摘要 【機遇已至——解析IEA《氫能的未來》】受G20主辦國日本政府邀請，國際能源署于6月14日發(fā)布氫能的重磅報告《氫能的未來》，該報告詳細介紹了氫能的現(xiàn)狀以及未來發(fā)展的關(guān)鍵，我們將核心觀點總結(jié)如下：發(fā)展氫能源優(yōu)勢與挑戰(zhàn)并存。（廣證恒生） 　　受G20主辦國日本政府邀請，國際能源署于6月14日發(fā)布氫能的重磅報告《氫能的未來》，該報告詳細介紹了氫能的現(xiàn)狀以及未來發(fā)展的關(guān)鍵，我們將核心觀點總結(jié)如下：

　　發(fā)展氫能源優(yōu)勢與挑戰(zhàn)并存。氫氣的優(yōu)勢在于無污染、高質(zhì)量密度、可持續(xù)發(fā)展等，其劣勢在于較高的生產(chǎn)成本和運輸成本。由于氫氣密度低，壓縮、轉(zhuǎn)化難度大，處于氫能源產(chǎn)業(yè)鏈中游部分的儲運環(huán)節(jié)就成為制約氫能源大規(guī)模應(yīng)用、急需技術(shù)突破的重點，同時上游制氫與下游應(yīng)用也值得關(guān)注。

　　基于成本優(yōu)勢，天然氣和煤炭是氫氣制備的主要來源，但水電解制氫碳排放最低。在目前生產(chǎn)的7000萬噸的氫氣中，76%來自天然氣，其余23%幾乎全部來自煤炭，極少部分來自水電解。由于天然氣和煤炭制氫過程中易產(chǎn)生大量二氧化碳排放，因此發(fā)展水電解制氫成為人們關(guān)注的重點。在成本方面，采用天然氣制備的氫氣價格為1.5-3美元/kg，而采用可再生電力制備的氫氣價格為2.5-6美元/kg，氫氣成本很大程度上受天然氣價格和電價的影響，據(jù)估算，當天然氣價格為11美元/MBtu時，可再生電價須降至30-45美元/MWh才可與之競爭。制氫方式的選擇還取決于各國資源豐富程度、投資約束、對碳排放的接受程度等因素的影響。

　　氫的儲存和運輸成本跟不同的技術(shù)選擇有關(guān)，而應(yīng)當選擇哪種儲運技術(shù)受眾多因素影響，如：運送距離、運送數(shù)量、儲存時間。短時且少量的氫氣儲存可以采用將氫轉(zhuǎn)化成氫基燃料的方法，對于這種方法，氫基產(chǎn)品的最大成本構(gòu)成是典型的電力，約占40-70%的生產(chǎn)成本氫基產(chǎn)品，因此降低電力是一個重要的目標，同時提高轉(zhuǎn)換鏈。另外一種方法是儲罐儲存，儲罐儲存氫氣可以應(yīng)用于燃料汽車，有非常廣闊的前景，但是安全性能仍待提高。長時且大量的氫氣可以被儲存到鹽穴、油氣藏或含水層。目前鹽穴應(yīng)用較廣泛，因為它相對成本較低、污染較小。氫的運輸主要通過管道、卡車、船只，管道一般用于長距離的運輸，卡車和船只用于短距離運輸，管道的資本成本非常高，但是邊際成本比較低，長距離的氫的運輸通過管道運輸可以有效降低成本。

　　氫能源的應(yīng)用——燃料電池和氫能汽車是關(guān)鍵，可以通過降低氫的生產(chǎn)成本、儲運成本和加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本來實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。通過增加工廠，燃料電池的各種部件的綜合成本可以降低65%。儲罐的成本下降速度會比燃料電池慢，美國能源部的最終目標是8美元/kWh，這意味著對于一個1800千瓦的油箱來說，成本可能會降至16700美元，而傳統(tǒng)柴油卡車拖拉機的全部成本則為10萬美元至15萬美元。而加氫站有著很強的規(guī)模效應(yīng)，將容量從50至500 kgH/天可能會降低特定成本)75%。

　　氫能源的產(chǎn)業(yè)化進程中政府起著非常重要的作用。把握好國際能源署提出的四個近期機會和七個關(guān)鍵建議，我國氫能源產(chǎn)業(yè)有機會進入高速發(fā)展階段。

　　風(fēng)險提示：政策推進不及預(yù)期，技術(shù)突破不及預(yù)期

　　　　1。發(fā)展氫能源優(yōu)勢與挑戰(zhàn)并存

　　相比天然氣和汽油，單位質(zhì)量的氫蘊含更高的能量，因此非常適合作為運輸材料。然而，由于單位體積氫氣的能量密度較低，意味著在相同能量條件下，所需氫氣的體積遠遠超過了其他燃料。這一點可以通過使用快速流動的管道或大型儲氫罐來實現(xiàn)。氫可以通過壓縮、液化轉(zhuǎn)為能量密度更高的氫基燃料，但轉(zhuǎn)換過程會消耗一些能量。

　　　　2。產(chǎn)業(yè)鏈概況：各個環(huán)節(jié)技術(shù)都仍待突破，成本居高難下

　　氫能源的產(chǎn)業(yè)鏈概況如圖三，包括了氫能源的生產(chǎn)、儲存、運輸以及各種應(yīng)用領(lǐng)域。其中氫能源的供應(yīng)方主要有可再生能源(如風(fēng)能、【太陽能(000591)、股吧】、電解水等)，和不可再生能源(如天然氣、煤炭、石油等)；不可再生能源可以通過燃燒直接產(chǎn)生氫氣和發(fā)電的能量，但與此同時會產(chǎn)生大量的二氧化碳；可再生能源可以發(fā)電，然后通過電解水產(chǎn)生氫氣，實現(xiàn)零排放，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。這便是利用可再生能源生產(chǎn)氫氣作為氫能源投入應(yīng)用的最大優(yōu)勢之一。

　　氫能源的產(chǎn)業(yè)鏈中游包括氫的儲存、運輸和分配。這也是氫能源投入大規(guī)模應(yīng)用面臨的最大難題之一，因為氫能源是目前發(fā)現(xiàn)的密度最小的氣體，這使得它的儲運非常困難。

　　　　3。氫的供應(yīng)來源：目前以天然氣和煤炭為主，未來電解水發(fā)展空間很大

　　在目前生產(chǎn)的7000萬噸的氫氣中，76%來自天然氣，其余23%幾乎全部來自煤炭。對天然氣和煤炭的依賴造成了大量的二氧化碳排放。盡管在氨/尿素裝置中，來自蒸汽甲烷重整(SMR)的濃縮二氧化碳流(每年約130mtCO)被捕獲并用于尿素肥料的生產(chǎn)，但仍有大部分二氧化碳排放到大氣中。

　　目前最常用的制氫方法是SMR、煤氣化和水電解技術(shù)。

　　3.1天然氣制氫占比最大，目前成本最低，排放問題有待解決

　　3.1.1重整制氫為主，天然氣出口國成本優(yōu)勢明顯

　　重整是利用天然氣制氫最普遍的方法。有三種方法：蒸汽重整(以水為氧化劑和氫源)、部分氧化(以空氣中的氧為氧化劑)或二者的結(jié)合稱為自熱重整(ATR)。

　　天然氣制氫的生產(chǎn)成本受各種技術(shù)經(jīng)濟因素的影響，其中天然氣價格和資本支出最為重要。

　　天然氣成本是所有地區(qū)制氫成本結(jié)構(gòu)中占比最大的部分，約占生產(chǎn)成本的45%-75%(圖五)。中東、俄羅斯聯(lián)邦和北美的天然氣價格低，從而其制氫成本也較低。日本、韓國、中國和印度等天然氣進口國面臨更高的天然氣進口價格，導(dǎo)致更高的制氫成本。

　　3.1.2 CCUS對于今天運行的大型SMR機組脫碳至關(guān)重要

　　CCUS(Carbon Capture，Utilization and Storage)技術(shù)可用于SMR和ATR制氫。在SMR的生產(chǎn)及排放過程中使用CCUS可以減少高達90%的碳排放。目前已有一些年產(chǎn)量為0.5兆噸氫氣的SMR-CCUS工廠投入運營。SMR工廠捕獲二氧化碳的方式有兩種：一是將二氧化碳從高壓合成氣流中分離出來從而減少60%的排放，通常處理每噸CO2需花費53美元。二是從稀釋的爐煙氣中捕獲二氧化碳，這樣可以將減排水平提高到90%以上，但也會使成本增加到80美元/tCO2左右。合成氨/尿素和甲醇的減排成本高達90-115美元/tCO2，因為其排放的CO2氣體稀釋程度更高。在ATR技術(shù)中，所有的CO2都在反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生，所以CO2回收率比SMR要高。集中排放也使得ATR的減排成本更低。目前ATR+CCUS技術(shù)有逐漸取代SMR技術(shù)的趨勢。

　　　　向SMR工廠加入CCUS將使平均資本支出增加50%左右，燃料成本增加10%左右。二氧化碳的運輸和儲存成本也導(dǎo)致運營成本平均翻了一番。然而在某些地區(qū)，SMR+CCUS的制氫成本為1.4-1.5美元/kg，是成本最低的低碳制氫方式之一。

　　　　3.2水電解制氫是未來發(fā)展趨勢，規(guī)模擴大可降低成本，解決污染問題

　　水電解是將水分解成氫和氧的電化學(xué)過程。目前，全球?qū)Ｓ脷錃馍a(chǎn)中只有不到0.1%來自水電解，通過這種方式生產(chǎn)的氫氣主要用于需要高純度氫氣的市場(例如電子和多晶硅)。除水電解制氫外，氯堿電解制氯和燒堿的過程中產(chǎn)生的氫氣副產(chǎn)品占全球總氫氣的2%左右。

　　隨著可再生能源尤其是太陽能光伏和風(fēng)能的成本下降，人們越來越關(guān)注電解氫，近年來已經(jīng)開發(fā)了幾個示范項目。目前電進行海水解槽系統(tǒng)的效率在60%到81%之間，主要取決于技術(shù)類型和負載系數(shù)。

　　電解需要水和電。生產(chǎn)1千克氫氣大約需要9升水，同時產(chǎn)生8千克的氧氣副產(chǎn)品，這些氧氣可用于醫(yī)療保健部門或工業(yè)用途。

　　在缺水地區(qū)，淡水的獲取可能是一個問題。在沿海地區(qū)，使用海水可能成為一種替代方法。使用反滲透淡化需要每立方米水3-4千瓦時(kWh)的電力需求和每立方米水0.7-2.5美元的成本(Tractebel，2018年；Caldera等人，2018年)。這對水電解的總成本影響很小，使制氫總成本增加了0.01-0.02美元/kgH。目前電解中直接使用海水會造成腐蝕性破壞和氯氣的產(chǎn)生，但如何使海水在未來的電解中更容易使用，仍在研究中。

　　現(xiàn)在有三種主要的電解槽技術(shù)：堿性電解、質(zhì)子交換膜電解和固體氧化物電解槽。他們的主要技術(shù)經(jīng)濟特征總結(jié)見圖七。

　　3.2.1 堿性電解是一項成熟的商業(yè)化技術(shù)

　　堿性水電解是一項成熟的工業(yè)技術(shù)。自20世紀20年代以來，它一直被用于化肥和氯氣工業(yè)的氫生產(chǎn)。堿性電解槽的操作范圍從最小負荷10%到最大設(shè)計容量110%。與其他電解槽技術(shù)相比，堿性水電解避免了因使用貴重材料而帶來的成本負擔。

　　3.2.2 PEM電解槽系統(tǒng)由于成本高，目前應(yīng)用不廣泛

　　PEM電解槽系統(tǒng)最早由通用電氣公司于20世紀60年代引進，以克服堿性電解槽的一些操作缺陷。以純水作為電解質(zhì)溶液避免了氫氧化鉀電解液的回收與循環(huán)。體積小的優(yōu)勢使其在密集城市地區(qū)相比堿性電解槽更受歡迎。它能夠生產(chǎn)高度壓縮的氫氣，并且具有靈活的操作能力。它的工作范圍可以從零負荷到設(shè)計容量的160%。然而，它需要昂貴的電極催化劑(鉑、銥)和膜材料，并且壽命比堿性電解槽要短。目前，PEM電解槽的總成本高于堿性電解槽，而且應(yīng)用范圍較窄。

　　3.2.3 SOEC技術(shù)是目前最不發(fā)達的電解技術(shù)

　　SOEC是最不發(fā)達的電解技術(shù)。盡管一些公司目前正打算將其推向市場，但它尚未商業(yè)化。SOEC使用陶瓷作為電解質(zhì)，材料成本低。在高溫下作業(yè)使其具有很高的電氣效率。因為用蒸汽電解，所以需要提供熱源。如果產(chǎn)生的氫被用于合成碳氫化合物，在合成過程產(chǎn)生的余熱可以回收，產(chǎn)生的蒸汽可用于進一步的SOEC電解。核電站、太陽能熱能或地熱系統(tǒng)也可作為高溫電解的熱源。

　　與堿性電解槽和PEM電解槽不同的是，SOEC電解槽可以作為燃料電池反向運行，將氫轉(zhuǎn)化為電能，這意味著它可以結(jié)合儲氫設(shè)施為電網(wǎng)提供平衡服務(wù)，從而提高設(shè)備的整體利用率。也可以使用SOEC電解槽同時電解蒸汽和二氧化碳，產(chǎn)生氣體混合物(一氧化碳和氫氣)，然后轉(zhuǎn)化為合成燃料。開發(fā)SOEC電解槽的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是解決由于高溫操作導(dǎo)致的材料降解問題。

　　　　隨著PEM技術(shù)的飛速發(fā)展，過去10年中不斷開發(fā)出新的電解裝置。大多數(shù)開發(fā)項目位于歐洲，也有少部分在澳大利亞、中國和美洲。電解槽的平均單位容量已從2000年的0.1兆瓦增加到2015年的1.0兆瓦，標志著小型試點項目向商業(yè)規(guī)模的轉(zhuǎn)變和應(yīng)用。規(guī)模經(jīng)濟的形成有助于降低成本并延伸行業(yè)的供應(yīng)鏈。目前一些項目正在開發(fā)容量為10兆瓦甚至100 兆瓦及以上的電解槽。

　　　　水電解制氫的生產(chǎn)成本受技術(shù)和工藝的影響，尤其是資本支出、轉(zhuǎn)換效率、電力成本和年度工作時間。堿性水電解的資本支出為500-1400美元/千瓦，PEM電解為1100-1800美元/千瓦，SOEC電解槽估計范圍在2800-5600美元/千瓦。電解槽成本占堿性水電解總資本支出的50%、占PEM電解系統(tǒng)的60%。剩余部分成本由電力、天然氣和工廠建設(shè)承擔。

　　未來降成本有兩條路徑：一是技術(shù)創(chuàng)新 (如開發(fā)成本較低的電極和薄膜材料)，二是工業(yè)上采用規(guī)模經(jīng)濟 (如開發(fā)容量更大的電解槽)。據(jù)美國能源署測算，當電解槽堆數(shù)量增加至20個時，堿性電解槽系統(tǒng)的成本可下降20%；當電解槽堆數(shù)量增加至6個時，PEM電解槽系統(tǒng)的成本可下降40%。

　　　　隨著電解槽運行時間的增加，資本支出對氫氣成本的影響下降，而電力成本的影響上升。因此，生產(chǎn)低成本氫必須獲得充足的低成本電力以確保電解槽能夠長時間運行。可再生能源的推廣產(chǎn)生了大量低成本的棄電，因此可以利用棄電進行水電解制氫以達到降成本的目的。但棄電的不可持續(xù)性限制了其使用，因為高載荷運行并支付額外電力的電解槽比僅使用棄電低載荷運行的電解槽成本更低。

　　在使用電網(wǎng)電力進行水電解制氫的假設(shè)下，可清楚地觀察到電力成本與運行時間之間的關(guān)系。低成本的電力一年內(nèi)通常只能使用幾個小時，意味著電解槽利用率低，資本支出高導(dǎo)致氫氣成本高。雖然電力成本隨著時間的增加而增加，但電解槽利用率的提高能使單位氫成本下降，能夠達到3000-6000等效滿載小時的最佳水平。除此之外，峰電的高價格會導(dǎo)致單位氫生產(chǎn)成本增加。

　　　　利用可再生能源或核能發(fā)電為使用電網(wǎng)電力制氫提供了另一種選擇。在可再生資源豐富的地區(qū)建造電解槽制氫可大大降低太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的成本，從而降低氫氣成本，即使將輸送和分配成本考慮在內(nèi)也是如此。這些地區(qū)存在于巴塔哥尼亞、新西蘭、北非、中東、蒙古、澳大利亞的大部分地區(qū)以及中國和美國的部分地區(qū)。在太陽能光伏和風(fēng)能資源都很豐富的地區(qū)，建立混合發(fā)電廠將有可能進一步降低成本。

　　　　3.3 煤炭制氫：成本取決于煤炭的可用性和成本

　　目前，中國絕大多數(shù)的煤炭制氫都是采用煤氣化法，主要用于生產(chǎn)氨。煤氣化制氫是一項成熟的技術(shù)，幾十年來，化學(xué)和化肥工業(yè)一直在使用它來生產(chǎn)氨(尤其是在中國)。全球約有130家煤氣化廠在運營，其中80%以上在中國。用煤制氫產(chǎn)生的二氧化碳排放量約為19噸CO/噸H，是天然氣的兩倍。

　　資本支出要求約占煤炭制氫成本的50%。燃料占15-20%(圖十三)。因此，煤炭的可用性和成本在確定可行性方面起著重要作用。

　　　　3.4 生物質(zhì)制氫：技術(shù)復(fù)雜，成本極高

　　氫可以以不同的方式從生物量中產(chǎn)生。在生化過程中，微生物利用有機物質(zhì)產(chǎn)生沼氣(一種稱為厭氧消化的過程)或酸、醇和氣體的組合(發(fā)酵)。生物質(zhì)熱化學(xué)氣化是一種將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為一氧化碳、二氧化碳、氫氣和甲烷混合物的過程，其工作原理與煤炭氣化非常相似。厭氧消化生產(chǎn)沼氣是這些工藝中技術(shù)最成熟的，但只能處理污水污泥、農(nóng)業(yè)、食品加工和生活垃圾以及一些能源作物。發(fā)酵可以處理一些植物中不可食用的纖維素部分。氣化可能轉(zhuǎn)化所有有機物，尤其是生物質(zhì)的木質(zhì)素成分。盡管世界上有許多生物質(zhì)氣化示范工廠，但該技術(shù)尚未完全發(fā)展，可能導(dǎo)致催化劑中毒的焦油的形成問題尚未完全解決(Ericsson，2017年)。在所有方式下，產(chǎn)生的氣體都需要進一步處理以提取氫氣。

　　生物量的復(fù)雜加工意味著它通常是一種比太陽能或風(fēng)能電解更昂貴的低碳氫生產(chǎn)方法。廉價生物質(zhì)的供應(yīng)也限制了大規(guī)模生物質(zhì)制氫的潛力。例如，滿足美國市場6000萬噸氫氣的理論需求將需要幾乎100%的生物質(zhì)能，但僅需6%的風(fēng)力發(fā)電量和不到1%的太陽能。然而，將生物質(zhì)能產(chǎn)生的氫氣與碳捕獲和儲存相結(jié)合，可能是創(chuàng)造所謂“負排放”的一種選擇，這可能在未來發(fā)揮作用。

　　4。不同生產(chǎn)技術(shù)選擇的成本比較

　　短期內(nèi)，化石燃料的成本優(yōu)勢仍將持續(xù)。在不適用CCUS的情況下，天然氣制氫的成本為1-2美元/kg。除煤制氫外，燃料成本是制氫成本中最大的組成部分。因此，未來的氫成本將在很大程度上受到電力和天然氣成本的影響

　　不同制氫技術(shù)對二氧化碳的影響差異很大。在不使用CCUS的情況下，天然氣制氫的碳排放強度大約是煤制氫的一半。水電解制氫的二氧化碳排放強度取決于輸入電流的二氧化碳排放強度。

　　大多數(shù)情況下，使用CCUS或可再生能源電力生產(chǎn)的低碳氫比未稀釋的化石燃料產(chǎn)生的氫更昂貴。天然氣制氫的成本價格一般在1.5-3美元/kg左右，而可再生能源(太陽能或風(fēng)電)發(fā)電產(chǎn)生的氫氣價格則在2.5-6美元/kg左右。天然氣或可再生電力生產(chǎn)的低碳氫的未來競爭力主要取決于天然氣價格和電價。在天然氣價格較低的情況下，可再生電力必須達到1美元/ MWh以下，才能使水電解成為具有成本優(yōu)勢。若天然氣價格提升，可再生電力的價格也將增加：當天然氣價格為11美元/MBtu時，可再生電力在30-45美元/MWh時具有競爭力。

　　　　對于不同國家，可再生電力和天然氣成本對氫生產(chǎn)成本會產(chǎn)生明顯的影響。若是可再生資源豐富但天然氣依賴進口的國家， 用可再生能源生產(chǎn)氫氣可能比用天然氣便宜；而在天然氣價格較低的國家，使用天然生產(chǎn)氫氣可能是更便宜的選擇。

　　　　5。氫的儲存：成本與許多因素有關(guān)，需要權(quán)衡考慮

　　5.1短時且少量的儲存

　　5.1.1將氫轉(zhuǎn)化為氫基燃料和易于儲存、運輸和使用的原料

　　氫具有較低的能量密度，因此它比化石燃料更難以儲存和運輸。但它可以轉(zhuǎn)化為氫基燃料和原料，例如可利用現(xiàn)有的合成甲烷、合成液體燃料和氨運輸、儲存和配送的基礎(chǔ)設(shè)施，從而達到降低成本的目的。

　　將氫轉(zhuǎn)化為燃料和原料的方式有很多種：可以將氫和氮、氨合成碳氫化合物(如甲烷、甲醇、柴油或噴氣燃料)，也可以將氫和碳結(jié)合成二氧化碳。

　　然而，對于以電解氫為基礎(chǔ)的儲存，將氫轉(zhuǎn)化為燃料的大部分電力將會在轉(zhuǎn)化過程中丟失。此時氫基產(chǎn)品的最大成本來自于電力(約占40-70%)。20美元/兆瓦時的電價對應(yīng)60-70美元/桶的液態(tài)烴，即使不增加資本支出和運營成本、二氧化碳原料成本和其他成本，該價格已經(jīng)接近化石燃料的價格。因此重點在于降低電力成本、提高轉(zhuǎn)換效率。

　　　　5.1.1.1轉(zhuǎn)化成氨

　　氨是氮和氫的化合物，因此燃燒時不會產(chǎn)生二氧化碳排放。

　　它是一種在正常溫度和壓力下的氣體，但可以在-33°C下液化，這一溫度不太難達到。液氨的體積能密度比液氫高50%。氨作為制冷劑已經(jīng)使用了170年，并且作為氮肥和炸藥的化學(xué)原料已經(jīng)有一個世紀了。工業(yè)用于儲存和運輸，包括遠洋油輪。原則上，氨可以用作各種能源應(yīng)用中的燃料(例如，用于燃煤電廠的共燃)，但這些應(yīng)用中沒有一個在今天商業(yè)化使用。氨的毒性意味著它的處理需要小心，可能僅限于受過專業(yè)培訓(xùn)的操作員，這可能限制了它的技術(shù)經(jīng)濟潛力。

　　氫可以與二氧化碳結(jié)合生成合成碳氫化合物，如甲烷或合成液體燃料，如甲醇、柴油、汽油和噴氣燃料。其中一些產(chǎn)品具有比氫或氨更高的能量密度：合成甲烷：這可以直接從二氧化碳和氫在甲烷化過程。目前甲烷化過程的應(yīng)用主要依賴于催化甲烷化(熱化學(xué))。生物甲烷化也是可能的厭氧環(huán)境中的微生物將氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷這還處于開發(fā)的早期階段。大部分項目為氫基到目前為止，燃料和原料的目標一直是生產(chǎn)合成甲烷70個示范工廠(圖十八)。其中大部分位于德國和其他國家歐洲國家。

　　5.1.1.2 合成碳氫化合物

　　1)合成甲烷

　　這可以在甲烷化過程中由二氧化碳和氫氣直接生成。目前甲烷化工藝的應(yīng)用主要依賴于催化(熱化學(xué))甲烷化。生物甲烷化也是可能的，在厭氧環(huán)境中微生物將氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷，但這是一個早期的發(fā)展階段。到目前為止，大多數(shù)氫基燃料和原料項目的目標是生產(chǎn)合成甲烷，有近70個示范工廠(圖十九)。其中大部分位于德國和其他歐洲國家。

　　2)合成柴油或煤油

　　合成柴油或煤油的生產(chǎn)需要氫和一氧化碳作為輸入。由于一氧化碳通常不容易獲得，因此可以使用二氧化碳代替。這種二氧化碳首先轉(zhuǎn)化為一氧化碳，產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣的合成氣隨后被轉(zhuǎn)化(通過費托(FT)]的合成燃料和原料液13個，與進一步的升級和合成，柴油或煤油。FT合成是非常慢和需要costly投資。

　　3)合成甲醇

　　甲醇是最簡單的：酒精。它有一個平等的兆焦耳能量的內(nèi)容以19.9公斤(LHV)和高能量密度超過80%的液體氫。作為一個可移動的液體，它是很容易，像其他普通石油燃料。它是在普通液體石油燃料是有毒的，但不同的mutagenic致癌或他們不是。水和甲醇是一種可生物降解，生產(chǎn)合成氣和它是完全從商業(yè)。在今天的全球40%的能源是用于甲醇生產(chǎn)甲醇的用途，但也可以被用來作為構(gòu)建塊synthesising for a范圍的化學(xué)品，如生物塑料的生產(chǎn)。

　　4)合成烴

　　氫合成烴的生產(chǎn)使用二氧化碳作為輸入，可以通過各種方法得到。例如，在德國的Werlte，自2013年以來，電解槽容量為6兆瓦的工廠每小時生產(chǎn)300立方米的合成甲烷，其中二氧化碳由沼氣工廠提供。自2012年以來，冰島已建立了一個甲醇生產(chǎn)用合成液體工廠，電解槽容量為6兆瓦，甲醇產(chǎn)量為每年4000噸。從地熱發(fā)電廠收集所需的二氧化碳。

　　生產(chǎn)氨和合成烴的主要成本構(gòu)成是資本支出和氫氣成本，以及生產(chǎn)氫氣時的電力成本通過電解，對于合成烴，二氧化碳原料成本。資本成本約占合成氨和合成氨總生產(chǎn)成本30-40%。碳氫化合物，如果氫是由電產(chǎn)生的。資本支出成本主要由電解槽的成本，而合成工藝和其他設(shè)備組件有一個較小的影響。學(xué)習(xí)效果可能會將不同類型的資本支出成本大約減半。長期的生產(chǎn)路徑，從而降低生產(chǎn)成本。當比較不同電力線的生產(chǎn)成本時，成本氨的含量低于合成烴(圖十九)。

　　　　5.1.2 利用特殊材料的儲罐儲存，安全性是關(guān)鍵

　　儲存壓縮或液化氫的罐具有較高的排放率和效率約99%，使其適用于小規(guī)模應(yīng)用，其中本地燃料庫存或原料需要隨時可用。壓縮氫(在700巴壓力下)只有汽油能量密度的15%，所以在汽車加油站儲存等量的能量幾乎需要七倍的空間。氨具有更高的能量密度，因此可以減少對這樣的大型坦克，但這些優(yōu)勢必須與能量損失相權(quán)衡，當最終使用時，用于轉(zhuǎn)換和再轉(zhuǎn)換的設(shè)備需要純氫(見下文)。當涉及到車輛而不是加油站時，壓縮氫罐具有更高的比鋰離子電池更高的能量密度，因此在汽車或卡車上的行駛范圍比現(xiàn)在大。可與電動車輛一起使用。

　　研究正在繼續(xù)，目的是找到減小坦克尺寸的方法，這將在人口稠密的地區(qū)特別有用。這包括查看能夠承受800巴壓力的地下儲罐，從而使氫。固態(tài)材料如金屬和化學(xué)氫化物中的儲氫一個早期的發(fā)展階段，但可能使氫密度更大在大氣壓下儲存。

　　5.2 長時且大量的儲存

　　5.2.1 鹽穴成本相對較低、污染最小

　　自20世紀70年代和80年代以來，英國和美國的化學(xué)部門已將鹽穴用于儲氫。鹽穴的成本通常低于0.6美元/kgH，效率約為98%，且對儲存的氫氣污染的風(fēng)險較低(H1,2018；B_nger等人，2014；Lord、Kobos和Borns，2014年)。他們的高壓使高排放率，使他們對工業(yè)和電力部門的應(yīng)用有吸引力

　　5.2.2 油氣藏成本相對鹽穴高、污染小

　　耗盡的油氣藏通常比鹽穴大，但它們也更具滲透性，并且含有污染物，這些污染物必須在氫可用于燃料電池之前清除。

　　5.2.3 含水層成本和可行性有待證明

　　含水層是三種地質(zhì)儲存方案中最不成熟的一種，有多種證據(jù)表明它們的適宜性(盡管它們以前被用于儲存含50-60%氫氣的城鎮(zhèn)天然氣)。與油氣藏一樣，天然屏障將絕大多數(shù)氫深埋在地下。然而，與微生物、流體和巖石的反應(yīng)會導(dǎo)致氫的損失。因為他們以前沒有由于使用純氫進行商業(yè)用途調(diào)查，許多含水層也會產(chǎn)生勘探和開發(fā)成本。

　　在枯竭的儲層和含水層中儲存氫的可行性和成本仍有待證明。如果他們能夠克服這些挑戰(zhàn)并使自己成為可行的，這兩種方案都將是按照季節(jié)性氫儲存所需的規(guī)模提供儲存的選擇，尤其是在沒有進入鹽穴的地方。

　　6。氫的運輸和分配：成本與許多因素有關(guān)，需要權(quán)衡考慮

　　今天氫通常以壓縮氣體或液體的形式儲存和輸送。絕大多數(shù)是現(xiàn)場生產(chǎn)和消費(約85%)，還是通過卡車或管道運輸(約15%)。未來，這些選擇之間的平衡可能會發(fā)生變化，出現(xiàn)新的選擇可能會出現(xiàn)替代品。不同選擇的競爭力將取決于氫的運輸距離、規(guī)模和最終用途。長途運輸將使氫從低成本生產(chǎn)地區(qū)出口到高成本地區(qū)成為可能(圖二十)。對于依賴能源進口的國家來說，這也可以提高能源的多樣性加強能源安全。

　　　　6.1長距離運輸——低溫液態(tài)氫

　　這種方法目前是研發(fā)的重點，它相比于高溫氣態(tài)儲運最大的一個優(yōu)勢就是其體積比容量大。但是受限于法規(guī)、成本及技術(shù)，該技術(shù)目前在我們國家只能應(yīng)用于航天火箭發(fā)射，未來低溫液態(tài)儲運氫氣的技術(shù)將有希望廣泛應(yīng)用于加氫站和車載系統(tǒng)之中

　　6.1.1 管道運輸

　　今天世界上有近5000公里的氫氣管道，相比之下約300萬公里的天然氣輸送管道。這些現(xiàn)有的氫氣管道由工業(yè)氫氣生產(chǎn)商經(jīng)營，主要用于將氫氣輸送至化工產(chǎn)品，以及煉油廠設(shè)施。管道運營成本低，使用壽命在40至80年之間。他的兩個主要缺點是所需的高資本成本和獲得通行權(quán)的必要性。這意味著如果是新的，未來氫需求的確定性和政府的支持是至關(guān)重要的。

　　6.1.2 船舶運輸

　　目前還沒有運輸純氫的船只。這類船舶將廣泛與液化天然氣船類似，在運輸之前需要液化氫氣。當船舶和液化過程都需要大量的成本，許多項目正在積極尋找合適的船只。預(yù)期這些船將由氫氣提供動力，在旅途中會蒸發(fā)掉(大約0.2%的貨物可能每天消耗量，與液化天然氣運輸船消耗的天然氣量相似)。除非高價值液體可以在同一個容器中以相反的方向運輸，船舶將需要空的返回。

　　6.1.3 管道和船舶成本對比

　　對于管道，考慮到所有資本和運營成本，IEA估計將氫氣作為天然氣運輸約1500公里的成本約為1美元/千克氫氣(圖二十一)。將氫轉(zhuǎn)化為氨的成本約為1美元/千克氫氣(在不同地區(qū)之間有些變化)。隨著輸送距離的增加，輸送氫氣的成本也隨之增加。

　　對于船舶，氫氣必須在運輸前液化或轉(zhuǎn)化。這需要氫、低碳化合物或氨的運輸和儲存成本增加額外成本。

　　　　6.2 較長距離運輸——高溫氣態(tài)氫

　　這是目前技術(shù)最成熟，也是運用最廣泛的一種方法。它采用高壓將氫氣壓縮到一個耐高壓的容器里，目前所使用的容器是鋼瓶，存在泄露爆炸隱患，安全性能較差。未來，高壓氣態(tài)儲氫還需向輕量化、高壓化、低成本、質(zhì)量穩(wěn)定的方向發(fā)展

　　6.3 短距離運輸——液態(tài)有機氫載體

　　有機液體儲氫技術(shù)儲氫容量高，關(guān)鍵在于可以利用傳統(tǒng)的石油基礎(chǔ)設(shè)施進行運輸、加注?？梢越⑾窦佑驼灸菢拥募託渚W(wǎng)絡(luò)。因此，該技術(shù)相比于其它技術(shù)而言，具有獨一無二的安全性和運輸便利性。該技術(shù)尚有較多的技術(shù)難題，但隨著技術(shù)的進步，從長期來看，該技術(shù)極具應(yīng)用前景。

　　6.3.1卡車

　　今天，氫的分配主要依靠壓縮氣體拖車來減少距離。

　　6.3.2管道

　　天然氣配氣管道在各地區(qū)分布廣泛。新的專用氫氣分配管道將代表更大的資本成本，尤其是為建筑物供熱所需的規(guī)模。

　　6.3.3 卡車和管道的成本比較

　　雖然今天載運氫氣的卡車會分配大部分的氫氣，但這是一個相對高成本選項(圖二十二)。隨著分布距離的增加，管道與卡車的成本競爭日益激烈。分配的一個關(guān)鍵考慮因素是多少最終用戶需要氫氣。如果需要大體積，則可以使用較大的管道，從而降低了交貨成本。

　　成本也很大程度上取決于氫的最終用途。再轉(zhuǎn)化的成本取決于所需氫氣的純度。國際能源署估計，用卡車在500公里的距離內(nèi)分配低碳碳氫化合物的成本將是0.8美元/kgH以及最終使用點氫氣的提取和凈化成本2.1美元/kgH。因此，本地分銷的總成本為2.9美元/kgH。對于氨，等效成本為1.5美元/kgH；但是，如果氨可以供最終客戶使用，無需再轉(zhuǎn)化為氫氣，成本為分銷將大幅下降，為0.4美元/kgH。

　　　　交付氫氣的總成本將根據(jù)進出口國、輸配電距離、方法運輸和最終用途需求。盡管大部分成本存在許多不確定性成分，IEA分析表明，對于內(nèi)陸輸配，氫氣對于低于3500公里的距離來說是更便宜的選擇(圖二十三)。超過這個距離，氨管道將是更便宜的選擇。比較使用管道和對于以下距離，通過管道輸送和分配氫氣的船舶成本更低。大約1500公里。在這一距離之上，lohc和氨氣通過船舶運輸，這是廣泛的類似于他們的全部成本，成為更便宜的交貨方式。運輸和使用但是，氨水或一些氯離子可能會引起潛在的安全性和公眾的接受。在某些情況下可能限制其應(yīng)用的問題。

　　　　7。氫的當前和潛在工業(yè)用途：重點關(guān)注氫能源汽車

　　目前大多數(shù)氫被用于三個工業(yè)部門：煉油、化工、鋼鐵和天然氣鋼鐵。為滿足這些部門的需要而生產(chǎn)的氫已經(jīng)達到了商業(yè)規(guī)模幾乎完全來自天然氣、煤炭和石油，以及相關(guān)的環(huán)境影響。然而，這些技術(shù)是可用的，以避免這種化石燃料使用的排放生產(chǎn)和供應(yīng)低碳氫。在某些情況下，這些替代方案已經(jīng)存在部署在政策和經(jīng)濟支持的地方。圖二十五提供了關(guān)于目前和將來氫的工業(yè)用途及他們未來發(fā)展的潛力表。

　　　　7.1 煉油中的氫：解決排放問題是關(guān)鍵

　　天然氣價格的差異很大程度上反映了制氫成本的差別。我們生產(chǎn)成本是世界上最低的，歐洲的成本要高得多。在美國，氫的成本約為1.1美元/kgH或0.7美元/kgH一桶精制石油。對于煉油廠來說，這似乎是一個相對較小的成本組成部分

　　　　引入CCUS可以較大程度上解決排放問題。盡管CCUS的技術(shù)成本不斷下降，但規(guī)模較大煉油廠制氫裝置采用CCUS需要政策的幫助。特別是考慮到煉油行業(yè)利潤率較低、競爭激烈的特點行業(yè)。引入CCUS將增加約0.25-0.5美元/桶的增量成本，這高于目前的碳價格水平(零到0.1美元/桶)。這意味著煉油商很可能傾向于支付二氧化碳的價格，而不是直接致力于捕獲和開采儲存二氧化碳。更高的碳價格，或同等的政策激勵，將改變這一局面。例如，如果碳價高于50美元/tCO，就可以用CCUS生產(chǎn)天然氣在大多數(shù)地區(qū)具有經(jīng)濟吸引力，并可能引發(fā)更廣泛的CCUS at部署SMR工具(圖二十七)。

　　　　7.2 化學(xué)工業(yè)中的氫：主要用于合成氨和甲醇

　　氫是幾乎所有工業(yè)化學(xué)品分子結(jié)構(gòu)的一部分，但只有一部分初級化學(xué)品需要大量的專用氫氣生產(chǎn)來作為原料，特別是氨和甲醇(圖二十八)。

　　　　初級化工生產(chǎn)對氫的需求將從目前的44噸/年增加隨著對氨和甲醇需求的增長，到2030年將達到57公噸/年(圖二十九)。

　　　　7.3 鋼鐵生產(chǎn)中的氫：是目前氫的第四大需求來源，到2030年需求預(yù)計增長6%

　　直接還原鐵(DRI)是一種從鐵礦石生產(chǎn)鋼的方法。該工藝是當今第四大單一氫需求來源(4mtH/年，或純氫和混合氫總量的3%左右)，經(jīng)過煉油、氨和甲醇。根據(jù)目前的趨勢，到2030年，全球鋼鐵需求將增長6%左右，發(fā)展中國家對基礎(chǔ)設(shè)施和人口增長的需求將彌補其他地區(qū)的下降。

　　與化工部門一樣，鋼鐵部門生產(chǎn)大量的氫氣，作為副產(chǎn)品(例如，焦爐氣)與其他氣體混合，其中一部分在該部門內(nèi)消耗，另一部分分配到其他地方使用。實際上，所有這些氫都是由煤和其他化石燃料產(chǎn)生的。為了減少排放，正在努力測試以氫為主要還原劑的鋼鐵生產(chǎn)(與化石燃料產(chǎn)生的一氧化碳不同)，預(yù)計將在20世紀30年代進行第一次商業(yè)規(guī)模的設(shè)計。同時，低碳氫可以與現(xiàn)有的低碳氫混合。目前以天然氣和煤為基礎(chǔ)的工藝，以降低其總二氧化碳濃度。

　　7.4 高溫用氫：目前幾乎沒有專門的氫用于這一應(yīng)用

　　工業(yè)高溫熱是未來氫需求增長的一個潛在來源，但目前幾乎沒有專門的氫用于這一應(yīng)用。

　　7.5 交通：技術(shù)問題仍待突破，成本太高導(dǎo)致難以普及

　　氫和這些氫基燃料在不同運輸方式下的適宜性是圖三十一列出了它們的一些主要優(yōu)點和缺點。

　　　　7.5.1 燃料電池和內(nèi)燃機

　　氫燃料電池車是使氫或含氫物質(zhì)與空氣中的氧在燃料電池中反應(yīng)產(chǎn)生電力推動電動機，由電動機推動車輛。這種氫能源汽車目前無法大規(guī)模投入市場的主要原因在于其造價過高、以及技術(shù)上仍待突破。

　　氫內(nèi)燃機汽車是以內(nèi)燃機燃燒氫氣(通常透過分解甲烷或電解水取得)產(chǎn)生動力推動汽車。氫內(nèi)燃機目前無法大規(guī)模投入市場的主要原因在于其油缸內(nèi)的氫氣很快耗盡，只能行駛數(shù)英里便沒能量。盡管寶馬的氫內(nèi)燃車有更多的力量，比氫燃料電池車更快，它以三百公里每小時創(chuàng)下了氫汽車的最高速記錄。但不管技術(shù)如何突破，氫內(nèi)燃機未來的發(fā)展由于技術(shù)特點受限，氫燃料電池成為比較可行的路線。

　　　　7.5.2 加氫站建設(shè)

　　氫燃料補給基礎(chǔ)設(shè)施的安裝雖然相對有限，但已選定過去幾年的增長勢頭。2018年，道路運輸車輛加氫站，包括公共加油點和私人加油點，全球共達到381個(圖三十二)。日本(100)、德國(69)和美國(63)，這三個國家擁有最多數(shù)量的公開氫燃料補給站。然而，與電動汽車相比，數(shù)字仍然很?。涸谑?/p>

　　界上，有將近144000個公共快速充電器。

　　目前由于我國從事核心設(shè)備研發(fā)的企業(yè)較少，加氫核心設(shè)備依賴國外進口，導(dǎo)致建設(shè)成本很高，這是加氫站難以普及的最重要原因之一。另外還有土地價格過高因素。截止至2018年7月，我國建成以及在建的加氫站共有41座。雖然公開資料顯示，未來5年，全球主要國家將加快加氫站建設(shè)，到2020年，全球加氫站保有量將超過435座，2025年有望超過1000座，但是是否能夠完成目標值得懷疑。我國的加氫站基礎(chǔ)建設(shè)屬于我們國家氫能源汽車發(fā)展的最薄弱的一個環(huán)節(jié)。

　　　　7.5.3 海事部門

　　石油產(chǎn)品目前在航運業(yè)占主導(dǎo)地位，因此，在航運中使用氫基燃料非常有限。然而，比利時有一個項目用于在海上內(nèi)燃機中與柴油共同燃燒氫，還有20多個項目用于高達300千瓦的燃料電池，主要用于輔助動力裝置(DNV GL，2017年)。在加利福尼亞(ggzem，2018年)、愛爾蘭、挪威(airclim，2018年)和一些歐洲范圍的運營中，計劃使用燃料電池的項目，通常與電池結(jié)合使用。

　　如今，船舶不使用氨氣作為燃料，但船上交易的氨氣當量約為3.5 MtH/年。一些研究和示范項目正在考慮將氨作為船舶燃料的燃燒(Brown，2018年)。現(xiàn)有發(fā)動機中氨的滿意燃燒通常需要點火促進劑(以克服其較低的點火能量)和發(fā)動機改裝。

　　根據(jù)目前的趨勢，到2050年，國際航運量預(yù)計將增加兩倍以上。在缺乏氣候變化緩解政策的情況下，這可能會導(dǎo)致該行業(yè)對石油產(chǎn)品的需求增加50%，達到約600萬桶/天。采取行動減少與石油使用相關(guān)的排放量，可能會開辟使用氫基燃料的途徑。國際海事組織(IMO)已制定了減少硫和溫室氣體排放的戰(zhàn)略。

　　7.5.4 鋼軌

　　鐵路已經(jīng)是最電氣化的運輸方式。盡管大多數(shù)國家電氣化鐵路的比例仍在擴大，但由于利用率高的線路是第一條實現(xiàn)電氣化的線路(IEA，2019B)，鐵路網(wǎng)絡(luò)的進一步電氣化可能會抵消投資回報的減少。例如，在法國和德國，電氣化鐵路現(xiàn)在承載了80%的交通量，盡管鐵路網(wǎng)中不到一半已經(jīng)實現(xiàn)了電氣化(歐盟委員會，2016年)。除了雙模式柴油機-電力選擇外，一些技術(shù)在非電氣化軌道上提供零尾氣排放，而且在未來幾十年，該行業(yè)似乎將朝著這些方向發(fā)展。其中最具創(chuàng)新性的是電池電動列車和氫燃料電池列車。帶有較小電池的電池電動列車也可用于部分電氣化線路，通過遺漏最難通電的軌道部分(如橋梁或隧道)，可以大幅降低電氣化成本。

　　7.5.5 航空

　　2017年，航空業(yè)占全球能源相關(guān)二氧化碳排放量的近2.8%，在當前趨勢下，到本世紀中葉，航空客運量預(yù)計將翻一番，達到近1600億公里/年。提高效率應(yīng)降低能源消耗，減緩能源需求的增長，但最終需要替代燃料，以避免該部門的排放增加。先進的生物燃料和氫基燃料是主要的選擇。

　　雖然已經(jīng)有可行性研究和示范項目測試了小型飛機使用氫氣的范圍(DLR，2016年；Schilo，2009年；Airbus，2000年)，但使用純氫氣作為航空燃料需要進一步的研究和開發(fā)。氫氣的低能量密度和對低溫的需求C儲存將需要改變飛機設(shè)計，以及機場的新加油和儲存基礎(chǔ)設(shè)施。更多的項目(2018年共130個)正在開發(fā)中，用于直接使用電力，而不是純氫，主要用于城市出租車(湯姆森，2018年)。然而，直接電氣化也面臨挑戰(zhàn)，特別是與電池重量和成本有關(guān)。

　　7.6 建筑行業(yè)未來各種能源和技術(shù)很可能共存

　　用低碳替代品替代供熱，通過降低供熱需求改善建筑是一項挑戰(zhàn)。建筑物的能源使用決策是復(fù)雜的取決于建筑類型、位置、所有權(quán)、客戶偏好、設(shè)備成本、能源價格和整體便利性，以及其他因素。這幾個變量意味著在未來，各種能源和技術(shù)很可能共存，從天然氣鍋爐以電熱泵、區(qū)域供熱和太陽能供熱為主。氫的促進能源轉(zhuǎn)變的潛力(例如通過混合或甲烷生產(chǎn))以及長期的脫碳熱策略(例如從純氫生產(chǎn))。在此過程中，它可以利用現(xiàn)有的建筑和能源網(wǎng)絡(luò)提供靈活性和連續(xù)性的基礎(chǔ)設(shè)施。

　　7.7 氫可能成為一種長期存儲電力的選擇

　　今天，氫在電力行業(yè)中的作用微乎其微：它不到發(fā)電量的0.2%。這主要與鋼鐵工業(yè)、石油化工廠和煉油廠的氣體使用有關(guān)。但這在未來有可能發(fā)生改變。氨的共燃可以降低現(xiàn)有常規(guī)燃煤發(fā)電廠的碳強度，而氫燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機可能是電力系統(tǒng)中靈活性的來源，同時可變可再生能源的份額也在增加。以壓縮氣體、氨或合成甲烷的形式，氫也可能成為一種長期儲存選擇，以平衡電力需求或可再生能源發(fā)電的季節(jié)性變化。

　　8。氫氣運用于燃料電池的成本競爭力：大規(guī)模生產(chǎn)可有效降低成本

　　8.1 燃料電池成本和降低成本的潛力

　　在過去十年中，燃料電池已經(jīng)大幅降低了成本(Yumiya，2015年)，但是成本仍然很高，產(chǎn)量仍然很低。

　　未來，通過研究驅(qū)動的技術(shù)進步，成本可能會進一步降低。它可能會增加催化劑活性，從而降低鉑含量，即燃料電池的昂貴部件。也有可能開發(fā)出不含鉑的催化劑。還需要研究優(yōu)化燃料電池部件的設(shè)計和集成。在膜電極組件中，降低雙極板的成本預(yù)計將在未來成本中占越來越大的份額)和工廠的平衡部件(如壓縮機和加濕器)。

　　未來還可以通過規(guī)模經(jīng)濟來降低成本：增加在單個制造廠中制造的單元降低了每個組件的特定成本。大約一半的系統(tǒng)成本在雙極板、膜、催化劑和氣體擴散中。通過增加工廠，這些部件的綜合成本可以降低65%。規(guī)模從每年1000到100000臺，使系統(tǒng)成本降至50美元/千瓦。將規(guī)模進一步擴大到每年50萬臺，可能會降低成本只增加了10%，降低到45美元/千瓦(威爾遜、克萊恩和帕帕喬治奧普洛斯，2017年)。然而，這些成本降低估計必須與同時提高燃料電池的性能和耐久性。更高的耐久性要求可以轉(zhuǎn)化為更高的燃料電池成本，并限制通過規(guī)模經(jīng)濟。最近美國能源部(DOE)的數(shù)據(jù)考慮了這些因素權(quán)衡并提供75美元/千瓦的初步耐久性調(diào)整成本目標(美國能源部，2019年)。然而，汽車制造商正在努力提高耐久性，例如通過制造燃料單元操作映射以減輕性能下降。制造業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟可以很快實現(xiàn)。全球卡車銷售情況2017年約160萬輛中型車和180萬輛重型車。中等負荷卡車需要的動力大約是汽車的兩倍，而重型卡車則需要四輛左右。然而，這些要求可以通過在燃料電池堆旁邊安裝燃料電池堆來滿足。最具成本效益的做法可能是裝備一種中型燃料。兩個燃料電池堆的電池電動卡車和四個燃料電池堆的重型卡車。達到5%全球卡車市場份額將需要五個燃料電池系統(tǒng)工廠生產(chǎn)10萬輛(疊)一年。中國每年需要10家工廠生產(chǎn)10萬臺，以滿足目前國內(nèi)中重型卡車年銷售額的四分之一。乘用車行業(yè)的市場規(guī)模遠大于卡車，2017年全年新車銷量約8500萬輛，輕型商用卡車銷量1000萬輛。這些輕型車輛需要一個由單個燃料電池組組成的系統(tǒng)，每輛車的峰值功率為80-100千瓦。達到全球汽車市場5%的市場份額需要40個燃料電池制造廠，每年平均產(chǎn)量為10萬輛

　　8.2 儲罐成本和降低成本的潛力

　　船上存儲罐的成本由昂貴的復(fù)合材料決定，預(yù)計會以比燃料電池慢的速度下降。車載氫儲存要求汽車和卡車在350-700巴的壓力下進行壓縮，這相當于6-15%的氫能含量。目前車載儲存系統(tǒng)(包括配件、閥門和調(diào)節(jié)器)的成本估計為23美元/kWh的可用電量。以每年10000個單位的規(guī)模儲存氫氣，以每年500000個單位的規(guī)模減少至14-18美元/kWh(Vijayagopal、Kim和Rousseau，2017年)。美國能源部的最終目標是8美元/kWh。對于一輛600公里的汽車來說，這意味著現(xiàn)在的成本約為3400美元，而對于一輛225千瓦時的油箱來說，長期成本約為1800美元。對于700公里的重型卡車而言，這意味著如今的成本為27 700美元，而對于1800千瓦時的油箱，成本可能會降至16700美元，而傳統(tǒng)柴油卡車拖拉機的全部成本則為10萬美元至15萬美元

　　8.3 加油基礎(chǔ)設(shè)施成本和降低成本的潛力

　　燃料補給基礎(chǔ)設(shè)施的推廣是燃料電池汽車的一個關(guān)鍵要求。加氫站有很強的規(guī)模經(jīng)濟，將容量從50至500 kgH/天可能會降低特定成本(即每千克加氫)75%。高達1000 kgH/天的大型發(fā)電站正在建設(shè)中。

　　　　9。推動關(guān)鍵價值鏈發(fā)展的相關(guān)政策

　　實際上，過去對氫能的熱情在最近的歷史中已經(jīng)出現(xiàn)了幾次浪潮，但是沒有一次能完全轉(zhuǎn)化為不斷上升的可持續(xù)投資，基本上都是因為氫的擴大很大程度上依賴于石油和天然氣的高企和不斷上漲的價格，并在很大程度上集中于單一的最終用途部門：運輸。但是這一次不一樣，最重要的一個原因是：今天支持氫氣的聲音聯(lián)盟包括可再生能源電力供應(yīng)商、工業(yè)天然氣生產(chǎn)商、電力和天然氣公用事業(yè)公司、汽車制造商、石油和天然氣公司、主要工程公司以及世界上大多數(shù)最大經(jīng)濟體的政府。它還包括那些使用或可能使用氫氣作為工業(yè)生產(chǎn)原料的人，而不僅僅是能源，氫氣現(xiàn)在可能擁有其未來所需的跨部門承諾支持。而且有政策直接支持氫技術(shù)投資的國家的數(shù)量正在增加，以及它們所瞄準的部門的數(shù)量。

　　　　有直接支持氫能投資政策的國家數(shù)量隨著目標行業(yè)數(shù)量的增加，技術(shù)也在增長(圖三十五)。那些特定于行業(yè)的領(lǐng)域涉及六個主要領(lǐng)域，交通是目前最大的。二十國集團和歐盟，11個國家制定了此類政策，9個國家制定了氫能路線圖。僅在過去的一年里，許多政府就制造了與氫有關(guān)的著名產(chǎn)品。在過去的幾年里，全球氫能支出國家政府的研究、開發(fā)和示范(研發(fā))有所上升，盡管仍低于2008年的峰值(圖三十六)。

　　　　9.1 四個近期機會

　　國際能源署的報告中著重強調(diào)了政府在氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要作用。它認為政府應(yīng)該抓住以下四個機會：

　　9.1.1 使工業(yè)集群成為擴大清潔氫使用的神經(jīng)中樞

　　鼓勵集中在世界各地的沿海工業(yè)區(qū)的使用氫氣煉化和化工生產(chǎn)的工廠(如歐洲的北海、北美的墨西哥灣沿岸以及中國東南地區(qū))轉(zhuǎn)向清潔的氫氣生產(chǎn)將降低生產(chǎn)總成本。這些大量的氫氣供應(yīng)來源也可以為船舶和卡車提供燃料，為港口提供服務(wù)，也可為附近的其他工業(yè)設(shè)施(如鋼鐵廠)供電。

　　9.1.2 利用現(xiàn)有天然氣基礎(chǔ)設(shè)施(如數(shù)萬里的天然氣管道)促進低碳氫供應(yīng)，并使其成為最可靠的需求來源

　　引入清潔氫氣以取代僅占各國5%的天然氣供應(yīng)總量，將極大地增加對氫氣的需求，并降低成本。

　　9.1.3 通過車隊、貨運和運輸走廊擴大氫氣運輸

　　為高里程汽車、卡車和公共汽車提供動力，在熱門路線上運送乘客和貨物，可以使燃料電池汽車更具競爭力?，F(xiàn)有的2030年政府目標要求公路上有250萬輛燃料電池汽車和4000個加油站。這樣的擴大規(guī)?？梢詫⑷剂想姵爻杀窘档?5%。

　　9.1.4 啟動氫氣貿(mào)易的第一條國際運輸路線

　　國際合作對于加速全球氫能廣泛應(yīng)用和清潔化發(fā)展至關(guān)重要。如果各國政府努力以協(xié)調(diào)的方式擴大氫氣應(yīng)用，將有助于刺激對工廠和基礎(chǔ)設(shè)施的投資，從而降低成本，實現(xiàn)知識和最佳實踐的共享?？梢岳萌蛞夯烊粴馐袌龀晒υ鲩L的經(jīng)驗教訓(xùn)。如果要對全球能源系統(tǒng)產(chǎn)生影響，國際氫貿(mào)易需要盡快啟動。氫貿(mào)易將受益于共同的國際標準。作為涵蓋所有燃料和所有技術(shù)的全球能源組織，國際能源署將繼續(xù)提供嚴格的分析和政策建議，以支持國際合作，并有效跟蹤未來幾年的進展。

　　這篇報告是國際能源署發(fā)布的第一篇系統(tǒng)性的關(guān)于氫能的報告，對于氫能未來的發(fā)展具有重要的意義。氫能發(fā)展的核心在于技術(shù)的突破以提升性能、大量的固定資產(chǎn)投資以增加使用的便捷性、產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)模化發(fā)展以降低成本，而這些都需要政府、企業(yè)以及資本的深度參與，甚至是國家與國家的合作，國際能源署可以在其中發(fā)揮重要的作用。

　　風(fēng)險提示

　　政策推進不及預(yù)期，技術(shù)突破不及預(yù)期

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