中國儲能網訊：國際能源署（IEA）近期發(fā)布的《世界能源投資報告》預測，2024年全球能源投資將首次超過3萬億美元，其中清潔能源技術和基礎設施投資高達2萬億美元。盡管用于電解水制氫的投資有望增長140%，達到50億美元，但其在清潔能源投資中的占比僅為0.25%。與此同時，根據國際能源署《全球氫能回顧2023》的數據，僅有4%的氫能項目進入最終投資決策階段。顯然，氫能雖然在構建未來清潔能源體系中備受矚目，但在投資層面并未得到充分體現(xiàn)，資本對氫能未來發(fā)展的態(tài)度相對謹慎。
氫能已成為我國戰(zhàn)略性新興產業(yè)和未來產業(yè)的重點發(fā)展方向。2024年政府工作報告明確提出加快前沿新興氫能產業(yè)發(fā)展。全球范圍內，包括中國在內的40多個國家已制定氫能戰(zhàn)略。然而，要將氫能戰(zhàn)略價值轉化為商業(yè)價值，還需在規(guī)劃未來發(fā)展路徑、提升成本競爭力、強化基礎設施建設和打造氫能科技生態(tài)體系等方面下功夫，以提高氫能產業(yè)的經濟性和投資吸引力，構建良好的發(fā)展環(huán)境。
規(guī)劃氫能產業(yè)發(fā)展路徑
當前，氫能按制取方式可分為綠氫、灰氫、藍氫、紫氫、金氫等?；覛渲饕悦禾?、石油、天然氣等化石燃料為原料，通過化學熱解或氣化生產氫氣，具有經濟性高、碳排放強度大的特點。目前灰氫產量約占全球氫氣產量的90%以上，主要有甲烷制氫、煤制氫、甲醇制氫等方式。藍氫是利用CCUS（碳捕集、利用與封存）技術，對灰氫制取過程中產生的二氧化碳進行處理，以有效降低制氫過程中的碳排放。但是這將增加制氫成本，而且沒有從根本上改變對化石能源的依賴。
綠氫是利用風能或太陽能等可再生清潔能源發(fā)電，以電解水的方式制取氫氣，在制取過程中基本不產生溫室氣體，同時能夠較好契合風能、太陽能發(fā)電所具有的分布式能源特性，解決了棄風、棄光問題。在綠色低碳發(fā)展背景下，綠氫被認為是氫能產業(yè)最主要的發(fā)展方式。
紫氫與綠氫均采用電解水制氫方式，但紫氫的電力來源為核能發(fā)電。目前關于核能是否屬于綠色能源，以及核電轉化為氫能的經濟性和能源利用效率尚存爭議。金氫則是通過類似石油天然氣勘探開發(fā)技術，將儲藏在地下巖層中的氫氣提升到地面進行凈化后使用，這是地質學家近年來的新發(fā)現(xiàn)，尚未進入商業(yè)化開發(fā)階段。
氫能是清潔能源體系的重要組成部分，需加快替代化石能源制氫，并建立具有成本優(yōu)勢的低碳制氫商業(yè)化模式。雖然電解水制氫是未來公認的方向，但化石能源制氫在目前和未來一段時間內仍將是主流制氫方式，利用CCUS技術降低化石能源制氫的碳排放，將在行業(yè)發(fā)展中起到重要的過渡作用。在綠氫普及前，灰氫向藍氫大規(guī)模過渡、加速CCUS技術產業(yè)化是可行且重要的過渡措施，從短期到中期來看，也是最大的產業(yè)機會之一。同時，要全面評估現(xiàn)有電解水制氫工藝和相關產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，以提升效率為目標，推進電解槽技術迭代，探索更具經濟性的綠氫發(fā)展路徑。此外，加強金氫探索，提高自然界氫的利用能力也至關重要。
破解綠氫成本制約難題
無論在工業(yè)領域還是能源領域，制氫成本的高低直接影響氫能發(fā)展路徑的選擇和未來前景。國際能源署《全球氫能回顧2023》報告顯示，不同制氫方式的平準化成本存在顯著差異?；覛渖a成本為每千克1～3美元，藍氫為1.5～3.6美元，綠氫為3.4～12美元。
即使考慮到化石能源和碳價上漲等因素，綠氫在成本上獲得競爭優(yōu)勢仍然需要一個長期的過程。報告數據顯示，在光伏發(fā)電大規(guī)模部署的情況下，到2030年，在非洲、澳大利亞、智利、中國和中東等太陽輻照好的地區(qū)，使用太陽能光伏發(fā)電制氫的生產成本有望降至每千克1.6美元。到本世紀末，在西北歐和美國等風力資源較為豐富的地區(qū)，風電制氫平準化成本有望降至每千克2.1美元以下。
影響電解水制氫成本的主要因素包括電力成本、電解槽成本和項目建設的資本成本。其中，太陽能光伏發(fā)電成本占25%～45%，按70%的效率計算，其發(fā)電成本達到每兆瓦時20美元以下，制氫成本才有望降至每千克1美元。項目建設投資包括風電場或太陽能發(fā)電場投資、電解槽投資兩部分。按照國際能源署的數據，太陽能光伏制氫路徑下，加權平均資本成本每增加1個百分點，將使制氫成本每千克增加約0.2美元。在全球化背景下，如何保持綠氫行業(yè)對低成本資本的吸引力至關重要。
此外，電解槽制氫對水資源有較強的依賴性。當前，陸上風電、光電的規(guī)?；ㄔO主要分布在沙漠、戈壁等自然條件較為惡劣的地區(qū)，水資源相對比較缺乏，用水成本可能較高。而海上風電、光電制氫雖然水資源豐富，但海水凈化成本高。水成本成為潛在的突出問題。
因此，即使在只考慮制氫環(huán)節(jié)的情況下，氫氣也難以具備低成本優(yōu)勢?！度驓淠芑仡?023》報告指出，2022年全球氫產量9500萬噸，其中煉廠工藝用氫4100萬噸，工業(yè)用氫5300萬噸，交通運輸用氫100萬噸。在工業(yè)用氫中，60%用于氨的生產，30%用于甲醇生產，10%用于鋼鐵冶煉。如果全部采用電解水制氫滿足煉廠工藝和工業(yè)用氫的需要，意味著用氫成本將提高3倍以上。而綠氫成本居高不下，也使其在交通運輸領域難以在與現(xiàn)有其他燃料競爭中取得優(yōu)勢。
總體上看，需要系統(tǒng)考慮制氫成本問題，特別是要在硬件成本下降的情況下，關注融資成本、土地成本、環(huán)境保護的制度成本等軟性因素的綜合影響，為降低綠氫成本提供系統(tǒng)性保障。
推進氫能基礎設施建設
在煉化領域，無論是自產氫氣還是商購，相關的制氫裝置都是作為配套項目進行系統(tǒng)性考慮和建設的，相應的氫氣輸送等基礎設施均同步納入系統(tǒng)建設。比如，煉油廠使用的氫氣中約有80%是在現(xiàn)場生產的，其中約55%產自專門的制氫裝置，剩余的45%則來自石腦油裂解等裝置的副產品。基礎設施問題主要是著眼于氫能在交通運輸領域的使用，以及未來氫能區(qū)域性或國際貿易的發(fā)展。
在交通運輸領域，氫能的運輸、儲存和加注等基礎設施需要適應氫能汽車等交通運輸工具發(fā)展的需要，進行廣泛的布局和系統(tǒng)性建設。目前，氫能汽車的發(fā)展路徑仍存在諸多不確定性因素，如采用直接氫氣加注、甲醇等氫能載體轉化，還是其他氫能利用方式。因此，氫能基礎設施的建設需要根據未來技術發(fā)展進一步確認。
從區(qū)域或國際貿易的角度看，氫能利用基礎設施要適應氫的使用方式和氫能利用的發(fā)展方向。如果考慮天然氣摻氫路線，則持續(xù)優(yōu)化摻氫比例，在確保安全運行的前提下，最大程度利用現(xiàn)有天然氣管道基礎設施，減少對現(xiàn)有設施的改造，這將有利于加快氫能利用。如果考慮氫能作為化石燃料替代使用在發(fā)電廠等領域，需依據所采取的甲醇燃燒等方式，以及運輸距離、運輸方式等因素，建設運輸船、港口碼頭、存儲設施、裝卸設施等。若考慮純氫用于國際貿易，需像LNG國際貿易一樣考慮相應的基礎設施建設。
無論采用何種氫能利用方式，都需加強相應基礎設施的系統(tǒng)性設計和建設。這將需要投入更大資本，建立相應的商業(yè)模式，在氫能不斷擴大的應用場景和規(guī)模中，分攤和降低基礎設施使用的成本，建立氫能產業(yè)發(fā)展的生態(tài)體系。
打造技術創(chuàng)新生態(tài)體系
氫能產業(yè)當前面臨的發(fā)展路徑、成本、基礎設施體系建設等問題，都離不開技術創(chuàng)新的支撐。
首先，技術創(chuàng)新發(fā)展的方向決定了未來氫能產業(yè)的發(fā)展路徑。如果CCUS技術發(fā)展更快，能以更低的成本消除或利用化石能源制氫產生的二氧化碳，則可能大幅壓縮綠氫發(fā)展的空間。反之，如果電解槽技術效率更高、投資成本更低，或風力發(fā)電和太陽能發(fā)電技術發(fā)展更快，綠氫將迎來更好的發(fā)展前景。同樣，如果對自然界中氫的生成機理、運動方式和儲存方式的理論認識或相應的勘探開發(fā)技術取得突破性進展，將對金氫的開發(fā)利用形成助力。
其次，技術創(chuàng)新發(fā)展需要規(guī)模經濟作為支撐。推進新技術的規(guī)?；瘧檬墙a業(yè)規(guī)模經濟和技術創(chuàng)新良性循環(huán)的重要途徑。技術創(chuàng)新具有高投入、高風險的特點，始終面臨研發(fā)經費的充足性和來源問題。技術只有找到市場并得以運用，才能保持進步、迭代和發(fā)展。這就需要在技術創(chuàng)新中著眼前瞻性和實用性，積極尋找和挖掘新技術的應用場景，在技術推廣應用中發(fā)展規(guī)模經濟、形成盈利模式，為更多的研發(fā)投入創(chuàng)造條件。
最后，技術創(chuàng)新發(fā)展需要建立創(chuàng)新生態(tài)體系。氫能作為新興產業(yè)，所面臨的技術問題是系統(tǒng)性，需要從建立技術創(chuàng)新生態(tài)體系的角度去思考創(chuàng)新的方向，挖掘技術鏈、建設研發(fā)鏈、優(yōu)化投入鏈、培育人才鏈，形成技術創(chuàng)新的合力。
總之，氫能產業(yè)發(fā)展尚處于起步階段，應著眼于發(fā)揮氫能在未來清潔能源體系中的突出作用，從現(xiàn)實出發(fā)，以國家政策和國際合作為指引，堅持市場化機制，打造氫能科技創(chuàng)新生態(tài)體系，突出技術推動作用，建立起效率更高、成本更低的綠氫工藝路線。要加快新技術推廣應用和技術迭代發(fā)展，按照規(guī)模經濟的發(fā)展路徑，推進氫能生產成本不斷降低，提升氫能在能源體系中的競爭能力和對投資者的吸引力，并著力推進氫能利用基礎設施的系統(tǒng)性規(guī)劃和建設，在提升氫能利用便利性的同時，持續(xù)降低用氫綜合成本，構建形成氫能產業(yè)發(fā)展的良性循環(huán)。
