中國儲能網(wǎng)訊:今年10月,國際能源署(IEA)發(fā)布了《2024年全球氫能回顧》報告,全面追蹤了全球氫能的生產(chǎn)和需求情況,以及基礎設施建設、貿易、投資和技術等關鍵領域的進展。
正如這份報告所述,近年來,全球應對氣候變化步伐加快,多國對低排放氫的關注和需求迅速增長。截至2023年年底,多國政府將“發(fā)展低排放氫”納入凈零排放承諾。然而,目前全球低排放氫的產(chǎn)量和需求仍然較低,氫能在優(yōu)化全球能源結構中的作用和潛力仍有待進一步挖掘。
生產(chǎn)和消費:生產(chǎn)依賴化石能源應用方向仍待拓展
2023年,全球氫供應量同比增加2.5%,達到9700萬噸。我國氫產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的30%,美國和中東各占14%,印度占9%。據(jù)估算,全球氫產(chǎn)量將繼續(xù)增長,以滿足日益增長的需求,到2024年年底可能接近1億噸。
目前,制氫仍然主要依賴于化石燃料,其中,天然氣制氫約占總產(chǎn)量的三分之二,煤炭氣化制氫量占全球總量的20%,石油化工行業(yè)副產(chǎn)品制氫占15%。過去兩年中,低排放氫的產(chǎn)量略有增長,但仍然低于100萬噸,占全球產(chǎn)量比例不足1%。
截至2023年年底,全球電解槽的新增裝機容量達到140萬千瓦,幾乎是2022年年底裝機容量的兩倍。我國投產(chǎn)的項目占2023年全球投產(chǎn)項目總量的80%,其中包括世界上最大的電解槽項目——中石化庫車26萬千瓦項目;歐盟地區(qū)投產(chǎn)的項目占12%,到2024年年底,如果所有項目都能按計劃完成,歐盟地區(qū)的總裝機容量可能達到70萬千瓦,遠低于2020年歐盟氫戰(zhàn)略確定的600萬千瓦的中期目標。根據(jù)此前公布的項目建設規(guī)劃,今年年底,全球電解槽項目的裝機容量將達到500萬千瓦。然而截至9月,只有20.5萬千瓦新項目投運。
2023年,全球對氫的需求量為9700萬噸,比2022年增長2.5%,需求仍然集中在煉油和化工部門。根據(jù)預測,2024年全球對氫的需求量將繼續(xù)增長,接近1億噸。
2022年以來,全球氫使用量的區(qū)域分布基本保持穩(wěn)定。我國仍然是全球最大的氫使用國,占全球需求的近三分之一(接近2800萬噸);美國是全球第二大氫使用國,該國需求占全球總需求的14%。2023年,全球其他地區(qū)對氫的需求均有小幅增長,中東的增長尤為迅猛,年增長率超過6%;印度由于煉油和鋼鐵等行業(yè)需求的增長,對氫的年需求增長率超過5%。
與2022年相比,全球對低排放氫的需求增長了近10%,其中重工業(yè)、長途運輸、氫基燃料發(fā)電和儲存等領域對氫的需求量增加近40%,對低排放氫的需求在全球氫能總需求中的占比仍不到1%。
從消費部門看,2023年煉油廠對氫的需求達到4300萬噸,比2022年高出100萬噸,增長主要來自在我國和中東地區(qū),其他地區(qū)的需求與2022年持平;工業(yè)用氫的需求達到5400萬噸,同比增長近2%。其中,約60%的需求用于合成氨的生產(chǎn),30%用于甲醇生產(chǎn),10%用于鋼鐵部門。2023年,氫能發(fā)電不足全球發(fā)電總量的0.2%,而且主要不是來自純氫,而是來自鋼鐵生產(chǎn)、煉油廠或石油化工廠的含氫混合氣體。
投資和貿易:電解槽投資是重點,儲運設施投資待加強
2023年,對氫能產(chǎn)業(yè)的投資主要用于正在建設的項目。在低排放氫領域,2023年全球的投資額達到35億美元,其中的80%用于建設制氫電解設施的項目,其余用于制氫與碳捕獲、利用與封存技術(CCUS)相結合的項目,對基礎設施項目(管道、儲存和燃料補給)的支出仍然很低。
2023年,在建氫氣供應項目的投資比2022年的投資增長了350%。隨著氫氣供應項目建設步伐加快,預計2024年氫能供應項目的投資將進一步增長。
當前,全球電解槽產(chǎn)能為2000萬千瓦。我國目前擁有全球60%的電解槽產(chǎn)能,其中的1/3來自我國幾家大型太陽能電池板制造商;在歐洲,電解槽項目的投資在2023年翻了兩番,達到200萬千瓦以上;印度對電解槽的投資也在增加,其中一個項目的投資規(guī)模達130萬千瓦。
目前,氫能主要是在需求中心附近生產(chǎn),跨國氫貿易相對較少。在比利時、法國和荷蘭的一些工業(yè)區(qū)之間,雖然存在跨國氫氣管道,但運輸能力較小,且距離較短。2020年,國際上首次利用有機液化氫將氫能從文萊送至日本,2022年,澳大利亞將液化氫運往日本。
以貿易為基礎的氫市場的發(fā)展離不開大量運輸和儲存氫能的基礎設施。全球目前已經(jīng)有大約5000千米的氫氣管道投入運行,管道運力較小,主要是連接煉油廠和化工綜合企業(yè)。天然氣管道被認為是輸送氫能的另一個選擇。目前,全球在運天然氣輸送管道總長度約為100萬千米。此外,約7萬千米的管道在建,約16萬千米的管道處于建設前期階段。
技術和成本:研發(fā)項目進入示范成本有望持續(xù)降低
自2016年以來,全球多國對氫能技術研發(fā)的投資持續(xù)增加。2023年,投資增長的成果開始顯現(xiàn)——工業(yè)和發(fā)電方面的若干應用已進入示范階段,運輸應用方面也取得了重大進展,特別是在航運部門;專利申請數(shù)量在2022年躍升了47%,其中的大部分增長來自應對氣候變化的相關技術。
作為一個新興行業(yè),低排放氫的成本取決于許多因素,如技術發(fā)展,尤其是項目部署的水平和速度。根據(jù)國際能源署2050年凈零排放情景,到2030年,可再生能源發(fā)電的低排放氫生產(chǎn)成本將降至2~9美元/千克,相當于目前價格的一半。與未減少的化石燃料生產(chǎn)相比,氫能生產(chǎn)成本差距將從目前的1.5~8美元/千克降至2030年的1~3美元/千克。如僅考慮現(xiàn)有政策,氫能的成本將降低30%左右。由于許多地區(qū)的天然氣價格下跌,使用CCUS的天然氣生產(chǎn)低排放氫的成本也將降低。
降低成本將使所有項目受益,但對各個項目競爭力的影響各不相同。例如,全面開發(fā)近520吉瓦的電解槽項目管道將實現(xiàn)與2050年凈零排放情景相似的全球成本降低。在我國,這意味著目前電解槽項目管道(100萬噸/年)的絕大部分產(chǎn)量將低于煤制氫。在全球范圍內,到2030年,超過500萬噸/年的產(chǎn)能將有望與化石燃料制氫實現(xiàn)成本競爭。
成本差距在短期內仍將是項目開發(fā)人員面臨的重要挑戰(zhàn),低排放氫生產(chǎn)的成本溢價沿著價值鏈下降,這意味著消費者往往只能看到最終產(chǎn)品的適度價格上漲。例如在生產(chǎn)電動汽車時使用可再生氫煉鋼,將使電動汽車的總價格提高約1%。
需關注協(xié)同發(fā)展和市場導向
目前,我國氫的產(chǎn)需量居世界第一,并呈現(xiàn)逐年上升的態(tài)勢。我國氫的來源仍然以灰氫、藍氫為主,但綠氫項目在加快推進。2023年,我國氫的產(chǎn)量約為4291萬噸,可再生能源制氫項目建成總產(chǎn)能約為7.8萬噸/年,同比增加約123%。其中寧夏、新疆和內蒙古分列前三位,約占全國總產(chǎn)能的80.1%。可再生能源制氫在建產(chǎn)能約為80萬噸/年,已備案項目產(chǎn)能達到600萬噸/年以上,可再生能源制氫發(fā)展迅猛。
同時,伴隨生產(chǎn)技術的持續(xù)多元化,綠氫的生產(chǎn)成本也在持續(xù)下降。在風電、光伏及電解槽設備成本下降的驅動下,新能源電解水制氫成本降幅明顯。2023年,我國5兆瓦級(1000標立方米/小時)堿性電解槽中標平均價格約為1510元/千瓦,同比下降約16%。兆瓦級質子交換膜電解槽中標平均價格約為8900元/千瓦,同比下降約11%。根據(jù)2023年新能源發(fā)電成本下降情況測算,新能源電解水制氫成本為15~25元/千克,同比下降約20%,與灰氫成本7~13元/千克、藍氫成本10~18元/千克相比,差距進一步縮小,而且仍然存在下降空間。
考慮到全球氫能的發(fā)展趨勢,我國需要從三個方面發(fā)力,推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。一是進一步完善氫能產(chǎn)業(yè)專項規(guī)劃和政策體系,建立跨部門跨地區(qū)跨領域的協(xié)調合作機制,牽頭組織推進氫能關鍵領域的科技創(chuàng)新、示范應用和規(guī)模部署;二是推動氫能產(chǎn)業(yè)上游領域與可再生能源、核能等低碳能源行業(yè)以及CCUS行業(yè)實現(xiàn)協(xié)同開發(fā)和融合發(fā)展,為低碳氫規(guī)?;l(fā)展創(chuàng)造有利條件;三是企業(yè)仍然需要審時度勢,堅持以市場導向,并繼續(xù)加強產(chǎn)學研用深度融合,提升自身發(fā)展內生動力。
(作者成功供職于北京能研管理咨詢有限公司,作者李吉輝供職于中國礦業(yè)大學化學與環(huán)境工程學院)