能源危机中，氢能产业受各国热捧

  [中国石油新闻中心2022-11-22]
  国际能源署（IEA）日前发布《2022年全球氢能回顾》报告称，2021年，全球氢能需求达到9400万吨，超过了疫情前水平，相当于全球能源消费量的2．5％左右。预计到2030年，全球氢能需求将达1．15亿吨。
  今年，在化石燃料价格高企、能源供应短缺等多重因素影响下，全球氢能产业得到迅猛发展。氢能应用领域更加多元，氢能技术得到有力推广，氢能产业发展获得各国有力的政策支持，全球氢能项目加快部署，国际氢能贸易也迈出了第一步。未来，氢能在助力全球实现净零排放目标和保障各国能源安全方面将发挥更大作用。
  全球氢能需求迅速增长，但与气候目标尚有差距
  2021年，全球氢能需求达到9400万吨，相当于全球能源消费量的2．5％，超过了疫情前2019年9100万吨的水平。氢能需求增长大部分来自炼油等传统工业领域，而氢燃料电池汽车等新应用领域的氢能需求约为4万吨，较2020年增加了60％，不过新应用领域氢能需求量的基数仍然较低。
  氢能需求将达1．15亿吨，应用场景更加多元
  2021年以来，全球氢能产业正快速发展，氢能的应用场景更加多元。全球首个纯氢炼钢示范项目启动一年后，2022年，又相继宣布了许多类似的"零碳炼钢"项目。今年8月，全球首列氢燃料电池驱动火车在德国投入运营。在航运领域，使用氢燃料和氢衍生燃料的试点和示范项目已达100多个，一些大公司为确保氢燃料供应签署了战略合作协议。在电力领域，氢和氨发电技术备受关注，已宣布的氢氨发电项目到2030年有望实现近3．5吉瓦的发电装机容量。
  按照目前各国政府制定的政策和措施，预计到2030年，全球氢能需求将持续增加，达到1．15亿吨，不过新应用领域的氢能需求将仅为200万吨。然而，要实现各国目前的气候承诺，全球氢能需求应达1．3亿吨，其中，新应用领域的氢能需求占比应达到1/4，并且到2030年，全球氢能需求应达近2亿吨，才有望实现2050年的净零排放目标。
  低碳氢项目数量激增，但进展缓慢
  2021年，全球大部分的氢能生产企业都未装备CCUS（碳捕集、利用与封存），换言之全球使用的大部分氢能都不是低碳氢，这部分氢能的使用无益于解决气候变化问题。2021年，全球低碳氢产能不足100万吨，且大部分低碳氢来自于装备了CCUS的化石燃料制氢。不过，由于近两年全球低碳氢项目数量迅速增加，潜在的低碳氢产能将得到进一步释放。
  如果目前筹备中所有低碳氢项目均能投产，那么到2030年，全球低碳氢产能将为每年1600万～2400万吨，其中，900万～1400万吨低碳氢产能将来自电解水制氢，700万～1000万吨低碳氢产能将来自装备了CCUS的化石燃料制氢。如果目前所有计划中的电解水制氢项目都能投产，那么到2030年，全球电解水制氢项目总装机容量将达134～240吉瓦。这一下限相当于目前德国全国的可再生能源装机容量，上限则相当于目前整个拉美地区的可再生能源装机容量。然而，要兑现各国政府已作出的应对气候变化承诺，到2030年，全球低碳氢年产能应达到3400万吨，而要实现2050年的净零排放目标，全球低碳氢年产能则应达到1亿吨。
  目前，不少低碳氢项目已进入深入规划阶段，但只有约4％的低碳氢项目已投入建设或进入最终投资决定（FID）阶段。筹备中的低碳氢项目进展缓慢的主要原因包括：氢能需求不确定、氢能产业缺乏监管支持，以及将氢能交付终端用户的基础设施建设不完善等。
  电解水技术成为拓展氢能供应链的关键
  低碳氢的生产离不开使用低碳电力的电解水制氢技术。目前，全球电解槽年产能近8吉瓦，2030年全球电解槽年产能有望超过60吉瓦。这足以满足目前各国政府部署电解水制氢的目标，但具体实施情况还要看政府目标能否转化为实际的项目及筹备中项目的实际进展情况。尽管未来几年，筹备的电解水制氢项目会越来越多，但项目早期就需要跟进支持，以推动其进入FID阶段并不断深入。
  分析认为，按照目前的化石能源价格，低碳氢在许多地区已可以同使用化石燃料生产的氢能相竞争，这在可再生资源禀赋较好且化石燃料进口依赖度较高的地区尤其明显。当然，未来几年全球电解水制氢发展情况还有待观察。
  如果目前计划中的电解水制氢项目都能顺利投产，且规划中的产能扩建项目也能持续跟进，那么到2030年，电解水制氢的成本有望比目前的水平下降约70％。同时，可再生能源发电成本的降低，将使基于可再生能源发电的电解水制氢成本降为每公斤1．3～4．5美元，相当于每兆瓦时39～135美元。可再生电力供应较好的地区氢能生产成本也较低，这些地区的电解水制氢与未装备CCUS的化石燃料制氢相比已具有结构性竞争优势。
  氢能产业发展离不开政策支持
  目前，各国政府都在考虑将氢能作为能源战略的一大支柱。2021年9月以来，已有9个国家制定了新的氢能发展战略，这就使得有相关氢能战略的国家数量达到26个。一些国家则更进一步，已开始实施具体的氢能发展政策措施，重点支持商业级低碳氢能生产和基础设施建设项目，例如欧盟的欧洲共同利益重要项目、德国H2Global计划、美国通胀削减法案等。不过，各国在催生氢能需求方面的政策发力还不够，而需求端是对接产能、供需的关键。没有需求，会阻碍最终投资决定的形成。
  近年来，各国政府在能源战略中高度重视氢能作用，这有助于业界认识到氢能潜在市场，并将氢能项目整合进相关项目发展计划中。目前，氢能技术已具备规模化发展的能力，但氢能市场仍处于襁褓阶段，且未来发展仍面临不确定性，这会影响氢能项目投资。各国政府应当通过政策措施降低低碳氢项目的投资风险，并提高其经济可行性。
  由于2021年底以来化石燃料价格飙升，目前，低碳氢和化石燃料制氢之间的成本差距已大幅缩小。不过，能源价格长期走势不确定，依然影响着氢能项目的投资决策。对此，各国需要通过政策手段来刺激低碳氢需求，通过低碳氢配额、政府采购、优惠政策等多种措施推动市场向低碳氢倾斜。政策措施还要与氢能创新示范项目相配合，重点覆盖可使用氢能替代化石燃料的领域，如重工业、重型道路运输工具和航运业等。
  未来，氢能基础设施建设将迎来发展机遇，包括新建基础设施建设和现有天然气基础设施的氢能适用改造。目前，相关设施的改造仍存在技术挑战。基础设施能否满足今后氢能产业发展需要，服务于长远应对气候变化行动，也是各国政府需要考虑的关键问题。
  国际低碳氢市场的发展高度依赖有效的国际合作。各国可在多领域开展氢能贸易国际合作，包括制定氢能生产运输排放强度标准，制定可行且有力的监管措施，开展低碳氢相关标准认证合作等。
  发展氢能产业既要有清晰稳定的监管框架，又要确保监管能够适应氢能市场的动态变化。氢能市场参与者需要清晰的规则，但在新生的氢能市场采用僵化的监管框架也不利于吸引投资。各国应改善许可证发放等监管程序，缩短项目前期筹备时间，还应积极吸取公众的意见，且在不影响环境标准的前提下提高监管效率。
  国际氢能贸易尚处于起步阶段
  今年2月，由日本川崎重工建造的全球首艘液化氢运输船"SuisoFrontier"号从澳大利亚运载首批液化氢抵达日本，全球首次液化氢长距离海上运输顺利完成，成为国际氢能市场发展的一大里程碑。
  从目前氢能出口导向型项目的开发情况来看，预计到2026年全球氢能出口量将达到260万吨，到2030年将达1200万吨。这些项目都是在过去两年宣布的，且大多数项目均以氨作为氢能运输载体。
  不过，氢能进口导向型项目进展相对缓慢，每年只有200万吨氢的出口量找到了客户。项目开发方和投资者在这一新市场中面临着高度的不确定性、氢能贸易政策的不完善，阻碍了国际氢能贸易发展。
  此外，现有基础设施需要进行氢能适用改造，以满足氢能运输需求。与新建输氢管道相比，改造天然气管道用于输送氢能可以节约50％～80％的建设成本。目前，一些项目已在推进之中，将把数千公里的天然气管道改造为输氢管道。不过，管道改造的实际经验不足，工作量也很大。
  一些欧洲国家正考虑改造LNG接收终端，用于接收氢和氨。初步研究表明，将天然气接收终端改造用于接收氨，只需额外支付天然气接收终端建设成本的11％～20％。液化氢接收终端的改造则面临着更大的技术挑战，因为存储液化氢需要更低的温度，这给现有设备的重复利用带来了更多的限制条件。此外，液化氢存储设施改造的成本也更高。LNG储罐的建造成本约占LNG终端投资的一半，而液化氢存储设施的建造成本将比LNG储罐还贵一半。目前没有将现有LNG终端改造为氨或氢终端的成功案例，因此上述成本估算均存在不确定性。未来，氢及其衍生产品的需求情况也存在不确定性，这也会影响新建氢氨终端设施项目进展。
  全球能源危机加速氢能产业发展
  近年来，氢能已被视为实现净零排放目标的重要能源选择。电解水制氢和装备了CCUS的化石燃料制氢项目都获得巨大的投资支持。全球能源危机则进一步放大了氢能发展势头。许多国家，特别是欧洲国家都希望通过低碳氢来减少对化石燃料的依赖，既能推动实现去碳化目标，又能保障国家能源安全。不过，低碳氢在工业和能源领域的推广仍处于初级阶段。
  发展氢能有助于保障能源安全
  全球能源危机进一步凸显出能源政策的重要性。能源政策必须为能源安全和实现气候变化目标提供保障。发展氢能有助于降低化石燃料依赖，一方面可以用氢能替代终端应用领域使用的化石燃料，另一方面氢能生产也可从化石燃料制氢转向可再生能源制氢。国际氢能市场的发展则能促进能源供应多样化，有助于能源进口国保障本国能源安全。
  在各国政府采取有力措施兑现气候承诺的情况下，到2030年，发展氢能有望减少140亿立方米/年的天然气用量、2000万吨/年的煤炭用量和36万桶/日的石油用量，这超过了目前哥伦比亚全国的化石燃料供应量。
  未来须加快氢能技术创新
  为推动氢能产业快速发展，未来10年应当大规模推广氢能技术并加速技术创新。
  2021年，关键氢能技术得到大规模推广。去年，电解水制氢新增装机容量超过200兆瓦，打破了2020年的新增装机容量纪录，同时比2020年的新增装机容量增加了3倍多。如果计划中的所有电解水制氢项目均能投产，那么到2030年，全球电解水制氢装机容量将达134～240吉瓦。根据IEA去年发布的《2021年全球氢能回顾》报告，2030年电解水制氢装机容量预计仅为54～91吉瓦，今年的预测数据较去年大幅增加。然而，目前只有约9吉瓦的电解水制氢项目进入了最终投资决定（FID）阶段。电解水制氢需求增长前景看好，推动了全球电解水装置产能增长，目前全球年产能已达到8吉瓦，到2025年，产能有望达到50吉瓦。
  氢燃料电池汽车（FCEV）是正在迅速发展的氢能应用新领域。截至2021年底，全球氢燃料电池汽车保有量约5万台，2020年这一数字为3．3万台。自2014年投入商用以来，2021年是氢燃料电池汽车保有量最高的一年。氢燃料电池汽车以乘用车为主，但也有一些氢燃料电池卡车示范项目。2021年，中国在氢燃料电池卡车领域持续发力，部署了近800台氢燃料电池重卡。
  也有一些氢能应用领域发展相对迟缓，如与CCUS技术相关的氢能生产。2021年，全球装备了CCUS的化石燃料制氢年产能仅为60万吨，捕集二氧化碳约1000万吨。这与2020年的产能和碳捕集量基本相当，因为没有新项目投产。2022年，全球将有一些装备了CCUS的化石燃料制氢项目投产。如果计划中的化石燃料制氢项目均能投产，到2030年，每年可捕集约8000万吨二氧化碳。
  还有一些关键的氢能技术尚未投入商用，如利用氢能直接还原铁（DRI）生产技术、氨燃料动力船和航空合成燃料等。不过，随着示范项目数量不断增加，一些项目有望提前实现商用。DRI示范项目启动运营一年后，一些商业级DRI工厂已获官宣，这些项目主要位于欧洲。氢能在不同领域的应用潜力有望进一步加强，特别是工业和运输领域应用潜力巨大。
  氢能项目获政策支持
  除科技进展外，过去一年来氢能政策领域的进展也颇引人关注。各国不断出台新政策提振氢能需求，鼓励优先使用氢能，修订氢能产业发展战略目标。目前，低碳氢相关国际标准正在制定，国际标准化组织（ISO）计划于2023年底推出相关技术规范草案。此外，一些国家也开始制订低碳氢认证计划并完善监管措施。
  国际氢能贸易已迈出第一步。2022年初，首艘液化氢运输船完成首航。一些以氨作为载体的低碳氢出口大型项目已经宣布，氨既可直接作为燃料，又可转化为氢燃料。欧盟宣布了REPowerEU计划，2030年前低碳氢进口量将达到1000万吨。