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全球氢能市场谁说了算?

在中国 氢能赛道加速铺就石油企业“氢”情奉献

中国是绿色氢燃料的重要参与者之一,很早就将其作为气候计划的核心要素。国内多家石油公司已在积极践行绿色低碳战略和碳中和愿景,打造氢能源产业增长极。中石油和中石化每年的制氢产能合计已达到400万吨左右。
氢能产业与传统油气业务相比具有高相似度、同类客户、共用基础设施等特征。对于石油石化企业来说,在目前氢能产业化发展前期,应在有条件的地区率先开展示范项目的运行和实践,在实践中学习。例如,东部石化企业密集、交通物流发达的地区,可发展氢燃料电池车用于物流车队业务,中石化在上海的部分加氢站已实现盈利就是很好的示范。
在产业方面,油气公司拥有成熟的制氢用氢、气液储运经验和危化品储运管理资质及完善的销售系统,同时具备一定的氢能消纳能力。在可再生能源发电制氢实现商业化以前,技术成熟、成本低廉的化石燃料制氢可作为主流制氢方式来参与氢能产业链的上游环节;部分加油站具备发展油氢、气氢混合站的条件,也是油气企业参与氢能产业链的产业基础。
在技术方面,油气企业拥有丰富的管道设计、建设、运营经验。2015年,中国石油管道局承建的中国首条氢气管道——济源至洛阳管道成功投产并稳定运行。中石油、中石化等公司近年来投入数千万元经费开展了氢能产业链各环节的技术研究,如硫化氢电解制氢、天然气催化裂解制氢、可再生能源发电制氢、重芳烃储氢材料与脱氢催化材料、金属骨架有机化合物储氢、长输管道掺氢输运评价、微型热电联供能源站、加氢站建设规范及标准等项目,为未来发展氢能业务进行了有益的前期技术探索。
从世界各国的经验来看,氢能产业实现商业化发展需要解决技术突破、政策协调、产业配套、经济可行、社会认知等多方面问题。中国氢能产业尚面临缺乏国家氢能战略、核心技术不足、加氢站审批与监管法规缺失、技术标准与检测体系滞后等问题,亟待加强顶层设计,推动氢能产业高质量发展。
首先,氢能产业发展需要明确氢的能源属性。当前,氢在中国被列为危险化学品,尚未纳入能源管理体系,亟须在国家能源转型蓝图中界定氢能角色。同时,各大能源公司业务各有优势和侧重,不可能各自发展“大而全”的氢能产业链。应从国家层面制定产业政策,明确氢能发展的行业主管部门,完善监管法规与检测体系,鼓励真正有资源优势、技术实力的地区和企业互相协作、共同推动氢能产业发展。
其次,中国氢能产业链部分关键零部件和产品技术与国外最先进的技术仍存在较大差距,膜电极、空气压缩机、储氢材料、加氢枪与软管等关键零部件尚需进口。在发展模式上,一方面,可参考中国高铁技术创新以及油气重大专项模式,组织好氢能利用重大科技项目,切实突破大规模低成本制氢、高效安全储运与加氢利用技术瓶颈,以龙头企业带动产业技术进步;另一方面,考虑到全球范围内氢能产业尚处在发展初期,主导技术与设计尚未定型,成立风险投资基金、保持对相关技术的关注则显得十分必要。以技术突破带动市场繁荣,坚决防范投机炒作。
基础设施建设是打通氢能产业链上下游的关键环节,也是氢能大规模推广应用的先决条件。氢气长输管道与加氢站建设投入大、周期长、运营成本高,加之氢气气源、输送方式的限制,在加氢站大规模建设前,通过示范站获取建设和运营经验尤为重要。石油企业可充分利用现有油气基础设施,有序推进氢能基础设施建设,切实提高氢气储运和加注的安全性和经济性。
最后,氢能在各国都属新兴产业,因此在推动氢能产业的发展进程中离不开积极的国际合作。日本、德国、英国、美国等在面对氢能产业政策、技术、安全、商业模式和公众接受度等问题时,有一些先进的做法值得我国借鉴。如果能将先进经验为我所用,在资源、产业、市场等方面积极参与能源转型,相信氢能的发展将对我国甚至全球的能源生产、消费以及跨国贸易格局产生深远的影响。
氢能在美国 氢能产业投入巨大私营企业争相布局
随着全球节能减排的深入发展,美国也加大力度发展氢能以缓解气候变化的影响。根据历届美国政府追求的“能源独立”目标,美国一直致力于能源的多元化发展,推动氢能经济是其重要举措之一。观察其氢能发展路径,我们不难发现以下几个特点。
第一,多样化发展,在保证能源安全的基础上推动氢能项目建设。自20世纪70年代,美国总统尼克松首次提出“能源独立”设想以来,历届美国政府都将“能源独立”作为历史使命,推动能源多样化、保证本土能源安全。1980年,卡特签署了《能源安全法案》,包括对地热、太阳能和生物质能的激励措施,为发电机提供新的石油替代品。2005年,美国国会通过了《能源政策法案》,其中包括对运输燃料替代品和灵活燃料汽车的新激励措施及对国内石油勘探的新补贴。
在此基础上,美国大力发展氢经济,每年都有数亿美元公共和私人投资。世界一半以上燃料电池汽车、2.5万辆燃料电池物料搬运车、8000多个小型燃料系统遍布近40个州,超过550兆瓦大型燃料电池电力已完成安装或计划安装中。根据美国氢能委员会的数据,截至2021年11月,美国已宣布的氢能大型项目累计数量较1月翻了一番,达522个。预计近四分之三的项目将在这十年中部分或全部投入使用,其中五分之二的项目已经获得资金或正在建设中。
第二,自下而上发展,以私营公司为氢市场主要推动力,刺激氢能经济发展。2021年,包括液化空气集团、英美资源集团、康明斯、现代、林德、壳牌和丰田等在内的11家公司宣布合作组建Hydrogen Forward联盟,旨在推进美国的氢能发展。该联盟正在美国国内进行大量投资,并在全国范围内推动特定氢能项目,以使氢能技术得到规模化推广。从氢燃料电池汽车(FCEV)的生产和销售到加氢站,Hydrogen Forward成员都处于交通领域的创新前沿。同时,其成员公司的储氢解决方案正在帮助发电行业利用可再生能源实现脱碳。
2021年11月,Long Ridge成为美国第一座氢气发电站,也是全球第一座将氢掺入GE H级燃气轮机的发电厂。其使用的通用电气涡轮能够使用80%的天然气和20%的氢气。经过调整后,未来该工厂将可能实现燃烧100%的氢气。
第三,美国政府开始补位,加强氢能发展,以巩固其全球能源领导地位。氢能以多快的速度增长,在很大程度上取决于补贴、技术革新和扩大规模的步伐。缺乏对氢的系统性政策支持可能会使这些努力脱轨。因为在许多地方,碳价格不能覆盖额外成本,大多数客户还不愿意为绿色钢铁或水泥支付更多费用。在新项目早期阶段,特别是在协调供需增长以及避免高昂错配代价方面,政府相关政策极具影响力。欧洲和东亚已承诺向氢解决方案投资数千亿美元,而美国一直是唯一没有国家氢战略的氢能主要市场。
近期,美国政府已经开始补位,加强氢能发展。2021年7月,美国能源部(DOE)宣布发起“能源攻关计划”,旨在未来十年加速低成本、可靠的清洁能源技术突破。当天启动的首个计划为“氢能攻关”计划,目标是在未来十年使清洁氢成本降低80%至1美元/千克,以加速氢能技术创新并刺激清洁氢能需求。此前,美国能源部(DOE)还发布了《氢能计划发展规划》,提出建立未来十年及更长时期的氢能研究、开发和示范总体战略框架。该计划预计到2030年,美国氢能项目每年可创造1400亿美元的收入和70万个工作岗位,从而加强美国能源领导地位并推动美国经济发展;到2050年,每年将创造7500亿美元的收入和340万个工作岗位。
全面的、可提供法律框架的政策对氢经济的发展至关重要。2021年11月15日,美国总统拜登签署了《基础设施投资和就业法案》(又称BFI法案),整个法案预算为1.2万亿美元,其中包括2022—2026年五年内拨款80亿美元用于区域氢能中心建设,15亿美元用于电解槽和氢能全产业链的研发和示范。这一法案的出台,为氢能在美国的发展提供了急需的框架,有助于美国实现氢能的快速发展和大规模应用。
氢能在欧洲 产业发展势头良好未来机遇挑战并存
由于欧盟将绿色转型视作经济复苏和后疫情时代经济和产业转型的重要驱动力之一,氢能相关产业受到欧盟的广泛重视,被视作经济体系脱碳、应对气候变化、培育新兴技术密集型能源行业、促进能源体系联动和耦合的重要支柱。
2020年7月,欧盟委员会提出欧盟氢能战略草案,计划到2024年和2030年分别将欧盟电解槽制氢产能提升至6吉瓦和40吉瓦,年制氢量分别达到100万吨和1000万吨。同时还提出通过发展产业联盟、扶植重点项目、促进国际合作等方式将产业做大做强。
在欧盟提出相关战略后,主要成员国也纷纷跟进呼应,德国于2020年6月提出了本国的氢能战略,法国、西班牙、意大利等国也相继提出本国的氢能计划。
在欧盟和成员国大力支持及产业界协同推进的基础上,欧盟掀起了氢能建设热潮。2021年麦肯锡发布报告称,在全球已宣布的228个氢能项目中有126个位于欧洲,未来10年全球3000亿美元氢能投资中欧洲约占45%。2021年11月,欧盟氢能战略框架下建设的“欧洲清洁氢联盟”将推动750个项目,覆盖工业、交通、能源和建筑等行业。与此同时,欧洲企业纷纷启动大型氢能项目。例如,德国钢铁制造商Salzgitter将与德国电力企业E.ON、化工巨头林德合作建设风电制氢、“绿氢产钢”的一条龙项目;瑞典、德国、日本等国企业准备在德国汉堡建设100兆瓦容量规模的“欧洲最大绿氢工厂”;法国能源巨头道达尔和恩吉准备建设法最大绿氢项目,预计2024年日产将达5万吨。此外,欧盟还将探索将氢气应用于供热行业,增强其使用的广泛性。
欧盟在产业集群、制氢成本、配套设施等方面发展势头均良好。环北海西北欧国家拥有全球5%的氢需求和欧洲60%的氢需求,形成联通运输、制造、下游使用的氢谷。而随着2021年全球化石能源价格的飙升,碳排放较高的灰氢成本升高,使绿氢的成本更具竞争力。ICIS数据显示,2021年11月,欧洲地区的灰氢生产成本已经达到5.59美元/千克,比绿氢高出20%。在基础设施方面,欧洲已拥有商业化运营加氢站200座,同时大力推进天然气管道的氢气输送改造,预计2040年欧洲氢气输送管道将达约4万公里,投资金额将达430亿—810亿欧元。
从国际能源机构、欧盟以及主要成员国来看,未来全球氢能市场将是年投资额数千亿美元计甚至万亿美元计的超级蓝海市场,其推进减排、融合可再生能源等潜力巨大。然而,欧盟的氢能战略仍然面临不小挑战。比如在产业上下游匹配问题上,可再生发电资产产能投资周期一般长达七年,远长于氢能电解槽两年的建造时间,而可再生能源预期产能的不确定性很可能影响氢能开发商的投资意愿。再比如,当前欧盟对于氢能的投资标准仍具有争议,各国和产业界就以制氢能源来源来划分“清洁与否”意见不一,氢能投资者对未来前景判断难以形成明确预期。
氢能在日本 战略先发优势明显技术研发领跑世界
日本是最早开发氢能技术的国家之一,于1973年成立了“氢能源协会”,2013年便将发展氢能作为国策纳入“再兴战略”,长期对氢能技术的开发、应用提供补贴,在氢燃料电池、氢能生产储运等领域具有一定先发优势。
当前,日本依照自身能源结构、产业利益规划了“2050年温室气体零排放”路线图,拟将可再生能源比例提高50%—60%。其中,日本将氢能视为重点之一,致力于打造稳定的产业链、供应链,扩大社会普及、拓展实际用途;同时计划未来10年投入3700亿日元扶植氢能源产业,目标将氢能成本降至30日元/立方米。
在政策扶植下,日本在氢能应用领域走在世界前列。一是日本家用燃料电池热电联供系统(ENE-FARM)销量呈现指数级攀升,截至2021年6月底累计销量超过40万套。二是加氢站建设稳步推进,截至2022年1月底,共计157家投入使用,其中“首都圈”58家、“中京圈”45家、“关西圈”19家、“九州圈”14家。按照政府规划,日本将在2030年建成1000家加氢站。三是氢燃料电池汽车销量爆发式增长,丰田2021年售出氢燃料汽车5600余辆,已达到其累计销量的50%。
碳中和热度下,日本氢能技术快速发展。据数据分析公司Astamuse最新统计,日本氢能技术专利申请数量位列世界第一名,丰田、日产、本田等9家企业“氢能专利资产”排名世界前20位。生产方面,丰田中央研究所将实验室“人工光合成氢能”的能量转换效率提升至10.5%,超过了业内公认10%的实用化目标,该技术还可用于生产甲酸(一种常温储运氢能源的载体);旭化成在福岛浪江町的1万千瓦氢能生产设备已投入试运行,计划2025年接受商业订单,2030年将千兆设备价格从20万日元降至5万日元。储运方面,川崎重工开发了全球第一艘液化氢运输船,力争2030年实现规模化和商用化;日本量子科学技术研究开发机构等研发出“不使用稀有金属也能高效吸附氢的合金”,具备“常温不泄漏、高温能释放”特性;千代田化工则开发出将氢气转化为液体“甲基环己烷”的技术,可利用油罐和油轮运输。
氢能在日本蓬勃发展的同时,也面临诸多制约。首先,日本本土可再生能源生产条件较差,不具备大规模生产绿氢的条件,而利用天然气等化石燃料生产灰氢则依然会产生二氧化碳排放。其次,面临第二梯队——中、美、韩、欧的紧追,日本仅靠国内产销不足以保持其领先地位。日本试图通过构建全球供应链来化解上述问题。例如,住友商事等在澳大利亚昆士兰州推进“聚光型光伏发电制氢”项目,新日本石油在马来西亚启动了“水电余电制氢”“石化工厂排放伴生氢气”两个项目,三菱重工则参与了英国亨伯河“发电燃料转换成氢”计划,旭化成将在德国参与使回收自发电站的二氧化碳和氢发生反应,制造运输用燃料等化学品的试验业务。未来,日本还需要在完善国内营商环境、参与全球基础设施建设、拓展国际市场等方面加大努力。
来源:氢能日参

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