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全球各國爭搶氫能產業制高點

全球各國爭搶氫能產業制高點

  • 分類:行業資訊
  • 發布時間:2022-05-24
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全球各國爭搶氫能產業制高點

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在全球應對氣候變化的進程中,實現能源體系的脫碳化發展是關鍵。氫能由于具備來源廣泛、清潔及安全性可控等特性,成為連接化石能源和可再生能源之間的橋梁。如今,氫能正逐步成為全球低碳發展的重要能源載體之一,世界主要大國都在制定氫能產業發展計劃、投入巨額資金,積極推動先進氫能技術研發和產業化,搶占國際氫能產業競爭領域的制高點。

美國:氫能已上升到國家戰略層面

2020年,美國能源部發布《氫能項目計劃》,提出未來10年及更長時期氫能研究、開發和示范的總體戰略框架。該方案明確了氫能發展的核心技術領域、需求和挑戰及研發重點,并確立了氫能計劃的主要技術經濟目標?!稓淠茼椖坑媱潯吩O定了到2030年氫能發展的技術和經濟指標。

美國是世界最大的氫氣生產國和消費國之一。每年的氫氣消耗量超過1100萬噸,占全球需求的13%,其中三分之二用于煉油,其余大部分用于氨生產。在原料方面,目前美國大約80%的氫氣來源于天然氣重制,其余的大部分是石油煉化工業的副產氫。

美國氫能技術產業鏈完善,氫能已上升到國家戰略層面。為了確保在新興技術領域的領先地位,美國十分重視氫能產業鏈上下游的相關技術培育,涉及氫氣的生產、儲運、燃料電池制造、燃料電池汽車及加氫站基礎設施等。美國在氫燃料電池汽車市場、加氫站利用率等方面處于全球領先水平。目前,美國氫燃料電池車保有量全球第一,加州政府注重燃料電池消費市場的培育,持續給予多項政策支持,已成為全球燃料電池車推廣最為成熟的地區。

截至2021年6月,美國已有17兆瓦的電解制氫項目在運營,輸氫管道容量為1.4吉瓦(300兆瓦在建或已承諾資金投入),另外還有120兆瓦正在早期開發階段,將于2030年上線運行。美國能源部預測,潛在部署將高達13.5吉瓦。

歐盟:積極利用自身優勢加快氫能商業化進程

歐盟一直致力于清潔能源的發展,近年來已逐步明確氫能發展路線。2007年,歐盟委員會提出《歐洲戰略能源技術計劃》,將燃料電池和氫能作為重點支持的關鍵技術領域。2008年,歐盟理事會通過決議建立“歐洲燃料電池和氫能聯合組織”,創立由歐盟委員會、產業協會、企業等共同組成的產業合作機制,推動氫能和燃料電池產業發展、應用,部署技術研發。2014年,歐盟提出設立“歐洲共同利益重要項目”,對事關歐盟未來經濟和科技競爭力的關鍵技術、基礎設施項目,在歐盟層面給予公共支持。相關產業界呼吁,歐盟應在未來5-10年,向與氫能相關的“歐洲共同利益重要項目”注入50億-600億歐元。

2019年,歐洲燃料電池和氫能聯合組織主導發布了《歐洲氫能路線圖:歐洲能源轉型的可持續發展路徑》報告,提出大規模發展氫能是歐盟實現脫碳目標的必由之路。該報告描述了一個雄心勃勃的計劃:在歐盟部署氫能以實現控制2攝氏度溫升的目標,到2050年歐洲能夠產生大約2250太瓦時的氫氣,相當于歐盟總能源需求的1/4。

2020年,歐盟委員會正式發布了《氣候中性的歐洲氫能戰略》政策文件,宣布建立歐盟清潔氫能聯盟。該戰略制定了歐盟發展氫能的路線圖,分三個階段推進氫能發展。第一階段(2020-2024年),安裝至少6吉瓦的可再生氫電解槽,產量達到100萬噸/年;第二階段(2025-2030年),安裝至少40吉瓦的可再生氫電解槽,產量達到1000萬噸/年,成為歐洲能源系統的固有組成部分;第三階段(2030-2050年),可再生氫技術應達到成熟并大規模部署,以覆蓋所有難以脫碳的行業。

歐盟呼吁各成員國將氫能列入國家能源與氣候發展的中長期目標規劃。捷克、法國、德國、匈牙利、荷蘭、葡萄牙和西班牙等國已發布了國家氫能戰略,意大利和波蘭正在進行公眾咨詢,奧地利預計很快發布。這些國家雖然自身優勢不同,但氫能戰略與歐盟氫能戰略非常一致,幾乎所有國家都確立了電解氫的目標,到2030年累計達到20吉瓦以上(意大利和波蘭的戰略中還有7吉瓦)。

歐盟將氫能作為能源安全和能源轉型的重要保障,積極利用自身優勢,加快氫能商業化進程。歐盟在發展氫能方面有自身優勢,一方面,風力和光伏發電發展快速,可以長期為綠氫的生產提供便利條件;另一方面,歐盟擁有較為完善的天然氣基礎設施,通過擴建可為氫能的運輸提供支持?;谧陨韮瀯?,歐盟在制氫、儲運氫、氫利用和燃料電池等領域均取得了豐碩成果,并形成了完整的產業鏈,目前正積極進行商業化探索。

歐洲燃料電池和氫能聯合組織在歐盟氫能發展過程中扮演重要角色,推動氫能的研發、創新和示范。歐洲的氫能研發應用不斷取得突破,2018年6月,世界第一輛氫動力列車在德國北部試運行。2020年,歐盟生產和使用了約700萬噸氫氣。氫氣主要來源于天然氣和煉油廠、石化行業的副產品。而氫氣的主要消費端是煉油(370萬噸)和化工行業(300萬噸)。

在供應端,可再生的電解制氫被認為是制氫的主要途徑。歐盟已安裝超過140兆瓦的電解專用制氫設備,占全球產能的40%以上。歐盟成員國政府戰略發出的強烈信號為進一步部署創造了動力,歐盟正在開發的輸氫管道,容量到2030年將超過20吉瓦,其中超過1吉瓦已在建設中或已承諾資金。

日本:推動氫能與其他能源耦合協同發展

從氫能研究到“氫能社會”構想,再到形成國家戰略,日本大致經過了三個階段。第一階段受到石油危機觸發,日本于1974年啟動“陽光計劃”,醞釀并實施包括氫能在內的一系列能源研究項目。第二階段為2003年發布《第一次能源基本計劃》,首次提出“氫能社會”構想。第三階段是2017年出臺《氫能源基本戰略》,將構想提升至國家戰略高度。目前已逐步進入新階段,即氫能戰略的溢出階段。

日本于2014年發布了《氫能/燃料電池戰略發展路線圖》,并于2016年和2019年做了更新,從《氫能/燃料電池戰略發展路線圖》可知,日本構建“氫能社會”依托于三個階段的戰略路線規劃。第一階段為推廣燃料電池應用場景,促進氫能應用,在這一階段主要利用副產氫氣,或石油、天然氣等化石能源制氫。第二階段為使用未利用能源制氫、運輸、儲存與發電。第三階段旨在依托可再生能源,未來利用能源結合碳回收與捕集技術,實現全生命周期零排放供氫系統。計劃到2025年建設320個加氫站。

2017年出臺的《氫能源基本戰略》明確了降低制氫成本的路線圖和目標,旨在2030年降至30日元/立方米,未來實現20日元/立方米。2021年宣布《綠色增長計劃》,提出在2030年氫能產量實現300萬噸的目標。為了支持這一目標,日本政府宣布了一項7000億日元的公共投資計劃,支持日本氫氣供應鏈發展。

在日本的戰略路徑中,不將氫能作為化石能源的替代能源,而是致力于推動氫能與褐煤等多種化石能源及可再生能源的耦合協同發展。另一方面,日本傾向于構建國際氫能供應鏈,從2018年起,日本已連續3年主辦氫能源部長級會議,旨在主導并推動全球“氫能社會”發展。

2020年,日本的氫氣需求量接近200萬噸,其中煉油占了近90%的需求,其余部分是氨生產需求。在氫氣來源方面,來源于天然氣的氫氣占50%以上,另有45%是煉油和石化行業的副產氫,剩下的來源于小型煤炭生產過程。

日本一直是在交通運輸領域中使用氫氣的先行者,本田公司在2008年推出了首款商用燃料電池車電動車(FCEV)。2021年4月,日本大約有5600輛FCEV,是世界第四大市場,而且日本確立了FCEV發展目標,即到2025年達到20萬輛,到2030年達到80萬輛。

韓國:致力于打造世界最大交通和電力氫燃料電池市場

2018年,韓國發布《創新發展戰略投資計劃》,將氫能產業列為三大戰略投資方向之一。2019年,發布《氫能經濟發展路線圖》,明確了制氫、加氫和燃料電池發展的目標?!稓淠芙洕l展路線圖》強調了兩個優先事項,一個是建立氫市場,另一個是打造世界最大的用于交通和電力的氫燃料電池市場。根據該路線圖,韓國政府計劃將氫燃料電池車市場規模從2018年的1800輛擴大到2022年的8萬輛,到2040年達到620萬輛。用于發電的氫燃料電池容量到2040年將達15吉瓦。氫氣的需求量2030年將達到194萬噸,2030年將達到526萬噸。

2020年2月,韓國頒布《促進氫經濟和氫安全管理法》,這是全球首個促進氫經濟和氫安全的管理法案,目的在于促進基于安全的氫經濟建設,系統、有效地促進韓國氫工業的發展,為氫能供應和氫設施的安全管理提供支持,促進國民經濟的發展。

2021年,韓國發布首個《氫經濟發展基本規劃》,提出到2050年韓國氫能將占最終能源消耗的33%,發電量的23.8%,成為超過石油的最大能源,將在全國建立2000多處加氫站。

韓國是采用氫技術最活躍的國家之一。2020年,韓國生產和使用的氫氣超過180萬噸,幾乎所有需求都來自煉油和石化過程。在氫氣來源方面,大約60%的氫氣是來自各種來源的副產品,其余40%來自天然氣。

在交通方面,2020年,韓國投放了超過1萬輛商用燃料電池車電動車,走在世界的前列。在固定式燃料電池方面,韓國目前的裝機容量為620兆瓦,幾乎是2018年底的兩倍。韓國非常重視低碳氫的生產,第一批開發低碳氫氣生產的項目已經在進行中,2021年,韓國SK集團旗下SKE&S公司與現代石油(HyundaiOilbank)宣布聯合開發兩個天然氣制氫項目,總產能為35萬噸/年。在基礎設施方面,林德集團(Linde)和韓國曉星集團(Hyosung)于2021合作建設了亞洲最大的液化氫氣廠,為交通行業提供氫氣。

澳大利亞:創建氫能樞紐

澳大利亞蘊含豐富的煤炭、天然氣等化石能源資源,可用于制取充足的氫氣;澳大利亞擁有完善的煤炭產業鏈及完善的天然氣生產、液化、儲運等基礎設施及專業技術支持,可以在氫能產業鏈各環節發揮作用。澳大利亞政府高度重視氫能發展,總體氫能戰略是大力發展清潔、創新、安全和有競爭力的氫能源產業,以新能源制氫、氫發電、氫出口作為重要策略,有潛力成為全球最大的氫氣生產國之一。

澳大利亞于2019年11月發布《國家氫能戰略》,確立了發展目標和具體行動,探索了清潔制氫的潛力,概述了快速擴大規模的計劃,并詳細說明了政府、行業和社區所需的協調行動,致力于消除氫能行業發展的障礙。作為該計劃的一部分,政府已投資超過13億澳元以加快國內氫產業的增長。該戰略還強調了氫出口帶來的重大機遇,政府正在通過與新加坡、德國、日本、韓國及英國發展國際伙伴關系來促進氫出口。

澳大利亞戰略的一個關鍵要素將是創建氫能樞紐—大規模氫氣需求的集群。這些設施可能在港口、城市或偏遠地區,將為該行業提供擴大規模的跳板。氫能樞紐將使基礎設施的發展更具成本效益,從規模經濟中提高效率,加速創新,并從部門耦合中實現協同效應。在運輸、工業和天然氣分銷網絡中使用氫,并將氫技術以提高可靠性的方式整合到電力系統中。在促進國內需求的同時,還將支撐澳大利亞的出口能力,使澳大利亞成為全球領先的氫參與者。

目前,澳大利亞的氫氣需求量還非常小,幾乎全部用于煉油和氨生產,此外,國內需求的增長也很有限。然而,該國在廉價生產低碳氫氣方面有巨大的潛力。認識到這一機遇,政府投資了7個氫氣中心,集中用戶,從而將基礎設施成本降至最低。

澳大利亞利用可再生能源生產氫氣的潛力巨大。目前,9個容量大于1吉瓦的項目正在開發中,其中包括一些世界上規模最大的項目:西部綠色能源中心(相當于20吉瓦的電解容量)、亞洲可再生能源中心(14吉瓦)、HyEnergy零碳氫(8吉瓦)及Murchison項目(5吉瓦)。如果所有正在開發的項目都成功部署,到2030年,澳大利亞的電解氫產能將達到近20吉瓦,其中大部分將以氫氣和氨的形式出口。

新西蘭:路線圖勾勒“成為氫生產的領導者”愿景

為應對氣候變化和向綠色經濟轉型,新西蘭政府確立了國家目標:一是到2030年,溫室氣體排放量比2005年的水平減少30%;二是到2035年,100%電力供應來自可再生電力;三是到2050年實現零排放。新西蘭的氫愿景是利用氫的機會,為新西蘭創造一個可持續的、有彈性的能源未來。

新西蘭于2019年3月宣布了《塔拉納基氫氣路線圖》。這份路線圖是由開發機構“投資塔拉納基”、新普利茅斯地方議會、新西蘭氫能公司HiringaEnergy和省級增長基金共同制定的。路線圖闡述了該地區要如何利用現有的技術和基礎設施成為氫生產的領導者。省級增長基金也已獲得支持,以幫助發展塔拉納基的氫燃料基礎設施。政府正在塔拉納基建立一個國家新能源發展中心,幫助新西蘭向低碳未來過渡,還將設立一個新的科學研究基金,以促進新綠色能源技術的早期研究。

新西蘭氫能發展路線圖概述了新西蘭利用氫的潛力建立可持續和彈性能源系統的指示性途徑,并顯示了不同的途徑如何與政府戰略的其他部分相結合。

目前,新西蘭的氫氣市場還較小。但新西蘭被認為是世界上最適合創新、試驗和示范的地方之一,監管障礙最少。它現有的天然氣、工藝和工業基礎設施可以進行改造來用于氫氣工業。

新西蘭有大量可再生能源,利用可再生能源優勢,進一步電氣化,同時節約能源和從碳氫化合物轉換燃料是新西蘭能源部門脫碳的主要途徑。冬季,新西蘭的水力發電產量下降,而對取暖和照明的需求卻增加,有必要建立能源儲存系統來平衡不同時間段的電力需求。氫很適合擔當這一角色,可將夏季產出的多余電力用來生產氫氣儲存起來,在冬季水力發電產量下降時使用。

新西蘭擁有豐富的可再生能源,可利用來生產綠氫,部分用于出口。國際能源署認為,到2030年,新西蘭的氫氣產量將達70萬噸/年?!端{基氫氣路線圖》建議每年出口約30萬噸氫氣,約占產量的40%。新西蘭已與日本簽署了一份合作備忘錄,就合作開發氫技術和向日本出口綠氫達成協議。

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