寫稿
投稿
隨著全球工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，氫能應(yīng)用正迅速從化工原料向交通、建筑和儲能領(lǐng)域滲透。未來還將在氫冶金、綠色氫化工、氫能儲存、混合能源系統(tǒng)、智能能源系統(tǒng)等領(lǐng)域有所應(yīng)用。根據(jù)國際能源署的可持續(xù)發(fā)展情景預(yù)測，到2030年，全球氫能終端應(yīng)用的氫需求預(yù)計將達到9000萬噸左右。如此巨大的氫能需求如何更有效地應(yīng)用于全球各個領(lǐng)域？哪些應(yīng)用可以從綜合成本、碳減排、需求競爭力等因素中脫穎而出？本文將從氫能應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀、各種應(yīng)用方式的成本對比以及氫能應(yīng)用在各種場景下的競爭力等角度梳理未來全球氫能應(yīng)用的發(fā)展趨勢，并關(guān)注氫能應(yīng)用的布局。讓我們一起開啟氫能的新天地。
氫能將成為多領(lǐng)域最具競爭力的碳減排方案
在國際氫能委員會的《氫能洞察》報告中，梳理并預(yù)測了氫能未來在各個領(lǐng)域應(yīng)用與傳統(tǒng)能源和低碳替代能源的競爭力。從總擁有成本（TCO）來看，在全球氫氣生產(chǎn)、儲運、配送成本快速下降的趨勢下，氫能在各個領(lǐng)域的應(yīng)用潛力將逐漸凸顯。到2030年，氫能將有22種類型。它已成為終端應(yīng)用中最具競爭力的碳減排解決方案，包括煉油、化肥、商用車、長途卡車運輸、航運和氫氣冶煉等應(yīng)用。 （見圖1）。
四個終端應(yīng)用有額外的成本驅(qū)動因素：在全球控制碳排放的背景下，綠色氫應(yīng)用在傳統(tǒng)化工、煉油等領(lǐng)域深度脫碳；氫能直接還原鐵、廢鋼的綠色技術(shù)路線，有助于減輕冶煉領(lǐng)域的碳排放壓力，提高成本競爭力；隨著燃料電池技術(shù)的進步，氫在交通領(lǐng)域的傳統(tǒng)能源替代率將會提高；以及氫或氫基燃料的新應(yīng)用。這些應(yīng)用，隨著未來各國環(huán)保要求的提高，政府目標、能源安全、終端應(yīng)用客戶需求（對無碳解決方案的關(guān)注度增加）、ESG投資以及能源“綠色溢價”等因素都會影響每個領(lǐng)域具體的投資和采購決策。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)都在努力推動更加環(huán)保的市場重啟。
降低應(yīng)用成本有助于加速氫能在各個領(lǐng)域的推廣
根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)與2030年各領(lǐng)域氫應(yīng)用成本對比預(yù)測（見圖2），可以看出，在不考慮碳成本的情況下，計算氫能終端應(yīng)用成本為1.6-2.3美元/公斤排放，氫只能在大規(guī)模道路運輸應(yīng)用（不包括乘用車）中具有競爭力。如果增加各個領(lǐng)域的碳排放成本（按 100 美元/噸 CO2 計算），氫能在大多數(shù)道路運輸和工業(yè)應(yīng)用中將具有顯著的成本優(yōu)勢（見圖 3）。
在工業(yè)應(yīng)用方面，降低制氫、儲存和運輸成本對于提升其應(yīng)用競爭力尤為重要。其中，在煉油領(lǐng)域，氫原料將在未來十年逐步轉(zhuǎn)向綠色氫供應(yīng)；化肥生產(chǎn)方面，到2030年，歐洲生產(chǎn)的灰氨成本將達到每噸二氧化碳50美元，屆時將使用可再生能源生產(chǎn)的綠色氨。將非常具有成本競爭力；鋼鐵是工業(yè)二氧化碳排放的最大來源之一，也可能通過氫能的應(yīng)用成為成本最低的脫碳應(yīng)用之一。到2030年，氫氣冶煉粗鋼成本僅為515美元/噸，同時每噸碳排放成本節(jié)約45美元。
在交通方面，到2030年，燃料電池汽車（FCEV）在不考慮碳排放成本的情況下，可以比大多數(shù)傳統(tǒng)交通解決方案具有競爭優(yōu)勢，尤其是在重卡和長途運輸領(lǐng)域。在重載長途運輸中，如果加氫終端價格達到4.5美元/公斤（包括制氫、儲運和加氫費用），F(xiàn)CEV計劃在2028年可以實現(xiàn)與柴油車同價。 另外，燃料電池在對功率和續(xù)航要求非常高的領(lǐng)域（例如重型礦用卡車等）提供了一種可行的替代方案。
同樣，氫能在火車、航運、航空等領(lǐng)域不斷發(fā)展。預(yù)計到2030年，清潔氨作為運輸燃料將成為集裝箱運輸脫碳最具成本效益的方式。它可以實現(xiàn)與重燃料油 (HFO) 持平，同時每噸碳排放量節(jié)省 85 美元。航空業(yè)可以通過氫和氫基燃料實現(xiàn)競爭性脫碳。中短程航線可以用液氫燃料替代原燃料，每噸碳排放節(jié)省90-150美元。遠程航線可根據(jù)具體情況使用氫合成燃料，每噸碳排放可節(jié)省200-250美元。
建筑和電力等其他終端應(yīng)用中的氫能需要更高的碳成本才能具有成本競爭力。但是，為了永久解決全球大型天然氣管網(wǎng)脫碳問題，天然氣加氫應(yīng)用也將得到快速發(fā)展；由于氫能儲運的流動性，還可以建立分布式能源網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)區(qū)域或城市電力和熱能、冷能聯(lián)合供應(yīng)；同時，氫能作為備用電源解決方案，尤其是在數(shù)據(jù)中心等大功率場景下，也越來越受到重視。
氫能在我國未來能源系統(tǒng)中具有豐富的應(yīng)用場景
目前，我國各地氫能的發(fā)展方向大多局限在燃料電池汽車領(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，行業(yè)同質(zhì)化突出。事實上，燃料電池技術(shù)路線更具優(yōu)勢的中重型卡車示范運行尚未真正開展，而其他領(lǐng)域如化工、冶煉、軌道交通、航空航天、分布式發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)、動力等方面仍需充分挖掘氫能的價值和潛力。
石油化工是我國發(fā)展氫能的催化劑。一方面，由于氫氣需求量大，可以通過規(guī)模經(jīng)濟降低氫氣供應(yīng)鏈成本。另一方面，企業(yè)相對集中，可以在基礎(chǔ)設(shè)施等方面取得領(lǐng)先。推動全社會發(fā)展氫能。未來，隨著工業(yè)脫碳要求的提高，CCUS技術(shù)生產(chǎn)的藍氫將成為向綠氫過渡的主要氫源。未來隨著可再生能源制氫成本的降低，傳統(tǒng)煉油化工生產(chǎn)中使用的氫氣將逐步替代為綠氫，實現(xiàn)化工行業(yè)深度脫碳。
鋼鐵行業(yè)碳排放量占全國碳排放量的18%，僅次于電力行業(yè)，是碳中和的重要責任主體，氫冶金技術(shù)有助于深化鋼鐵行業(yè)脫碳。氫冶金使用氫氣代替焦炭作為高爐的還原劑，以減少甚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，以及碳中和背景下的傳統(tǒng)冶煉，需要疊加碳稅等成本。預(yù)計到2030年，氫冶金成本與傳統(tǒng)煉鋼相比，在擁有成本和減排方面具有優(yōu)勢，實現(xiàn)氫冶金總量規(guī)模增長。
目前，隨著國家燃料電池汽車示范城市政策的出臺，未來將極大地促進燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。各地將加大示范經(jīng)營力度，提升企業(yè)科技創(chuàng)新能力，加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。預(yù)計到2030年，國內(nèi)燃料電池汽車年產(chǎn)量將達到40萬輛，銷量達到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，乘用車平均成本將達到20萬元，交通部門的氫氣需求量達到約255.9萬噸。
根據(jù)我們的預(yù)測，到2030年，我國年均氫氣需求量將達到4800萬噸，其中能源總需求量為2000萬噸，占國內(nèi)能源需求體系的2.3%。2030年，以綠氫、藍氫為主的氫能應(yīng)用，將為實現(xiàn)碳達峰目標做出巨大貢獻。在預(yù)計的氫能供應(yīng)規(guī)模下，來自可再生能源或配備碳捕獲、利用和儲存（CCUS）技術(shù)的電解水獲得低碳氫替代電網(wǎng)電力和傳統(tǒng)化石能源生產(chǎn)將至少產(chǎn)生1.8億噸/年碳減排效果。在我國能源轉(zhuǎn)型過程中，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，助力工業(yè)、能源、交通、建筑等重大終端應(yīng)用實現(xiàn)低能耗碳轉(zhuǎn)型。
