2023年氫能源行業(yè)專題分析 氫能的優(yōu)勢

2023年氫能源行業(yè)專題分析氫能的優(yōu)勢1.氫能的定義1.1氫能的優(yōu)勢氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源。能幫助可再生能源大規(guī)模消納，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)大規(guī)模調(diào)峰和跨季節(jié)、跨地域儲能，加速推進(jìn)工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域的低碳化。氫氣的制取方式多樣，產(chǎn)物無污染；氫能作為能量的主要利用方式是燃料電池，通過電化學(xué)反應(yīng)直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)化過程不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)化效率很高；此外，氫能可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、建筑、發(fā)電等領(lǐng)域。1.2氫氣的性質(zhì)氫氣制備的歷史。氫氣最早記載于十六世紀(jì)，瑞士煉金術(shù)士Paracelsus發(fā)現(xiàn)鐵同酸作用所產(chǎn)生的“空氣”是可燃的。1766年，英國化學(xué)家Cavendish第一次分離得到純凈的氫氣，并通過實(shí)驗(yàn)證明了氫氣同其他可燃性氣體的區(qū)別。1784年，Cavendish又通過實(shí)驗(yàn)證明氫氣在氧氣中燃燒生成水，隨后用電流把水分解成氫和氧。1783年，法國化學(xué)家Lavoisier將它命名為Hydrogen。Lavoisier是通過水蒸氣對赤熱鐵的作用而制得氫的。氫元素分布廣泛。氫元素在地殼中的豐度較高，為0.14%。在宇宙中氫是最富饒的一種元素，并且是星球中一切聚變過程的根源?；蠎B(tài)氫最常見形式是水和有機(jī)物(石油和煤炭、天然氣、生命體等)。較少情況下，存在為同氮、硫或鹵素的化合物（火山氣和礦泉水）。氫單質(zhì)分布稀少。自由態(tài)的氫氣單質(zhì)較為稀少，在大氣中僅約占107分之一。常存在于火山氣中，有時(shí)夾藏在礦物中，有時(shí)出現(xiàn)在天然氣中和少數(shù)某些絕氧發(fā)酵過程中。由于氫氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為0.61cm2/s（約為甲烷的4倍），所以氫氣會很快地從大氣圈中逃逸到外層空間。氫氣的物理性質(zhì)。天然界存在的氫主要是最輕的同位素1H。單質(zhì)氫是由兩個(gè)氫原子以共價(jià)鍵的形式結(jié)合而成的雙原子分子。氫氣是一種無色無味無嗅的氣體，在通常況下密度為0.08988g/L，約為空氣密度的十三分之一。用液態(tài)空氣對氫氣進(jìn)行冷凍，或?qū)⒏邏簹錃馔ㄟ^絕熱膨脹，都可以將氫氣液化。在減壓下令液氫蒸發(fā)，可以將氫凍結(jié)成固體。氫氣在常見溶劑中的溶解度很低。氫氣的化學(xué)性質(zhì)。由于組成氫氣的兩個(gè)氫原子之間存在較強(qiáng)的共價(jià)鍵，氫氣在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。1）氫氣具有可燃性。在點(diǎn)燃或加熱的條件下，氫氣很容易和多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。純凈的氫氣在點(diǎn)燃時(shí)，可安靜燃燒，發(fā)出淡藍(lán)色火焰，放出熱量，有水生成。2）氫氣具有還原性。氫氣的化學(xué)性質(zhì)活潑，與氧發(fā)生化合反應(yīng)生成水，容易發(fā)生燃燒和爆炸。3）氫氣具有氧化性。氫氣是由氫原子共價(jià)形成的雙原子分子，而每個(gè)氫原子可以分別獲得一個(gè)電子形成負(fù)氫離子，這種情況見于和強(qiáng)還原性金屬發(fā)生反應(yīng)。在工業(yè)上利用氫的化學(xué)性質(zhì)制備氫氣。這些方法大致可以分為三大類：質(zhì)子性溶劑的還原反應(yīng)(金屬同水或酸的作用，碳同水蒸氣的作用等)；氫化物或絡(luò)合氫化物的氧化反應(yīng)；含氫化合物的分解反應(yīng)(如烴類和水的分解)。2.氫能的分類2.1基于主要制氫工藝和碳排放情況劃分氫氣很難從自然界中直接大量獲取，需要依靠不同的技術(shù)路徑和生產(chǎn)工藝進(jìn)行制備。目前，主要制氫路徑包括化石能源重整、工業(yè)副產(chǎn)提純和電解水制氫。根據(jù)生產(chǎn)來源和碳排放量的不同，氫氣可以分為灰氫、藍(lán)氫、綠氫三種類型。灰氫是指通過化石重整（煤、天然氣）、工業(yè)副產(chǎn)（焦?fàn)t煤氣、化肥工業(yè)、氯堿、輕烴利用等）等生產(chǎn)的氫氣。取自化石燃料的氫，如來源于煤炭和天然氣的氫，排放相對較高，但成本更低?；覛涫钱?dāng)前的主流氫氣，約占全球氫氣產(chǎn)量的95%?；覛渲饕獞?yīng)用于內(nèi)部需求，即直接用于氫氣生產(chǎn)站點(diǎn)。藍(lán)氫是在灰氫的基礎(chǔ)上，將二氧化碳副產(chǎn)品捕獲、利用和封存（CCS）而制取的氫氣，是灰氫過渡到綠氫的重要階段。綠氫是利用可再生能源（如太陽能或風(fēng)能等）發(fā)電后，通過電解工序制取的氫氣。綠氫的制取技術(shù)路線主要為電解水，其碳排放可以達(dá)到凈零。此外，國外還將核能制氫稱為粉氫。粉氫是以來源豐富的水為原料，利用核能大規(guī)模生產(chǎn)的氫氣。熱化學(xué)循環(huán)工藝和高溫蒸汽電解都是有望與核能耦合的先進(jìn)制氫工藝。3.氫能的市場3.1氫能產(chǎn)業(yè)鏈氫氣的制取主要有化石能源重整、工業(yè)副產(chǎn)提純和電解水制氫三種方式。氫氣作為化工生產(chǎn)的原料和中間產(chǎn)品，通常會通過化石能源重整制氫，工業(yè)副產(chǎn)提純制氫等方式進(jìn)行制取。相比上述兩種方式，電解水制氫的原料和生產(chǎn)過程都以清潔能源為主，應(yīng)當(dāng)作為大力發(fā)展的最重要的制氫技術(shù)路線。目前，電解水制氫技術(shù)成熟度較低、產(chǎn)業(yè)尚未完全規(guī)模化，成本遠(yuǎn)高于其他幾種氫能生產(chǎn)方式。1）化石能源重整制氫。煤制氫歷史悠久，通過氣化技術(shù)將煤炭轉(zhuǎn)化為合成氣，再經(jīng)水煤氣變換分離處理以提取高純度的氫氣，是制備合成氨、甲醇、液體燃料、天然氣等多種產(chǎn)品的原料，廣泛應(yīng)用于煤化工、石化、鋼鐵等領(lǐng)域。煤制氫技術(shù)路線成熟高效，可大規(guī)模穩(wěn)定制備，是當(dāng)前成本最低的制氫方式。天然氣制氫技術(shù)中，蒸汽重整制氫較為成熟，也是國外主流制氫方式。天然氣制氫工藝的原理就是先對天然氣進(jìn)行預(yù)處理，然后在轉(zhuǎn)化爐中將甲烷和水蒸汽轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣等，余熱回收后，在變換塔中將一氧化碳變換成二氧化碳和氫氣的過程。為控制氫氣制取環(huán)節(jié)的碳排放，化石能源重整制氫需結(jié)合碳捕集與封存(CCUS)技術(shù)。CCUS是一項(xiàng)有望實(shí)現(xiàn)化石能源大規(guī)模低碳利用的新技術(shù)。2）工業(yè)副產(chǎn)提純制氫。以焦?fàn)t煤氣、輕烴裂解副產(chǎn)氫氣和氯堿化工尾氣等為主的工業(yè)副產(chǎn)氫由于產(chǎn)量相對較大且相對穩(wěn)定，也成為現(xiàn)階段氫氣的供給來源之一。工業(yè)副產(chǎn)氫氣主要分布在鋼鐵、化工等行業(yè)，提純利用其中的氫氣，既能提高資源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益，又可降低大氣污染，改善環(huán)境。焦?fàn)t煤氣。據(jù)中國氫能聯(lián)盟，每噸焦炭可產(chǎn)生焦?fàn)t煤氣約350-450立方米，焦?fàn)t煤氣中氫氣含量約占54%-59%。除用于回爐助燃、城市煤氣、發(fā)電和化工生產(chǎn)外，剩余部分可采用變壓吸附（PSA）提純技術(shù)制取高純氫。氯堿化工尾氣。大型氯堿裝臵多數(shù)配套鹽酸和聚氯乙烯等生產(chǎn)裝臵，以平衡氯氣并回收（60%左右的副產(chǎn)氫氣可以得到回收）。此外，甲醇及合成氨工業(yè)、丙烷脫氫(PDH)項(xiàng)目的合成氣含氫量在60%-95%之間，可通過純化技術(shù)制取滿足燃料電池應(yīng)用的氫氣。工業(yè)副產(chǎn)提純制氫可提供百萬噸級氫氣供應(yīng)，能為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期就近提供低成本、分布式氫源。但該路線同樣面臨碳捕捉封存問題，從中長期來看，鋼鐵、化工等工業(yè)領(lǐng)域需要引入無碳制氫技術(shù)替代化石能源實(shí)現(xiàn)深度脫碳，將從氫氣供給方轉(zhuǎn)變?yōu)樾枨蠓健?）電解水制氫技術(shù)。目前，電解水制氫技術(shù)主要有堿性水電解槽（AE）、質(zhì)子交換膜水電解槽（PEM）和固體氧化物水電解槽（SOEC）。其中，堿性電解槽技術(shù)最為成熟，生產(chǎn)成本較低。質(zhì)子交換膜電解槽流程簡單，能效較高，但因使用貴金屬電催化劑等材料，成本偏高。固體氧化物水電解槽采用水蒸氣電解，高溫環(huán)境下工作，能效最高，但尚處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。未來，可再生能源發(fā)電制氫的潛力很大。一方面作為全周期零碳排放技術(shù)，隨著可再生能源發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)，電解水制氫成本將持續(xù)下降。另一方面當(dāng)波動性可再生能源在電源結(jié)構(gòu)中占到較高比重時(shí)，單純依靠短周期儲能將無法滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行需要。氫的儲存主要有氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固體儲氫三種方式。高壓氣態(tài)儲氫已得到廣泛應(yīng)用，低溫液態(tài)儲氫在航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用，有機(jī)液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫尚處于示范階段。氣態(tài)儲氫。高壓氣態(tài)儲氫具有充放氫速度快、容器結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)階段主要的儲氫方式，分為高壓氫瓶和高壓容器兩大類。其中鋼質(zhì)氫瓶和鋼質(zhì)壓力容器技術(shù)最為成熟，成本較低。液態(tài)儲氫。液態(tài)儲氫具有儲氫密度高等優(yōu)勢，可分為低溫液態(tài)儲氫和有機(jī)液體儲氫。低溫液態(tài)儲氫將氫氣冷卻至-253℃，液化儲存于低溫絕熱液氫罐中，液化過程耗能大、易揮發(fā)、成本高、對隔熱裝臵要求苛刻。有機(jī)液體儲氫，利用某些不飽和有機(jī)物與氫氣進(jìn)行可逆加氫和脫氫反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)氫的儲存。有機(jī)液態(tài)儲氫安全性高，但存在著反應(yīng)溫度較高、脫氫效率較低、催化劑易被中間產(chǎn)物毒化等問題。固體儲氫。固態(tài)儲氫是以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料等作為儲氫載體，通過化學(xué)吸附和物理吸附的方式實(shí)現(xiàn)氫的存儲。固態(tài)儲氫具有儲氫密度高、儲氫壓力低安全性好、放氫純度高等優(yōu)勢，其體積儲氫密度高于液氫。但存在著吸放氫溫度偏高循環(huán)性能較差等問題。氫的輸運(yùn)方式主要有氣態(tài)輸運(yùn)、液態(tài)輸運(yùn)和固體輸運(yùn)三種方式。目前，我國氫能示范應(yīng)用主要圍繞工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫產(chǎn)地附近布局，氫能儲運(yùn)以高壓氣態(tài)方式為主。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，至2030年，車載儲氫將以氣態(tài)、低溫液態(tài)為主，多種儲氫技術(shù)相互協(xié)同，氫的輸運(yùn)將以高壓、液態(tài)氫罐和管道輸運(yùn)相結(jié)合。至2050年氫氣管網(wǎng)將密布于城市、鄉(xiāng)村，車載儲氫將采用更高儲氫密度、更高安全性的儲氫技術(shù)。氣態(tài)運(yùn)輸。高壓氣態(tài)輸運(yùn)可分為長管拖車和管道輸運(yùn)2種方式。高壓長管拖車是氫氣近距離輸運(yùn)的重要方式，技術(shù)較為成熟。管道輸運(yùn)是實(shí)現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長距離運(yùn)輸?shù)闹匾绞剑瑩?jù)中國氫能聯(lián)盟，管道運(yùn)行壓力一般為1.0至4.0MPa，具有輸氫量大、能耗小和成本低等優(yōu)勢，但建造管道一次性投資較大。在初期可積極探索摻氫天然氣方式，以充分利用現(xiàn)有管道設(shè)施。液態(tài)輸運(yùn)。液氫輸運(yùn)通常適用于距離較遠(yuǎn)、運(yùn)輸量較大的場合。據(jù)中國氫能聯(lián)盟，其中，液氫罐車可運(yùn)7噸氫，鐵路液氫罐車可運(yùn)8.4至14噸氫，專用液氫駁船的運(yùn)量則可達(dá)70噸。采用液氫儲運(yùn)能夠減少車輛運(yùn)輸頻次，提高加氫站單站供應(yīng)能力。目前，我國尚無民用液氫輸運(yùn)案例。固態(tài)輸運(yùn)。輕質(zhì)儲氫材料（如鎂基儲氫材料）兼具高的體積儲氫密度和重量儲氫率作為運(yùn)氫裝臵具有較大潛力。將低壓高密度固態(tài)儲罐僅作為隨車輸氫容器使用，加熱介質(zhì)和裝臵固定放臵于充氫和用氫現(xiàn)場，可以同步實(shí)現(xiàn)氫的快速充裝及其高密度高安全輸運(yùn)，提高單車運(yùn)氫量和運(yùn)氫安全性。氫的主要用途包括燃料用氫、原料用氫、儲能用氫三類。氫能可以在多個(gè)生產(chǎn)和消費(fèi)環(huán)節(jié)作為替代能源進(jìn)行使用，在重工業(yè)、交通、建筑、電力行業(yè)中均有不同的應(yīng)用場景，其中最主要的用途包括燃料用氫、原料用氫、以及儲能用氫三類。燃料用氫。主要場景包含重型道路交通、船運(yùn)、航空、發(fā)電等領(lǐng)域。氫氣易燃且熱值高，燃燒產(chǎn)物僅為水，不排放二氧化碳等溫室氣體，與傳統(tǒng)的化石燃料（石油、天然氣、煤炭）相比，氫是終端零排放的清潔能源，可作為供熱或供電的燃料。目前燃料用氫的應(yīng)用在全球范圍內(nèi)尚為有限，主要限制因素是燃?xì)漭啓C(jī)等設(shè)備設(shè)施的技術(shù)成熟度低、經(jīng)濟(jì)性不高，相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施和政策標(biāo)準(zhǔn)尚不完善。原料用氫。主要場景包含鋼鐵、化工等領(lǐng)域。氫氣是重要的工業(yè)氣體，氫元素的強(qiáng)還原性被用于多種化學(xué)反應(yīng)，是眾多化合物的基礎(chǔ)元素之一。化工行業(yè)需要用氫制備甲醇、合成氨等多種產(chǎn)品，冶鐵需要利用氫氣作為還原劑，多種高端材料的制造在生產(chǎn)流程中均需要使用氫氣進(jìn)行加工。儲能用氫。主要場景包含電力儲能領(lǐng)域。作為儲能的一種形式，在一定的環(huán)境條件和容器中儲存液態(tài)氫或氣態(tài)氫，或?qū)滢D(zhuǎn)換為化合物（如合成氨），增強(qiáng)氫能用于燃料/原料的靈活性。3.2全球氫能發(fā)展形勢及展望能源危機(jī)開啟了氫能開發(fā)和利用的探索之路。1973年10月第四次中東戰(zhàn)爭爆發(fā)，石油輸出國組織（OPEC）為了打擊對手以色列及支持以色列的國家，宣布石油禁運(yùn)，暫停出口，造成油價(jià)上漲。中東戰(zhàn)爭引發(fā)了全球的石油危機(jī)，美國為了擺脫對進(jìn)口石油的依賴，首次提出“氫經(jīng)濟(jì)”概念，認(rèn)為未來氫氣能夠取代石油成為支撐全球交通的主要能源。1960年至2000年，作為氫能利用重要工具的燃料電池獲得飛速發(fā)展，在航天航空、發(fā)電以及交通領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐充分證明了氫能作為二次能源的可行性。氫能產(chǎn)業(yè)在2010年前后進(jìn)入低潮期。2014年豐田公司“未來”燃料電池汽車的發(fā)布引發(fā)了又一次氫能熱潮。隨后，多國先后發(fā)布了氫能發(fā)展戰(zhàn)略路線，主要圍繞發(fā)電及交通領(lǐng)域推動氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從這些年的發(fā)展路線來看，這幾大陣營在氫能產(chǎn)業(yè)布局上各有側(cè)重，特點(diǎn)比較鮮明，比如，歐盟以制氫為突破口，發(fā)展氫儲能和天然氣管網(wǎng)摻氫等應(yīng)用；美國相對全面一些，關(guān)鍵材料、叉車、乘用車、重卡、分布式電站、備用電源等都有所布局；日本以燃料電池乘用車和家庭熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)為主；中國則以氫燃料商用車示范為主；沙特也利用其低成本優(yōu)勢拓展氫能布局。歐盟將氫能作為能源安全和能源轉(zhuǎn)型的重要保障。歐盟將氫能作為能源安全和能源轉(zhuǎn)型的重要保障。在能源戰(zhàn)略層面提出了《2005歐洲氫能研發(fā)與示范戰(zhàn)略》《2020氣侯和能源一攬子計(jì)劃》《2030氣侯和能源框架》《2050低碳經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略》等文件，在能源轉(zhuǎn)型層面發(fā)布了《可再生能源指令》《新電力市場設(shè)計(jì)指令和規(guī)范》等文件。歐盟燃料電池與氫聯(lián)合行動計(jì)劃項(xiàng)目(FCHJU)對歐洲氫能及燃料電池的研發(fā)和推廣提供了大量的資金支持。2014-2020年間預(yù)算總額為6.65億歐元。2013年，歐盟宣布在2014-2020年啟動Horizon2020計(jì)劃，預(yù)計(jì)將在氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)投入220億歐元的預(yù)算。2015年，英國低排放汽車辦公室批準(zhǔn)600萬英鎊（約970萬美元）的加氫站基礎(chǔ)設(shè)施補(bǔ)助金，計(jì)劃2年內(nèi)為英國增加12個(gè)氫基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。2016年，德國交通部計(jì)劃于2019年前投資2.5億歐元（約18億人民幣），用于氫燃料電池汽車研發(fā)和推廣，并實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。同時(shí)德國政府制定了基金項(xiàng)目，計(jì)劃在2030年前建設(shè)將近400座加氫站?！稓W盟氫能戰(zhàn)略》推動氫能在工業(yè)、交通、發(fā)電等全領(lǐng)域應(yīng)用。歐盟主要采用化石能源制氫，據(jù)《碳中和系列：2021年中國氫能產(chǎn)業(yè)鏈研究》，其中55%來自天然氣制氫、30%來自烴類或石油制氫。氫氣的價(jià)格在75元/kg左右。據(jù)HydrogenCentral提供的數(shù)據(jù)，2022年歐洲創(chuàng)紀(jì)錄地新建了45個(gè)公共加氫站，比2021年增長了22%，至此，歐洲公共加氫站的總數(shù)達(dá)到254個(gè)。其中德國加氫站數(shù)量105座，是歐洲擁有最多的公共加氫設(shè)施的國家，法國以擁有44座加氫站位列第二，英國擁有17座加氫站與荷蘭并列第三。2020年，歐洲發(fā)布了《歐盟氫能戰(zhàn)略》，旨在推動氫能在工業(yè)、交通、發(fā)電等全領(lǐng)域應(yīng)用。歐盟目前的首要任務(wù)是開發(fā)主要利用風(fēng)能和太陽能生產(chǎn)的可再生氫。從短期和中期來看，還需要其他形式的低碳?xì)淠?，主要是為了迅速減少當(dāng)前制氫中的碳排放量并支持當(dāng)前和未來使用的可再生氫能。從長期來看，可再生氫能是與歐盟的氣候中和以及零污染目標(biāo)最兼容的選擇，也是與一體化能源系統(tǒng)最協(xié)調(diào)的選擇。美國是最早將氫能及燃料電池作為能源戰(zhàn)略的國家。美國對氫能源的關(guān)注可以追溯到上世紀(jì)70年代的石油能源危機(jī)時(shí)期，早在1970年便提出“氫經(jīng)濟(jì)”概念。在小布什出任美國總統(tǒng)期間，美國政府大力推動“氫經(jīng)濟(jì)”。2019年，美國燃料電池與氫能協(xié)會（FCHEA）發(fā)布《氫能經(jīng)濟(jì)路線圖》，目標(biāo)到2025年，各種應(yīng)用的氫需求總量將達(dá)到1300萬噸，將有12.5萬輛氫燃料電池汽車。制定多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，期望成為氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的市場領(lǐng)導(dǎo)者。美國以天然氣制氫為主，占比95%，電解水制氫占比5%。下游消費(fèi)領(lǐng)域以煉化為主，占比57%；合成氨同合成甲醇合計(jì)占比38%，冶金占比2%，其他占比4%。氫氣的價(jià)格在105元/kg左右。根據(jù)HydrogenCentral提供的數(shù)據(jù)，截止2022年，美國新增加油站11座，全國合計(jì)89座，其中California州70座。2022年8月，美國通過了《通脹削減法案》。該法案提供了大量稅收抵免。美國政府將基于碳強(qiáng)度，敦促生產(chǎn)商專注于清潔氫。法案規(guī)定，排放2.5-4kgCO2/kgH2的氫氣項(xiàng)目可以獲得60美分/kg的補(bǔ)助，排放1.5-2.5kgCO2/kgH2的氫氣項(xiàng)目可以獲得75美分/kg的補(bǔ)助，排放0.45-1.5kgCO2/kgH2的氫氣項(xiàng)目可以獲得1美元/kg的補(bǔ)助，排放小于0.45kgCO2/kgH2的氫氣項(xiàng)目可以獲得3美元/kg的補(bǔ)助。補(bǔ)助計(jì)劃自2023年1月1日開始實(shí)施持續(xù)十年。這一法案的實(shí)施將使美國的可再生氫能成為世界上最便宜的氫能。目前，幾個(gè)區(qū)域集團(tuán)現(xiàn)在正在爭奪基礎(chǔ)設(shè)施投資和法案提供的資金份額。據(jù)EnergyNews援引大西洋理事會全球能源中心，墨西哥灣受益于重要的能源資源，得克薩斯州的太陽能發(fā)電量高，沿海地區(qū)的二氧化碳捕集和封存能力也很強(qiáng)，如果該地區(qū)成功獲得資金，每年可生產(chǎn)約320萬噸可再生氫。日本是目前全球氫能發(fā)展最為領(lǐng)先的國家。日本政府很早就在《能源基本計(jì)劃》中將氫能源定位為與電力和熱能并列的核心二次能源，并提出建設(shè)“氫能社會”的愿景，希望通過氫燃料電池實(shí)現(xiàn)氫能在家庭、工業(yè)、交通甚至全社會領(lǐng)域的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)真正的能源安全以及能源獨(dú)立。1973年，日本成立“氫能源協(xié)會”，以大學(xué)研究人員為中心開展氫能源技術(shù)研發(fā)。1981年，日本啟動了燃料電池的開發(fā)。1990年代，豐田、日產(chǎn)和本田汽車制造商啟動燃料電池車的開發(fā)，同時(shí)三洋電機(jī)、松下電器和東芝公司也啟動了家庭燃料電池的開發(fā)。2013年12月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省成立了由行業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和政府各界代表廣泛參與的氫和氫燃料電池戰(zhàn)略協(xié)議會。該組織在2014年6月公布了《氫和氫燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，明確了當(dāng)前到2050年之間的氫能長期發(fā)展路線圖，并于2020年初步構(gòu)建國際氫能供應(yīng)鏈。2015年日本政府開始為氫燃料電池汽車消費(fèi)者提供高額的補(bǔ)貼。同年，NEDO出臺氫能源白皮書，將氫能源定義為國內(nèi)發(fā)電的三大支柱。日本從國家戰(zhàn)略層面致力于實(shí)現(xiàn)氫能社會。政府高度重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提出“日本將成為全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)氫能社會的國家”。為此，先后發(fā)布了《日本復(fù)興戰(zhàn)略》、《能源戰(zhàn)略計(jì)劃》、《氫能源基本戰(zhàn)略》、《氫能及燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，規(guī)劃了實(shí)現(xiàn)氫能社會戰(zhàn)略的技術(shù)路線。2018年，日本召開全球首屆氫能部長級會議，來自20多個(gè)國家和歐盟的能源部長及政府官員參加會議。日本擬以2020年東京奧運(yùn)會為契機(jī)推廣燃料電池汽車，打造氫能小鎮(zhèn)。在過去的30年里，日本政府先后投入數(shù)千億日元用于氫能及資燃料電池技術(shù)的研究和推廣，并對加氫站等氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和燃料電池汽車進(jìn)行補(bǔ)貼。日本氫能和燃料電池技術(shù)擁有專利數(shù)全球第一，已實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車和家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)的大規(guī)模商業(yè)化推廣，并擁有世界上首個(gè)在城市地區(qū)使用氫燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。沙特天然稟賦加持有望成為全球氫經(jīng)濟(jì)領(lǐng)導(dǎo)者。沙特?fù)碛腥蜃詈玫墓庹諚l件和天然氣儲量，低廉的一次能源價(jià)格和沙漠土地價(jià)格極大地增強(qiáng)了綠氫、藍(lán)氫的出口競爭力。沙特“2030愿景”提出，到2030年實(shí)現(xiàn)400萬噸氫氣年產(chǎn)量和出口量的目標(biāo)，成為全球氫能經(jīng)濟(jì)的領(lǐng)導(dǎo)者。憑借自身成本優(yōu)勢和優(yōu)越地理位臵，沙特有望將藍(lán)氫、綠氫出口歐洲、東北亞等地區(qū)。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會氫能分會，2020年10月，沙特已向日本出口了世界首批40噸氫基藍(lán)氨。沙特“2030愿景”旨在創(chuàng)造一個(gè)更加多樣化和可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)體，減少對石油經(jīng)濟(jì)的依賴，鼓勵私營企業(yè)的發(fā)展，改善營商環(huán)境。沙特與我國具有良好的能源合作基礎(chǔ)。2022年12月8日，在兩國領(lǐng)導(dǎo)人的見證下，中沙兩國就氫能等領(lǐng)域合作簽署政府間協(xié)議和諒解備忘錄。中沙兩國在應(yīng)對氣候變化、能源綠色轉(zhuǎn)型方面有著共同的愿景，可實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈多要素優(yōu)勢互補(bǔ)，共同打造世界氫能產(chǎn)業(yè)高地。沙特屬于典型的氫能出口國，我國中短期內(nèi)藍(lán)氫、綠氫具有較大的進(jìn)口空間，遠(yuǎn)期有氫能出口潛力。我國目前雖是全球最大的制氫國，但氫氣制取方式仍是以化石能源為主、工業(yè)副產(chǎn)氫為輔，碳中和目標(biāo)下藍(lán)氫和綠氫在我國的重型交通、冶金、化工等難以脫碳領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。沙特的藍(lán)氫、綠氫具有顯著的價(jià)格優(yōu)勢，短期內(nèi)我國可為沙特氫氣出口提供需求市場，通過液氨載體或液態(tài)有機(jī)氫載體進(jìn)行船舶遠(yuǎn)洋海運(yùn)。2023年1月31日，國富氫能與TIJAN共同簽署協(xié)議，雙方將重點(diǎn)圍繞沙特氫能戰(zhàn)略，在沙特成立合資公司共同推進(jìn)沙特的氫能項(xiàng)目。3.2.1目前全球氫能市場供需情況目前，全球氫氣的主要生產(chǎn)、消費(fèi)領(lǐng)域都來自于化石能源。2021年，全球氫氣產(chǎn)量9400萬噸，主要為化石能源制氫。2021年，天然氣制氫占比62%，煤制氫占比19%，工業(yè)副產(chǎn)品制氫占比18%，電解水制氫占比0.04%。全球氫氣需求主要集中在化工領(lǐng)域。其中，對純氫的需求方面：煉化端需求占比33%，合成氨占比27%，交通運(yùn)輸占比不足0.01%，其他占比3%；對摻氫混合氣需求方面：用于生產(chǎn)甲醇占比10%，冶金占比3%，其他（如供熱等）占比23%。3.2.2未來全球氫能市場展望未來全球氫氣需求將持續(xù)增加，以工業(yè)及交通需求為主，交通需求增速最快。根據(jù)國際氫能委員會預(yù)測，至2030年，全球氫氣需求達(dá)1.40億噸，下游應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬至新工業(yè)原料，建筑及供熱，交通運(yùn)輸，發(fā)電等；至2040年，全球氫氣需求達(dá)3.85億噸；至2050年，全球氫氣需求達(dá)6.60億噸，是2020年需求量的8倍。其中，交通運(yùn)輸將成為拉動全球氫氣需求增長的主要方面。3.3我國氫能發(fā)展形勢及展望中國作為世界上最大的制氫國，氫能發(fā)展優(yōu)勢凸顯，已初步形成“東西南北中”五大發(fā)展區(qū)域。早在2000年，“973計(jì)劃——?dú)淠艿囊?guī)模制備、儲運(yùn)及相關(guān)燃料電池的基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目就已啟動。2001年，科技部開展“863計(jì)劃”后續(xù)能源主題“氫能技術(shù)和高溫燃料電池技術(shù)”的研究。2006年，科技部“863計(jì)劃”專門設(shè)立了“氫能及燃料電池技術(shù)”專題。自此，中國的氫能發(fā)展開始真正起步。儲能領(lǐng)域。積極開展儲能領(lǐng)域示范應(yīng)用發(fā)揮氫能調(diào)節(jié)周期長、儲能容量大的優(yōu)勢，開展氫儲能在可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰等應(yīng)用場景的示范，探索培育“風(fēng)光發(fā)電+氫儲能”一體化應(yīng)用新模式，逐步形成抽水蓄能、電化學(xué)儲能、氫儲能等多種儲能技術(shù)相互融合的電力系統(tǒng)儲能體系。探索氫能跨能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)同優(yōu)化潛力，促進(jìn)電能、熱能、燃料等異質(zhì)能源之間的互聯(lián)互通。發(fā)電領(lǐng)域。合理布局發(fā)電領(lǐng)域多元應(yīng)用根據(jù)各地既有能源基礎(chǔ)設(shè)施條件和經(jīng)濟(jì)承受能力，因地制宜布局氫燃料電池分布式熱電聯(lián)供設(shè)施，推動在社區(qū)、園區(qū)、礦區(qū)、港口等區(qū)域內(nèi)開展氫能源綜合利用示范。依托通信基站、數(shù)據(jù)中心、鐵路通信站點(diǎn)、電網(wǎng)變電站等基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)，推動氫燃料電池在備用電源領(lǐng)域的市場應(yīng)用。在可再生能源基地，探索以燃料電池為基礎(chǔ)的發(fā)電調(diào)峰技術(shù)研發(fā)與示范。結(jié)合偏遠(yuǎn)地區(qū)、海島等用電需求，開展燃料電池分布式發(fā)電示范應(yīng)用。工業(yè)領(lǐng)域。逐步探索工業(yè)領(lǐng)域替代應(yīng)用不斷提升氫能利用經(jīng)濟(jì)性，拓展清潔低碳?xì)淠茉诨ば袠I(yè)替代的應(yīng)用空間。開展以氫作為還原劑的氫冶金技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。探索氫10能在工業(yè)生產(chǎn)中作為高品質(zhì)熱源的應(yīng)用。擴(kuò)大工業(yè)領(lǐng)域氫能替代化石能源應(yīng)用規(guī)模，積極引導(dǎo)合成氨、合成甲醇、煉化、煤制油氣等行業(yè)由高碳工藝向低碳工藝轉(zhuǎn)變，促進(jìn)高耗能行業(yè)綠色低碳發(fā)展。3.3.1目前我國氫能市場供需情況目前，我國氫氣的主要生產(chǎn)、消費(fèi)領(lǐng)域都來自于化石能源。中國是全球最大的氫氣生產(chǎn)國，也是最大的氫氣消費(fèi)國，生產(chǎn)和消費(fèi)領(lǐng)域的氫氣大多來源于化石燃料。2021年，氫氣產(chǎn)能為4100萬噸，氫氣產(chǎn)量為3300萬噸，主要來自于石化、煉焦等行業(yè)。2020年，煤制氫占總量57%，天然氣制氫22%，工業(yè)副產(chǎn)氫18%，電解水制氫1.42%，其他來源1.5%。從終端消費(fèi)看，氫氣消費(fèi)領(lǐng)域集中在合成氨、甲醇等產(chǎn)品，而現(xiàn)有電解水制氫則主要用于浮法玻璃、電子等產(chǎn)業(yè)。2020年，合成氨需求占比32%，合成甲醇占比27%，煉化與煤化工占比25%，交通領(lǐng)域占比僅為0.06%，其他純氫需求占比2%，其他（如熱等）約占14%。3.3.2未來我國氫能市場展望未來我國氫氣產(chǎn)量將持續(xù)增加，成本持續(xù)下降，可再生氫成為供應(yīng)主體。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，至2025年，我國氫氣產(chǎn)量3500萬噸，可再生氫產(chǎn)量35萬噸。至2030年，我國氫氣產(chǎn)量3800萬噸，可再生氫產(chǎn)量增至500萬噸。至2060年，我國氫氣總產(chǎn)量12500萬噸，可再生氫產(chǎn)量增至10000萬噸。1）成本方面。至2025年，光伏與風(fēng)電新增裝機(jī)發(fā)電平均成本將低于0.3元/千瓦時(shí)，可再生能源電解水制氫成本將低于25元/千克，將具備與天然氣制氫進(jìn)行競爭的條件；至2030年，光伏與風(fēng)電的新增裝機(jī)發(fā)電平均成本將低于0.2元/千瓦時(shí)，可再生能源電解水制氫成本將低于15元/千克，具備與配套CCUS的煤制氫進(jìn)行競爭的條件。2）產(chǎn)能結(jié)構(gòu)。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，至2025年，可再生氫產(chǎn)量僅占比1%。至2030年，可再生氫產(chǎn)量占比將增至13%（其中近90%的可再生氫生產(chǎn)來自化工行業(yè)和鋼鐵行業(yè)——化工行業(yè)生產(chǎn)可再生氫用來合成氨和甲醇，鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)可再生氫用來還原鐵）；與此同時(shí)，化石能源制氫將逐步配套CCUS技術(shù)，與可再生電解水制氫為代表的清潔氫共同成為我國氫源供應(yīng)主體。至2060年，可再生電解水制氫占比80%左右，將成為具有成本競爭力的制氫工藝；耦合CCUS的化石能源制氫產(chǎn)量則占比16%左右，其他占4%。未來我國氫氣需求將持續(xù)增加，工業(yè)需求占比最大，交通需求增速最快。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，在2030年碳達(dá)峰情景下，我國氫氣的年需求量將達(dá)到3715萬噸，在終端能源消費(fèi)中占比約為5%（按熱值換算）。在2060年碳中和情景下，我國氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右，在終端能源消費(fèi)中占比約為20%。1）需求結(jié)構(gòu)。至2060年，工業(yè)領(lǐng)域用氫占比仍然最大，約7794萬噸，占?xì)淠芸傂枨罅?0%；交通運(yùn)輸領(lǐng)域用氫4051萬噸，占比31%；建筑領(lǐng)域用氫585萬噸，占比4%；發(fā)電與電網(wǎng)平衡用氫600萬噸，占比5%。2）需求增速。從需求增長比例看來，由于FCEV的部署，在IEA承諾目標(biāo)情景和中國氫能聯(lián)盟的模型場景中，交通運(yùn)輸業(yè)都是氫能應(yīng)用增速最快的部門（36-42%），其次是合成碳?xì)浠衔锖秃铣砂鄙a(chǎn)（16-28%），以及工業(yè)過程（30-35%）。此外，電解槽行業(yè)有望成為除FCEV之外的氫能第二大子行業(yè)。交通領(lǐng)域?qū)⑹菤淠芟M(fèi)的重要突破口。近年來，交通部門的碳排放年均增速保持在5%以上，成為溫室氣體排放增長最快的領(lǐng)域之一，約占全國終端碳排放15%左右。與此同時(shí)，中國人均出行距離與千人汽車保有量仍遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，交通部門能源需求量仍會慣性增加。交通領(lǐng)域?qū)⑹菤淠芟M(fèi)的重要突破口，實(shí)現(xiàn)從輔助能源到主力能源的過渡。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，到2060年交通部門氫消費(fèi)量約4000萬噸。道路交通。以氫燃料電池汽車協(xié)同純電動汽車是道路交通全面電氣化實(shí)現(xiàn)深度脫碳的關(guān)鍵。目前中國汽車電氣化率不足2%。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，2035年前，在輕型道路交通領(lǐng)域，純電動汽車仍將占據(jù)主流，氫燃料電池汽車將在中重型和長途道路交通領(lǐng)域起到至關(guān)重要的作用。2060年氫燃料電池汽車市場占比約15%左右。結(jié)合燃料電池與電動化技術(shù)，道路交通有望在2050年前實(shí)現(xiàn)凈零排放。2060年道路交通氫氣消費(fèi)量3570萬噸。船運(yùn)領(lǐng)域。通過動力電池和氫燃料電池技術(shù)可實(shí)現(xiàn)內(nèi)河和沿海船運(yùn)電氣化，通過生物燃料或零碳?xì)錃夂铣砂钡刃滦腿剂蠈?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)洋船運(yùn)脫碳。后期隨著氫燃料存儲優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)，燃料電池船舶市場滲透率將逐步提升至純電動船舶水平。據(jù)中國氫能聯(lián)盟，預(yù)計(jì)2030年開始市場化推廣，到2050年約6%的船運(yùn)能源消耗通過氫燃料電池技術(shù)，氫氣消費(fèi)量接近120萬噸，2060年氫氣消費(fèi)量280萬噸。航空領(lǐng)域。以生物燃料、合成燃料為主，氫能等為輔共同實(shí)現(xiàn)脫碳。以氫為燃料的飛機(jī)可能成為中短途航空飛行的主要脫碳路徑。目前，全球已有多種機(jī)型正在開發(fā)和試驗(yàn)。但在長距離航空領(lǐng)域，仍須依賴航空燃油，可通過生物質(zhì)轉(zhuǎn)化或零碳?xì)錃馀c二氧化碳合成制得。預(yù)計(jì)2060年氫氣消費(fèi)量200萬噸。工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)前脫碳難度最大。氫氣作為工業(yè)原料，在傳統(tǒng)工業(yè)中，需求量呈現(xiàn)先增后降的趨勢；但在新工業(yè)原料（氫治金、合成燃料）、工業(yè)燃料等行業(yè)增量需求的帶動下，據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，2060年工業(yè)部門氫氣需求量約7794萬噸。傳統(tǒng)工業(yè)。氫氣是合成氨、合成甲醇、石油精煉和煤化工行業(yè)中的重要原料，還有小部分作為回爐助燃的工業(yè)燃料使用。目前，工業(yè)用氫基本全部依賴化石能源制取，未來通過低碳清潔氫替代應(yīng)用潛力巨大。1）合成氨方面。合成氨的需求主要來自農(nóng)業(yè)化肥和工業(yè)兩大方面，其中農(nóng)業(yè)肥料占70%左右。目前，我國合成氨行業(yè)步入微量增長階段。隨著肥效提高和有機(jī)肥替代，未來合成氨在農(nóng)業(yè)消費(fèi)量將下降至60%。非農(nóng)業(yè)領(lǐng)域消費(fèi)量受環(huán)保、新材料、專用化學(xué)品等工業(yè)消費(fèi)拉動，需求量增長，但合成氨整體呈穩(wěn)中有降趨勢。2）合成甲醇方面。傳統(tǒng)領(lǐng)域甲醇消費(fèi)增長較為緩慢，新興的甲醇消費(fèi)的增長主要受甲醇制烯烴和甲醇燃料的發(fā)展推動。3）石油精煉方面。石油精煉氫氣主要用于石腦油加氫脫硫、精柴油加氫脫硫以改善航空燃油的品質(zhì)。隨著石油消費(fèi)量的增長和成品油品質(zhì)要求的不斷提升，石油精煉行業(yè)的氫氣消費(fèi)量有望持