全球氫能應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)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(chǔ)能領(lǐng)域快速滲透，未來(lái)還將在氫冶金、綠氫化工、氫儲(chǔ)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(guó)際能源署可持續(xù)發(fā)展情景預(yù)測(cè)，到2030年，全球氫能終端應(yīng)用對(duì)氫氣的需求預(yù)計(jì)將達(dá)到9000萬(wàn)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(yùn)用，又有哪些應(yīng)用能從綜合成本、碳減排、需求競(jìng)爭(zhēng)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(duì)比及各情景下氫能應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)力為視角，對(duì)未來(lái)全球氫能應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行梳理，同時(shí)關(guān)注國(guó)內(nèi)氫能應(yīng)用場(chǎng)景的布局，讓我們一起開(kāi)啟氫能新視野。

在國(guó)際氫能委員會(huì)（Hydrogen Council）在《氫能洞察》報(bào)告中，梳理預(yù)測(cè)了未來(lái)各領(lǐng)域氫能應(yīng)用與傳統(tǒng)能源和低碳替代能源的競(jìng)爭(zhēng)力對(duì)比。從總體擁有成本（TCO）的角度來(lái)看，在全球制氫、儲(chǔ)運(yùn)、配送成本快速下降的趨勢(shì)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(jìng)爭(zhēng)力的減碳解決方案，包括煉油、化肥、商用車(chē)、長(zhǎng)途卡車(chē)運(yùn)輸、航運(yùn)和氫冶煉等應(yīng)用領(lǐng)域。（見(jiàn)圖1）。

圖1 未來(lái)各終端氫能應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)力預(yù)測(cè)

其中四種終端應(yīng)用擁有附加成本驅(qū)動(dòng)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(guò)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(jìng)爭(zhēng)力；隨著燃料電池技術(shù)的改進(jìn)，提高氫在交通運(yùn)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(lái)各國(guó)對(duì)環(huán)境要求的提高、政府目標(biāo)、能源安全、終端應(yīng)用客戶(hù)的需求（無(wú)碳方案重視的提高）、ESG投資、和能源的“綠色溢價(jià)”等因素都將影響各領(lǐng)域具體的投資和購(gòu)買(mǎi)決策。例如，在新冠疫情背景下全球航空、游輪、集裝箱運(yùn)輸和鋼鐵行業(yè)正在努力推動(dòng)更為環(huán)保的市場(chǎng)重啟。

根據(jù)2030年各領(lǐng)域中傳統(tǒng)技術(shù)與氫應(yīng)用成本對(duì)比預(yù)測(cè)（見(jiàn)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(jì)算，在不考慮碳排成本的情況下，氫能僅在大型公路運(yùn)輸應(yīng)用（不包括乘用車(chē)）方面具有競(jìng)爭(zhēng)力。若增加各領(lǐng)域碳排放成本（以100美元/噸CO2計(jì)算），氫能將在大多數(shù)道路運(yùn)輸和工業(yè)應(yīng)用中具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)（見(jiàn)圖3）。

圖2 2030年傳統(tǒng)技術(shù)與氫應(yīng)用成本優(yōu)勢(shì)對(duì)比預(yù)測(cè)（無(wú)碳成本）

圖3 2030年傳統(tǒng)技術(shù)與氫應(yīng)用成本優(yōu)勢(shì)對(duì)比預(yù)測(cè)（碳成本：100美元/噸）

工業(yè)應(yīng)用方面，氫的制、儲(chǔ)、運(yùn)成本下降對(duì)其應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)力的提升尤為重要。其中在煉油領(lǐng)域，未來(lái)十年內(nèi)氫原料將逐步轉(zhuǎn)向以綠氫供應(yīng)；對(duì)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(dá)50美元，屆時(shí)使用可再生能源生產(chǎn)的綠色氨將具有非常大的成本競(jìng)爭(zhēng)力；鋼鐵是最大的工業(yè)二氧化碳排放源之一，亦可能通過(guò)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(shí)每噸節(jié)省碳排成本45美元。

交通運(yùn)輸方面，到2030年，燃料電池汽車(chē)（FCEV）可在不考慮碳排成本的情況下比多數(shù)傳統(tǒng)運(yùn)輸方案有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，特別是在重型卡車(chē)和遠(yuǎn)程運(yùn)輸領(lǐng)域。在重載長(zhǎng)距離運(yùn)輸中，如果加氫端價(jià)格達(dá)到4.5美元/千克（包括制氫、儲(chǔ)運(yùn)和加氫成本），F(xiàn)CEV方案可在2028年實(shí)現(xiàn)與柴油車(chē)同價(jià)。此外，燃料電池在功率和續(xù)航時(shí)間要求非常高的領(lǐng)域（如重型礦用卡車(chē)等）提供了一種可行的替代方案。

同樣，氫能在列車(chē)、海運(yùn)和航空領(lǐng)域也在不斷發(fā)展。預(yù)計(jì)到2030年，清潔氨作為運(yùn)輸燃料將是集裝箱運(yùn)輸脫碳的最具成本效益的方式，可與重質(zhì)燃油（HFO）實(shí)現(xiàn)平價(jià)，同時(shí)每噸節(jié)省碳排成本85美元。航空領(lǐng)域可以通過(guò)氫和氫基燃料實(shí)現(xiàn)具有競(jìng)爭(zhēng)力的脫碳。中短程飛行航線可以通過(guò)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(yuǎn)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(dá)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(jìng)爭(zhēng)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(wèn)題，天然氣摻氫應(yīng)用也將快速發(fā)展；因氫能儲(chǔ)運(yùn)的機(jī)動(dòng)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(shí)，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(chǎng)景下，也越來(lái)越受到重視。

當(dāng)前我國(guó)各地氫能發(fā)展方向多局限于燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域，示范應(yīng)用主要集中在以公交車(chē)為主要應(yīng)用場(chǎng)景的交通領(lǐng)域，應(yīng)用場(chǎng)景單一，產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化突出。實(shí)際上，對(duì)于燃料電池技術(shù)路線更具優(yōu)勢(shì)的中重型卡車(chē)的示范運(yùn)營(yíng)尚未真正開(kāi)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(jià)值和潛力。

石油及化工領(lǐng)域是我國(guó)氫能發(fā)展的催化劑，一方面是因?yàn)橛脷湫枨蟠螅軌蛞砸?guī)模效益來(lái)降低氫氣供應(yīng)鏈成本，另一方面是企業(yè)相對(duì)集中，可在基礎(chǔ)設(shè)施等方面率先行動(dòng)，并帶動(dòng)全社會(huì)氫能發(fā)展。未來(lái)隨著工業(yè)脫碳要求的提高，配備CCUS技術(shù)生產(chǎn)的藍(lán)氫將作為向綠氫過(guò)渡階段的主要?dú)湓矗罄m(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(shí)現(xiàn)化工領(lǐng)域的深度脫碳。

鋼鐵行業(yè)碳排放占全國(guó)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(shí)傳統(tǒng)冶煉在碳中和背景下需疊加碳稅等成本，預(yù)計(jì)到2030年氫冶金成本對(duì)比傳統(tǒng)煉鋼將擁有成本和減排優(yōu)勢(shì)，氫冶金總量將實(shí)現(xiàn)規(guī)模化增長(zhǎng)。

目前隨著國(guó)家燃料電池汽車(chē)示范城市政策的出臺(tái)，未來(lái)會(huì)極大促進(jìn)燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各地會(huì)加大示范運(yùn)行，提升企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。預(yù)計(jì)到到2030年，國(guó)內(nèi)燃料電池汽車(chē)年產(chǎn)量達(dá)到40萬(wàn)輛，銷(xiāo)售量達(dá)到38.9萬(wàn)輛，國(guó)內(nèi)保有量達(dá)到108萬(wàn)輛，商用車(chē)平均成本達(dá)到50萬(wàn)元，乘用車(chē)平均成本達(dá)到20萬(wàn)元，交通領(lǐng)域氫氣需求量達(dá)到256.9萬(wàn)噸左右。

根據(jù)我會(huì)預(yù)測(cè)，到2030年，我國(guó)氫氣年均需求量將達(dá)到4800萬(wàn)噸，其中在能源方面的需求總量2000萬(wàn)噸，在國(guó)內(nèi)能源需求體系中占比將達(dá)到2.3%。2030年，以綠氫和藍(lán)氫為主的氫能應(yīng)用將極大助力碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，在預(yù)測(cè)的氫能供應(yīng)規(guī)模下，通過(guò)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?xì)涮娲娋W(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(guó)能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，氫能將作為重要的清潔能源和良好的能源載體，實(shí)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。