氢能的未来—抓住今天的机会

ERR能研微讯 2019/06/17 12:15

国际能源署发布《氢能的未来—抓住今天的机会》(文末附报告下载链接)

新知图谱, 氢能的未来—抓住今天的机会

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翻译& 校核:Mirakuru @ERR能研微讯团队

2019年6月14日 ,国际能源署发布《氢能的未来—抓住今天的机会》,在此ERR能研微讯研究团队对其进行了翻译,分享给大家,欢迎踊跃转发扩散!

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新知图谱, 氢能的未来—抓住今天的机会

执行摘要

1975~2018年全球年度氢气需求

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现在是时候挖掘氢的潜力,在清洁、安全和负担得起的能源未来中发挥关键作用。 应20国集团轮值主席国日本政府的要求,国际能源署(IEA)编制了这份具有里程碑意义的报告,以分析氢能发展的现状,并为其未来发展提供指导。报告发现,清洁氢能目前正享着有前所未有的政治和商业势头,世界各地的政策正在快速执行,氢能项目数量正在迅速增加。本次报告的结论是,现在是扩大技术规模并降低成本,使氢能得到广泛应用的时刻。向政府和行业提出务实和可操作的建议将使得充分利用这一日益增长的势头成为可能。

政策支持氢能部署(按目标实施)

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全球国家政府氢能和燃料电池研发预算

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氢可以帮助应对各种关键的能源挑战。 氢能提供了一些行业(包括长途运输、化工和钢铁)脱碳的方法,而事实证明,这些行业很难切实实现减排。它还有助于改善空气质量和加强能源安全。尽管国际气候目标雄心勃勃,但2018年全球与能源相关的二氧化碳排放量达到的历史最高点。室外空气污染仍然是一个紧迫的问题,每年约有300万人过早死亡。

目前钢铁行业的氢气消费和生产

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氢能用途广泛。 目前已有的技术使氢气能够通过不同的方式生产、储存,并在移动和能源使用领域得到应用。各种各样的燃料能够生产氢气,包括可再生能源、核能、天然气、煤炭和石油。氢气可以通过管道或液体形式由船舶运输,就像液化天然气(LNG)一样。它也可以转化为电力和甲烷,为家庭和饲料行业提供动力,并转化为汽车、卡车、船舶和飞机的燃料。

氢可以使可再生能源做出更大的贡献。 它有潜力帮助解决可再生能源的间歇性输出—像太阳能光伏(PV)和风能,其可用性并不总是与需求很好地匹配。氢气是储存可再生能源的主要选择之一,看起来有 望成为在数天、数周甚至数月内储存电力的低成本选项。氢能和氢基燃料可以将可再生能源远距离输送,从拥有丰富太阳能和风能资源的地区(如澳大利亚或拉丁美洲)输送到数千公里外的能源匮乏城市。

过去,氢的起点是错误的;这一次可能会有所不同。 太阳能光伏、风能、电池和电动汽车最近取得的成功表明,政策和技术创新为建设全球清洁能源产业提供动力。随着全球能源行业的不断演变,氢的广泛的用途正在吸引着来自不同的政府和公司群体的浓厚兴趣。能源进出口,以及可再生能源供应商、工业气生产商、电力和天然气公用事业、汽车制造商、石油和天然气公司、主要工程公司和城市等政府都对氢能的发展给予支持。对氢的投资有助于在世界各地的经济体中促进新技术和工业发展,创造熟练的就业机会。

用于能源和气候用途的新氢气生产项目的能力(按技术和开始日期划分)

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氢能价值链指南,从供应到终端使用

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目前氢气的价值链

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使用CCUS处理气体中的氢气的生产过程

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可以更广泛地使用氢。 目前,氢气主要用于炼油和化肥的生产。为了对清洁能源转型作出重大贡献,还需要在目前几乎完全不存在的部门,如运输、建筑和发电部门进行应用。

生产氢气和氢基产品的潜在途径

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然而,全球能源转型中清洁、广泛使用氢气面临以下几个挑战:

目前,用低碳能源生产氢气的成本很高。 国际能源署分析发现,由于可再生能源成本的下降和氢气产量的扩大,到2030年,利用可再生能源发电的氢气成本可能下降30%。燃料电池、燃料重整以及电解(电解水)都可以受益于大规模生产。

2018年不同区域使用天然气生产氢气的成本

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目前中国制氢成本

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近期和远期电解路径指示性生产成本

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预计2020年中国风、光制氢成本

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氢基础设施的发展缓慢,阻碍了氢能的广泛应用。 对于消费者,氢气价格在很大程度上取决于加氢站数量、使用频率以及每天氢气的输送量。解决这个问题可能需要将国家以及地方政府、行业和投资者聚在一起,协调各方利益,制订具有可操作性的规划。

氢价值链的储运元素

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天然气管网中选定的现有元素对氢气混合占比的耐受性(按体积划分)

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目前氢气与天然气管网混合的限制

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管道和船舶储氢、输送氢的成本,以及氢液化和转化成本

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如今,氢气几乎完全来自天然气和煤炭。 氢气已经在世界各地实现工业规模生产,但生产过程中产生的二氧化碳年排放量相当于印度尼西亚和英国的总和。要利用现有的规模,迈向清洁能源的未来,既需要从化石燃料中捕获氢气,也需要从清洁能源中获取更多的氢气。

目前,法规限制了清洁氢行业的发展。 政府和业界必须共同努力,确保现行法规不会成为不必要的投资障碍。贸易将受益于共同国际标准(大量氢气的储运安全以及不同氢气供应来源对环境产生的影响)。

国际能源署已经确定了近期的4个机会,以推动氢在清洁、广泛使用的道路上。 关注这些现实世界的跳板可以帮助氢能达到必要的规模,以降低成本,减少政府和私营部门的风险。虽然每个机会都有明确的目的,但四者也需要相辅相成。

1.使工业港口成为扩大清洁氢气使用的“神经中枢”。 目前许多使用氢气炼化和化工生产(基于化石燃料)已经集中在世界各地的沿海工业区,如欧洲的北海、北美的墨西哥湾沿岸以及中国东南地区。鼓励这些工厂转向清洁的氢气生产将降低生产总成本。这些大量的氢气供应来源也可以为船舶和卡车提供燃料,为港口提供服务,也可为附近的其他工业设施(如钢铁厂)供电。

2.在现有基础设施的基础上建设,如数百万公里的天然气管道。 引入清洁氢气以取代仅占各国5%的天然气供应总量,将极大地增加对氢气的需求,并降低成本。

3.通过车队、货运和运输走廊扩大氢气运输。 为高里程汽车、卡车和公共汽车提供动力,在热门路线上运送乘客和货物,可以使燃料电池汽车更具竞争力。

4.开通氢能行业第一条国际航线。 可以借鉴全球液化天然气市场成功增长的经验。如果要使国际氢贸易对全球能源系统产生影响,就必须尽快开始。

国际合作对于加速全球氢能广泛应用和清洁化发展至关重要。 如果各国政府努力以协调的方式扩大氢气应用,将有助于刺激对工厂和基础设施的投资,从而降低成本,实现知识和最佳实践的共享。氢贸易将受益于共同的国际标准。作为涵盖所有燃料和所有技术的全球能源组织,国际能源署将继续提供严格的分析和政策建议,以支持国际合作,并有效跟踪未来几年的进展。

作为未来的路线图,我们提出了7项关键建议,以帮助政府、公司和其他方面抓住这一机遇,使清洁氢能够能够发挥其长期潜力。

国际能源署对扩大氢能应用提出的7项关键建议

1.在长期能源战略中确立氢能的角色。 国家、地区和市政府应指导未来的预期。公司也应该有明确的长期目标。主要行业包括炼油、化工、钢铁、货运和长途运输、建筑以及发电和存储。

2.刺激商业对清洁氢气的需求。 清洁氢气技术具有可应用性,但成本仍然具有挑战。需要制定政策,为清洁氢创造可持续的市场,特别是减少化石燃料制氢的排放,以支持供应商、分销商和用户的投资。通过扩大供应链(无论是低碳电力还是化石燃料的碳捕获、利用和储存),这些投资可以降低成本。

3.解决“先行者”的投资风险。 氢能的新应用,以及清洁氢气供应和基础设施项目,处于部署曲线中最危险的点。有针对性的和有时间限制的贷款、担保和其他工具可以帮助私营部门投资、学习和分担风险和回报。

4.支持研发以降低成本。 除了规模经济降低成本外,研发对于降低成本和提高性能也至关重要,包括燃料电池、氢基燃料和电解质(水产生氢气的技术)。政府的行动,包括公共资金的使用,对于制定研究议程、承担风险和吸引私人资本进行创新至关重要。

5.消除不必要的监管障碍并协调标准。 因为法规和许可证要求不明确,不适合用于新用途,或跨部门和国家不一致,项目开发商面临前进的障碍。知识分享和标准的协调是解决问题的关键,这包括设备、安全和不同来源的排放认证。氢系统复杂的供应链意味着政府、公司、社区和民间社会需要定期的咨询。

6.参与国际活动并跟踪进展。 需要加强全面国际合作,特别是在标准、良好做法分享和跨界基础设施方面。需要定期监测和报告氢气的生产和使用,以便跟踪实现长期目标的进展情况。

7.关注4个关键机遇,以进一步增强未来十年的势头。 通过建立现有政策、基础设施和技能,这些相互支持的机会有助于扩大基础设施发展、增强投资者信心和降低成本:

•充分利用现有的工业港口,将其转变为低成本、低碳氢气的枢纽。

•利用现有的天然气基础设施,刺激新的清洁氢气供应。

•支持运输车队、货运和运输走廊,使燃料电池车辆更具竞争力。

•建立第一条航线,启动国际氢贸易。

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