近日，國際能源署（IEA）發(fā)布《全球氫能進展報告》指出，電解制氫等低碳制氫技術正加速擴張，氫能在交通運輸領域的應用也以前所未有的速度發(fā)展，但低碳氫在工業(yè)中的應用進展緩慢，向現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)中注入氫氣是快速提升低碳氫需求以促進其發(fā)展的有效方法。報告認為，當前氫能發(fā)展正面臨前所未有的政治機遇，但仍需做出更多努力以進一步促進其發(fā)展，并提出了相關行動建議。關鍵內(nèi)容如下：
1、低碳制氫產(chǎn)能正加速擴張，尤其是電解制氫
目前，全球大部分氫氣生產(chǎn)主要通過排放密集型天然氣重整制氫和煤氣化制氫兩條路線。發(fā)展低碳制氫技術對清潔能源轉(zhuǎn)型至關重要，當前主要的低碳制氫技術路線包括：將常規(guī)制氫技術與碳捕集、利用與封存（CCUS）集成；通過電解水制氫。由于生產(chǎn)成本低于電解水等其他低碳技術，在短中期內(nèi)，將常規(guī)制氫與CCUS相結(jié)合仍然是低碳制氫的主要途徑，這一途徑正日益受到關注。截至2019年底，共有6個集成CCUS的常規(guī)制氫項目投產(chǎn)，每年可生產(chǎn)低碳氫35萬噸，還有20多個新項目宣布將在2020年代投產(chǎn)，主要集中在歐洲北海周邊國家。
近年來，電解制氫項目數(shù)量和裝機容量大幅增長，從2010年的不足1 MW增至2019年超過25 MW。此外，項目規(guī)模顯著增加，2010年代初期的大多數(shù)項目規(guī)模低于0.5 MW，而2017-2019年規(guī)模最大的項目為6 MW，其他項目在1-5 MW之間。日本2020年3月投運了一個10 MW項目，加拿大的20 MW項目正在建設中。此外，預計有數(shù)百兆瓦的電解制氫項目將在2020年代早期開始運營。堿性電解槽作為最成熟的電解技術在市場上占據(jù)主導地位，特別是對于大型項目。許多新項目選擇質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽。與堿性電解槽相比，PEM電解槽處于早期開發(fā)階段，但其運行更靈活，因此更適合波動性可再生能源發(fā)電。部分已公布項目采用了高效的固體氧化物電解槽（SOEC），幾乎都位于歐洲。然而，與堿性電解槽相比，用戶對于PEM的靈活性和SOEC的高效帶來的運行效益是否值得投入更高成本仍存在分歧。
2、氫能在交通運輸中的應用正以前所未有的速度增長，但氫燃料電池汽車只占新型低碳汽車銷量的0.5%
在亞洲市場的推動下，全球燃料電池汽車市場開始蓬勃發(fā)展。到2019年底，全球燃料電池汽車保有量幾乎翻倍達到25 210輛，銷售量達到12 350輛，比2018年的5800輛增加了一倍多。美國銷量從2018年的超過2300輛略有下降至2100輛，但其仍是全球燃料電池汽車最大保有國，占全球保有量的1/3，其次是中國、日本和韓國。2019年亞洲市場大幅擴張，縮小了與美國的差距，日本、韓國和中國燃料電池汽車銷售量均有所增長。中國2019年燃料電池汽車銷量接近4400輛，主要原因是對燃料電池公交車和輕型卡車的政策支持，兩者保有量分別達到近4300輛和1800多輛，這使得中國燃料電池公交車（97%）和卡車（98%）保有量在全球遙遙領先。
3、2019年全球在運加氫站數(shù)量增長超過20%
截至2019年底，全球在運行加氫站共有470個，同比增長20%以上。日本以113個加氫站繼續(xù)位居榜首，其次是德國（81個）和美國（64個）。韓國（+20）、日本（+13）和德國（+12）新增加氫站數(shù)量大幅增加，而美國僅增加了1個加氫站。2019年，中國在運加氫站數(shù)量從20個增加到61個，位居全球第四，緊隨其后的是韓國和法國。
4、氫能在非道路運輸?shù)膽谜饾u得到認可
2018年底，阿爾斯通公司生產(chǎn)的兩列燃料電池列車在德國投入運營，試運行成功后，又宣布將有14列將于2021年投運。英國和荷蘭也對阿爾斯通的氫動力列車表現(xiàn)出了興趣。2019年，中國在佛山投運一輛燃料電池有軌電車，并在進一步探索氫燃料鐵路的可能性。
5、向天然氣管網(wǎng)中注入氫氣可以顯著提高低碳氫的需求
除交通運輸外，家庭和工業(yè)供熱也可能增加低碳氫的需求，可利用現(xiàn)有的基礎設施（如天然氣網(wǎng)絡）注入氫氣。法國GRHYD項目于2018年開始向天然氣網(wǎng)注入摻入6%氫氣的天然氣，2019年摻混率已達到20%，證明了這種方法的技術可行性。由于高壓下材料的不相容性以及工業(yè)用戶可以接受的混合氫濃度公差較低，向天然氣輸送管道中注入氫氣更具挑戰(zhàn)性，一些試點項目正在測試其可行性，意大利天然氣管網(wǎng)運營公司Snam公司開發(fā)的一個項目已經(jīng)證明了摻混高達10%氫氣的可行性。世界各地的幾個項目已經(jīng)在向天然氣網(wǎng)中注入氫氣，越來越多國家開始對此感興趣，目前世界各地在建裝置每年可向天然氣網(wǎng)輸入2900噸氫氣。
6、低碳氫的工業(yè)應用進展緩慢
在所有部門中，工業(yè)對氫的需求量最大，特別是煉油、化工和鋼鐵制造業(yè)。由于這些行業(yè)使用高碳氫，用低碳氫替代高碳氫將是在短期內(nèi)擴大需求、減少溫室氣體排放的理想機會。在化工和煉油行業(yè)，人們對用低碳氫替代高碳氫的興趣日益增加，一些大型項目已經(jīng)將碳捕集應用于這兩個領域的化石燃料制氫中（例如殼牌公司的Quest項目）。電解制氫仍局限于一些試點或小規(guī)模試驗，但2019年已經(jīng)公開了一些大規(guī)模項目（高達100 MW），預計將在2020年代早期投入使用，這些項目大多涉及煉油或甲醇及氨的生產(chǎn)。此外，在歐洲目前正在進行的試點項目基礎上，電解制氫在鋼鐵行業(yè)的擴張正在加快。在不對現(xiàn)有直接還原煉鋼爐進行任何重大改造的情況下，氫氣可替代高達35%的天然氣，一些鋼鐵制造商正嘗試將氫氣與天然氣混合作為過渡策略，以推進部署利用純氫直接還原煉鐵的部署方式。瑞典正在建設一個大型試點工廠，預計2025年將進行第一次示范試驗。
7、全球范圍內(nèi)對氫能的政策支持力度快速加強
越來越多國家在2019年宣布了氫能戰(zhàn)略和路線圖，一些國家制定了氫能技術部署的目標。各國的路線圖和戰(zhàn)略目標仍然主要集中在氫能的交通應用上，但自2018年以來許多國家已經(jīng)開始設定氫能在工業(yè)、建筑和發(fā)電等部門的目標。
表1 主要國家已設定的氫能發(fā)展目標
8、進一步促進氫能發(fā)展的行動建議
（1）確立氫能在國家長期政策和戰(zhàn)略中的作用
各國政府應制定明確的氫能目標和發(fā)展途徑以確定該行業(yè)的發(fā)展預期，增強投資者對氫能的信心。這也將有助于工業(yè)等部門制定氫能長期目標，特別是在煉油、化工、鋼鐵和長途運輸?shù)汝P鍵行業(yè)。
（2）促進國際合作
通過國際合作展開全球規(guī)模的行動，包括：①建立一條國際貿(mào)易通道以啟動國際氫貿(mào)易至關重要，亞太地區(qū)是推出第一條路線的有力候選者，日本和澳大利亞之間開發(fā)的氫能供應鏈為實現(xiàn)這一目標提供了一個良好的先行模式；②發(fā)展沿海氫中心，擴大低碳氫的生產(chǎn)和利用，從而將低碳氫擴大到其他部門，歐洲北海、中國東南部、印度西北部、墨西哥灣或波斯灣等地區(qū)是先期較為理想的選擇。
（3）重點支持短期發(fā)展機遇
現(xiàn)有的基礎設施，如天然氣管網(wǎng)，可以提供創(chuàng)造和擴大低碳氫需求的機遇。支持天然氣網(wǎng)中摻混氫的政策和法規(guī)（如可再生燃料義務指令和低碳燃料標準）可以通過將低碳氫與安全的能源需求聯(lián)系起來，加快低碳氫的部署。即使進行低濃度摻混（約5%），也能顯著增加氫供應技術的部署，并降低成本。當這一做法被證明在經(jīng)濟上可持續(xù)，就可逐步將摻混率提高至20%，幾乎無需新建基礎設施。短期內(nèi)，還可增加燃料電池在交通運輸中的使用，創(chuàng)造低碳氫需求。不同國家的情況可能不同，決策者需要確定重點關注哪種車型，以及鼓勵基礎設施開發(fā)策略以優(yōu)化利用率。
（4）消除氫開發(fā)的關鍵障礙
目前的法規(guī)限制了低碳氫的部署，監(jiān)管者應致力于解決所有障礙，并采用一套協(xié)調(diào)一致的標準，以促進氫能在所有部門和不同基礎設施中的廣泛使用。尤其應關注：①氫氣在天然氣管網(wǎng)中的摻混限制；②示范新應用的安全案例，特別是在家用和工業(yè)部門；③加氫站加氫標準及許可流程。
（5）刺激低碳氫需求，解決先行風險
低碳氫仍然比現(xiàn)有燃料和原料更昂貴。為此，應采取適當政策，促進低碳氫可持續(xù)市場的發(fā)展。這將為供應商、分銷商和用戶提供投資保障，加強和擴大供應鏈，以推動成本降低。氫的新應用、低碳氫供應以及基礎設施的開發(fā)和改造都是高度不確定的，存在著涉及資本和運營成本的風險。平衡這些風險的政策工具，如貸款擔保、稅收減免等工具，可以鼓勵私營部門投資并降低風險。
（6）確保強有力的研發(fā)支持，以降低成本，提高競爭力
盡管規(guī)模經(jīng)濟對大幅削減成本至關重要，但研發(fā)也將對減少支出和提高低碳氫技術的競爭力至關重要。燃料電池和電解槽等較成熟技術（技術成熟度>7級）可通過研發(fā)改善其性能和制造工藝，從而降低材料和系統(tǒng)成本，延長其使用壽命，并解決示范過程中可能發(fā)現(xiàn)的任何其他性能和壽命問題。氫衍生燃料等中等成熟度技術（技術成熟度5-7級），可以通過財政研發(fā)支持獲得成功示范，從而增強投資者的信心，這將降低風險認知和融資成本。低成熟度技術（技術成熟度<5級），如配備CCUS的生物質(zhì)氣化以及海水電解，將需要研發(fā)支持和知識共享，以推進其驗證過程和長期商業(yè)化。政府的行動，包括使用公共資金，對于制定研究議程和風險承擔水平，以及吸引私人資本進行創(chuàng)新至關重要。工業(yè)界在制定長期戰(zhàn)略時，應將研發(fā)作為優(yōu)先事項之一，以縮小與高碳氫技術的差距，增強低碳氫的競爭力。
