IRENA：大规模开展氢能的机遇现已降临
一、大规划开展氢能的时机现已降临
1、氢能将在动力转型中发挥要害效果
(1)开展氢能有助于应对各种要害的动力应战。开展氢能可认为碳密集型部分(如交通运送、化工和钢铁等)供给极具开展潜力的脱碳办法。氢能还可以协助改善空气质量并加强动力安全。此外，还可进步电力体系的灵活性。
(2)氢在供给和运用方面具有多种途径。氢是一种自在动力载体，可以由多种动力出产。
(3)开展氢能可以促进对可再生动力的运用。氢能有潜力协助处理太阳能光伏(PV)等可再生动力的波动性输出问题。氢气是存储可再生动力的一种杰出挑选，而且有望成为最经济的方法，可在几天、几周乃至几个月内存储很多电力。氢气和氢基燃料可以完成可再生动力的中长距离运送。
2、氢能正在全球范围内快速开展
(1)清洁氢能正迎来史无前例的政治和商业开展时机。全球氢能相关方针和项目正在敏捷添加，多个国家正布置可再生动力电解水制氢的演示项目和前期商业项目，并重视改善电解槽技能和扩展电解制氢产能，电解槽制氢项目规划呈指数级添加(图1)。氢能商业运用不断添加，到2018年末，全球已装置22.5万台家用燃料电池(其间日本占98%)，建成380多座加氢站，燃料电池轿车保有量达11200辆，2018年销售量约为4000辆。
图1 2000-2023年全球新增电解制氢项目改动态势(左轴：项目数量;右轴：新项目均匀规划<兆瓦>)
(2)氢能运用范畴逐步扩展。因为可再生动力本钱继续下降，以及全球减少温室气体排放的紧迫性添加，许多国家已开端采纳举动运用氢能促进脱碳，其运用从轿车工业搬运到了难以脱碳的职业，例如动力密集型工业、货车、航空、船运和供热等。电力制燃料的新概念中，将电解发生的氢气转化为液体燃料成为氢能一项新的潜在运用。氢气还可用作制氨、钢铁和炼油质料，2018年全球直接复原炼铁产值到达了1亿吨，柴油和航空火油需求的添加使炼油厂对用于加氢裂化的氢气需求添加，对低硫柴油的需求也使炼油厂脱硫用氢气的需求添加。
(3)将低碳化石燃料制氢作为过渡挑选。化石燃料制氢是当时本钱最低也是最首要的制氢方法，但其排放偏高。为化石燃料制氢装备碳捕集和封存(CCS)体系，可完成低碳制氢(即“蓝色氢气”)，可作为向无排放的可再生动力电力制氢(即“绿色氢气”)过渡的方法。碳捕集功率有望到达85%-95%，可是现在一些项目的碳捕集功率并不抱负，而且假如捕集的CO2被用于进步石油采收率(EOR)或出产石化产品或组成燃料，则终究仍会排放CO2。因而，完成大规划的蓝色氢气有必要根据碳捕集率大大进步，并保证在有用的监控、陈述和验证体系下完成长时刻封存。
(4)可暂时运用天然气基础设备作为氢气输运设备。运送纯氢气的管道虽然技能上可行，但现在没有大规划布置。世界某些区域现已具有完善的天然气运送和分配基础设备，按低比例将氢气混入天然气中，无需进行严重技能改动和投入很多资金。此外，将氢气组成为甲烷则可直接运用现有天然气管道，但这添加了氢能运用的本钱。此外，需求细心评价终端设备(锅炉、燃气轮机和灶具)是否习惯氢气和天然气的混合。但可以确认，假如要运用纯氢气，则需对天然气基础设备和终端设备进行严重晋级。关于氢气混合比例以及怎么将现有天然气基础设备逐步向100%运送氢气改变，需各方一起确认一起方针并设定明晰的路线图，还需拟定相应的监管法规和安全规范。
(5)绿色氢气作为新产品的潜力。可以将绿色氢气转化为组成天然气(运用生物动力焚烧发生或直接捕集空气中的二氧化碳)，并运用现有基础设备将其运送到商场。还可经过蒸汽甲烷重整合作CCS将天然气转化为低碳氢，这为加拿大、伊朗、挪威、卡塔尔、俄罗斯联邦和美国等天然气出产国供给了远景。因为氢气可以在悠远的沙漠区域以低本钱出产并运到商场，这为中东和北非等区域以及阿根廷、澳大利亚、智利和我国等国家供给了新的时机。因而，向氢经济的改变为现在依靠化石燃料出口作为国民收入重要来历的国家和区域供给了新的经济远景，还或许为具有丰厚可再生动力资源的国家发明新的出口时机。可是，运送氢气需求耗费很多能量将氢气液化，或许将氢气转化为其他载体，例如氨、甲醇和液态有机氢载体，这带来了巨大的丢失。假如可以在现场制氢并用于出产清洁产品，如氨、甲醇、直接复原炼铁或经过电力转化为燃料，则可以减少此类丢失。
二、氢能与可再生动力的联系
1、氢能可推进可再生动力的加快布置
氢能大规划布置(或氢气衍生的燃料和大宗产品)可以推进对可再生动力发电需求的显着添加。IRENA估量，2050年将有19艾焦氢气由可再生动力电力制取，占终端动力耗费的5%和发电量的16%。而氢运送进程中会形成严重能量丢失，或许会使氢能供给的电力需求成倍添加。因而大规划布置氢气将对电力职业发生严重影响，而且为可再生动力布置带来更多时机
2、可经过制氢进步电力体系灵活性
电解槽可在几分钟乃至几秒钟内添加或下降产值，新式的质子沟通膜电解槽比碱性电解槽响应速度更快，因而可运用电解槽缓解电网拥堵，这有助于减少对波动性可再生动力的减少。一起，可再生动力电力可经过制氢来运送。
3、氢气可用于时节性存储波动性可再生动力电力
到2050年，高比例风能和太阳能并网将使储能需求显着添加，将可再生动力制氢与储氢相结合，可认为动力体系供给长时刻的时节灵活性。储氢可以以多种方法进行，如高压紧缩、低温液化、固体储氢、转化为液体燃料或与天然气混合储存在天然气基础设备中。可再生动力电力时节性储能需求将从2030年开端大幅添加，但氢能相关基础设备和法规应从当时开端规划。
三、清洁氢能的本钱竞争力
可再生动力制氢本钱与电解槽的本钱开销、可再生动力电力的平准化度电本钱(LCOE)和电解槽的运转率(即年运转时刻占比)密切相关。现在，碱性电解槽的本钱开销一般为840美元/千瓦，许多当地公用事业规划太阳能光伏和陆优势电的本钱已到达2-3美分/千瓦时。电解槽的运转率越高，单位氢气的出产本钱越低，应保证其运转率超越50%。当时可再生动力制氢本钱高于化石燃料(煤炭和天然气)制氢本钱，在最佳情况下，即选用最低本钱的风电(23美元/兆瓦时)和最低本钱电解槽(200美元/千瓦，到2040年有望扩展规划运用)，绿色氢气有望与蓝色氢气本钱适当(如图2所示)。
图2 各种制氢技能本钱现状(单位：美元/kg)
IRENA猜测，到2050年，全球动力范畴将耗费19艾焦“绿色氢气”，意味着到2030年全球将装置约700吉瓦电解槽，到2050年则将达1700吉瓦。考虑技能的开展，到2050年电解槽本钱降至375美元/千瓦，装备CCS的化石燃料制氢本钱则根本坚持不变。因而，运用低本钱风电和光伏电力制取的氢气将在未来五年内具有与化石燃料制氢适当的本钱竞争力，特别是与装备CCS的天然气制氢比较。2030-2040年间，一切绿色氢气的本钱将低于蓝色氢气。到2035年，以可再生动力电力均匀本钱为基准的制氢本钱也开端具有与“蓝色氢气”的竞争力，碳价将进一步进步绿色氢气的竞争力，在某些区域绿色氢气将在未来3-5年内具有本钱竞争力。
图3 风电和光伏发电制氢本钱开展趋势(单位：美元/kg)
四、关于扩展氢能布置规划的方针主张
1、知道氢能在动力体系转型中的战略效果
(1)将氢能作为要害环节归入动力体系转型。虽然未来十年中还无法发挥氢能的效果，而且还需进一步下降氢能本钱，但尔后氢能将敏捷添加并在2050年前做出严重奉献。各国政府和私营部分有必要加强尽力，以完成这一远景。
(2)将绿色氢气作为久远的氢气供给方法。从久远来看，可再生动力制氢是仅有可继续的氢气供给方法。未来绿色氢气将具有本钱竞争力，应重视下降可再生动力电力和电解槽本钱，进步电解槽功率，以及电力体系集成。装备CCS的化石燃料制氢也可以起到过渡效果，特别是在具有低本钱化石燃料储量、杰出碳封存条件以及可以向运送氢气过渡的天然气管道体系的区域。
(3)将氢经济归入《巴黎气候协议》的国家自主奉献方针(NDC)中。气候方针是向氢经济过渡的首要动力，因而关于动力体系而言，至关重要的是要在气候许诺中表现这种潜力，对将绿色氢气作为一种重要的温室气体减排计划的知道尚有待进步。
(4)采纳办法添加清洁氢气在动力商场的运用。例如，拟定可继续制氢的强制性方针，强制性将氢气与天然气混合，或施行可再生动力指令以促进交通运送业中氢的运用等。
2、拟定强制性方针助推清洁氢气遍及运用
(1)拟定无碳排放供氢的认证体系和规则。保证未来的氢气供给与气候方针相一起至关重要，特别是关于悠远当地运送的氢气，则需求确认其来历。
(2)记载并沟通世界最佳实践，保证信息同享。氢能范畴处于敏捷开展阶段，技能、监管结构和规范都需求进一步开展。
(3)保证高效的氢气供给和运用。氢气的挥发性意味着转化、运送和存储进程中会形成显着的能耗丢失。需求进行技能改善以保证较高的全体功率。
3、重视氢气供给基础设备建造和切实可行的过渡途径探究
(1)评价天然气管道体系材料及终端用气设备，以更好地了解将其用于氢气运送的潜力。各种研讨标明，将天然气管道体系作为过渡是可行的，但只要实践才干证明技能和经济可行性。
(2)进行技能协作，并和谐法规、规范和规范。天然气管道体系、地下存储和焚烧设备中气体混合物的运用规范一般是以天然气中氢气含量很少为规范规划的，因而需进行修订。国家规范化组织和世界组织在此进程中可以发挥要害效果。在规范改变方面开展并获得一致是一个绵长的进程。因而，现在需求采纳紧急举动，以防止成为中期举动的妨碍。
(3)鼓舞开展氢能基础设备，一起经过研制和演示以下降绿色氢气的供给本钱。虽然绿色氢气在技能上是可行的，但在未来几十年中将需求进行大规划推行，以保证氢能在动力转型中发挥重要效果。
4、开辟新的氢能运用商场
(1)将氢能运用于碳密集型职业。关于货车运送而言，低本钱氢气的可用性是一个要害因素。在工业范畴，根据绿色氢气的氨出产在技能上是可行的。钢铁出产需求开发更多工艺，可极大下降碳排放。铁路、船运和航空范畴也极具运用远景。新的氢产品交易可以使氢能不只环绕动力转型发挥效果，还可认为当今的首要石油和天然气出产国发明经济远景。
(2)开发航空、船运、化学品和石化职业的可再生动力电力转化制化学品和燃料技能(Power-to-X)。虽然现在此类技能的本钱很高，但存在巨大的下降本钱潜力，可以为碳密集型的职业供给技能可行且本钱低价的处理计划。其要害是具有可长时刻运用的可继续CO2来历，例如生物质焚烧或直接空气捕获CO2。
(3)将氢能作为向未来动力体系转型期间推进布置更多波动性可再生动力的要害因素。氢能具有增强体系灵活性、进步电力需求和可再生动力比例等长处，因而应被视为动力转型的重要处理计划。
(4)在可以将氢气出产和氢气运用结合的区域发动演示项目。例如，炼钢和组成氨以及组成燃料项目，然后消除氢气运送的本钱。
