卡車等)提供了一種可行的替代方案。

同樣，氫能在列車、海運和航空領(lǐng)域也在不斷發(fā)展。預(yù)計到2030年，清潔氨作為運輸燃料將是集裝箱運輸脫碳的最具成本效益的方式，可與重質(zhì)燃油(HFO)實現(xiàn)平價，同時每噸節(jié)省碳排成本85美元。航空領(lǐng)域可以通過氫和氫基燃料實現(xiàn)具有競爭力的脫碳。中短程飛行航線可以通過使用液氫燃料替代原有燃油，每噸節(jié)省碳排成本90-150美元。遠程飛行航線可根據(jù)具體情況，使用氫合成燃料，每噸節(jié)省碳排成本可達200-250美元。

氫能在建筑和電力等其他終端應(yīng)用將需要更高的碳成本才能具有成本競爭力。然而，為了永久解決全球的大規(guī)模天然氣管網(wǎng)脫碳問題，天然氣摻氫應(yīng)用也將快速發(fā)展;因氫能儲運的機動性，還可以建立分布式能源網(wǎng)絡(luò)，做到區(qū)域或城市電力、熱能和冷能的聯(lián)合供應(yīng);同時，氫能作為一種備用電源解決方案，尤其是在數(shù)據(jù)中心等高功率場景下，也越來越受到重視。

氫能在我國未來能源體系中有豐富的應(yīng)用場景

當(dāng)前我國各地氫能發(fā)展方向多局限于燃料電池汽車領(lǐng)域，示范應(yīng)用主要集中在以公交車為主要應(yīng)用場景的交通領(lǐng)域，應(yīng)用場景單一，產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化突出。實際上，對于燃料電池技術(shù)路線更具優(yōu)勢的中重型卡車的示范運營尚未真正開展，而化工、冶煉、軌道交通、航空航天、分布式發(fā)電、熱電聯(lián)供等其他領(lǐng)域仍需全面挖掘氫能價值和潛力。

石油及化工領(lǐng)域是我國氫能發(fā)展的催化劑，一方面是因為用氫需求大，能夠以規(guī)模效益來降低氫氣供應(yīng)鏈成本，另一方面是企業(yè)相對集中，可在基礎(chǔ)設(shè)施等方面率先行動，并帶動全社會氫能發(fā)展。未來隨著工業(yè)脫碳要求的提高，配備CCUS技術(shù)生產(chǎn)的藍氫將作為向綠氫過渡階段的主要氫源，后續(xù)隨著可再生能源制氫成本的下降，傳統(tǒng)煉化、化工生產(chǎn)用氫氣將逐步替代為綠氫，實現(xiàn)化工領(lǐng)域的深度脫碳。

鋼鐵行業(yè)碳排放占全國碳排放的18%，僅次于電力行業(yè)，是碳中和的重要責(zé)任主體，而氫冶金技術(shù)可助力鋼鐵行業(yè)深度脫碳。氫冶金是將氫氣代替焦炭作為高爐的還原劑，以減少乃至完全避免冶煉生產(chǎn)中的二氧化碳排放。隨著氫冶金成本的逐步下降，同時傳統(tǒng)冶煉在碳中和背景下需疊加碳稅等成本，預(yù)計到2030年氫冶金成本對比傳統(tǒng)煉鋼將擁有成本和減排優(yōu)勢，氫冶金總量將實現(xiàn)規(guī)?；鲩L。

目前隨著國家燃料電池汽車示范城市政策的出臺，未來會極大促進燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各地會加大示范運行，提升企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力，加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。預(yù)計到到2030年，國內(nèi)燃料電池汽車年產(chǎn)量達到40萬輛，銷售量達到38.9萬輛，國內(nèi)保有量達到108萬輛，商用車平均成本達到50萬元，乘用車平均成本達到20萬元，交通領(lǐng)域氫氣需求量達到256.9萬噸左右。

根據(jù)我會預(yù)測，到2030年，我國氫氣年均需求量將達到4800萬噸，其中在能源方面的需求總量2000萬噸，在國內(nèi)能源需求體系中占比將達到2.3%。2030年，以綠氫和藍氫為主的氫能應(yīng)用將極大助力碳達峰目標(biāo)的實現(xiàn)，在預(yù)測的氫能供應(yīng)規(guī)模下，通過可再生能源電解水或配備碳捕獲、利用與封存(CCUS)技術(shù)獲取低碳氫替代電網(wǎng)電力和傳統(tǒng)化石能源生產(chǎn)，將產(chǎn)生至少1.8億噸/年的碳減排效應(yīng)。在我國能源轉(zhuǎn)型的過程中，氫能將作為重要的清潔能源和良好的能源載體，實現(xiàn)跨能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)同優(yōu)化，并助力工業(yè)、能源、交通、建筑等主要終端應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)低碳化轉(zhuǎn)型。