2020-07-24 09:22:36 北京国发智慧能源技术研究院、绿能智库

国际能源署(IEA)近期发布氢能《跟踪报告》，着重从低碳氢生产、氢能各领域应用和氢能各国战略等多个维度对2019年全球氢能发展情况进行梳理，并提出下一步的建议和措施。

报告认为，尽管氢能技术发展在2019年保持强劲势头，燃料电池汽车应用快速发展，但总体规模仍然有限，特别是全球低碳氢的生产和工业等领域应用仍不达预期，需要采取措施加大力度继续推动。

低碳氢增长势头明显，但距离目标仍差距不小

报告指出，当前全球年氢气需求7千万吨，绝大多数来源于化石能源，CO2排放量大。判断氢的清洁化进程需要检查几项指标，包括低碳氢在现有工业体系中替代常规氢的程度、新增应用领域需求以及低碳氢生产技术进展及产业化规模。

当前实现低碳氢生产主要依赖碳捕集、利用或封存(CCUS)技术和水电解制氢技术。

水电解制氢工业应用历史悠久，但近期电解槽安装容量的显著增长来自实现能源和气候变化为目标的绿氢生产。2019年新增电解槽装机25.4MW，相比2010年增长超过25倍。而单个项目规模也显著增大，近年单个项目最大规模达6MW，而2010年初的项目大多不足0.5MW。IEA数据显示，2023年电解槽装机有望达到1.4GW，而单个项目电解槽最大装机规模甚至达到538MW。

不同种类的电解槽技术中，碱液电解槽(AEL)仍是大型项目的首选，占据主导地位，但质子交换膜电解槽(PEM)和固体氧化物电解槽(SOEC)应用在增多。

考虑现有规模和生产成本优势，中短期低碳氢的主要生产途径仍是与CCUS技术结合常规制氢。截至2019年底，有6个项目投产，合计年产能35万吨;2020年将新增超过20个项目投入试运行。

尽管低碳制氢项目增长势头明显，但低碳氢产量相比2030年可持续发展情景(SDS)设定目标仍有相当的差距。IEA数据显示，2023年低碳氢产量可达145万吨，而2030年SDS目标则高达792万吨。

交通用氢快速增长，工业等领域应用亟待加强

2019年，全球燃料电池汽车的保有量增长一倍以上，达到25210辆，美国以近8400辆保持全球第一，但增速放缓。中、日、韩等东亚国家则大幅增长，带动全球新增数量再创新高。

而燃料电池重卡备受关注，欧洲、北美等地区卡车制造商积极投入该领域研发新车型，未来有望在欧洲、日本等地开展部署。

截止2019年末，全球累计建成470座加氢站，实现多年连续快速增长。排名前列的国家包括日本、德国、美国，而韩国增速较快，2019年新增20座加氢站。

表1 部分国家2019年新增燃料电池汽车和加氢站数量

在其他交通领域也有突破，早在2018年两辆燃料电池火车已在德国开始运行，另有14辆预计在2021年投入服务。

天然气掺氢是目前较为可行的提高低碳氢需求的重要应用，可降低家庭和工业取暖的碳排放。现有项目实验证明，家用天然气管道中按20%(体积比，下同)混合氢气是可行的，仅需要对管网基础设施或最终用户设备进行很少的改动。而工业天然气管网掺氢研究也在进行，已有项目开始在管道中注入氢气。

天然气掺氢更大的意义在于增加风、光为主的可再生能源渗透率，欧洲地区部署更为积极，而在澳大利亚、加拿大和美国等地也在积极跟进，全球新增设备每年可向天然气网络输入氢气多达2900吨。

报告强调，在用氢需求最高的工业领域，如炼油、化工和钢铁制造等行业，使用低碳氢的潜力最大。

化工和炼油领域，一些大型项目已将CCUS应用在氢气生产中，而2019年公布的众多大规模水电解制氢项目将在2020年投运。

炼钢中使用绿氢也在欧洲一些试点得到应用，不对现有设备进行重大改动，就可实现多达35%的天然气被低碳氢取代。此外，据报告透露，瑞典目前正在建设大型工厂，预计2025年进行纯氢还原的试验。

总体看，工业领域低碳氢应用仍多处在示范验证阶段，规模不大，商业化应用进展仍然缓慢。

多国发布发展目标，政府推动氢能达成共识

报告显示，2019年以来，政治引领在氢能推广中作用加强。各国政府在推动氢能发展上取得多项共识，各国政府和相关机构在相关领域合作也在加强。包括韩国、澳大利亚等国陆续发布氢能战略和路线图，第十届清洁能源部长级会议、G20峰会、第二届氢能部长级会议等多边国际会议中氢能成为主要议题。

表2 2019年各国政府氢能重大事项

同时，氢能发展目标中，最新发布的项目中氢能应用也不仅仅局限在交通领域，已扩展到包括工业、建筑、发电等众多潜力巨大的领域。

表3 各国氢能产业规划目标

抓住当前发展机遇，战略引领和国际合作是关键

在IEA给出的建议和措施中，国家长期政策和战略引领作用显著，对尚未实现低碳氢商业化规模应用的碳排放密集型工业和交通等领域尤其重要。

同时，加强国际合作有利于成功经验分享，实现优势互补。全球行动中，建立国际贸易路线是启动国际氢贸易的关键，日本和澳大利亚之间氢能供应合作是一个良好的开端。与此同时，在沿海地区建立用氢中心也有利于扩大低碳氢的应用领域，比如北海、中国东南部、印度西北部、墨西哥湾和波斯湾等地区具备这样的潜力。

IEA表示，抓住低碳氢应用的近期机会应成为重点工作。充分利用现有天然气网络等基础设施非常重要，在相关低碳政策和法规的共同推动下，可加快低碳氢的规模使用。仅按5%混合，就可以大幅拉动低碳氢的需求，并快速降低成本;一旦被证明经济上可行，在不改造基础设施情况下，可逐步提高到20%混合比例。

另一方面，当前燃料电池汽车快速推广应用也可显著提升低碳氢需求，各国应根据所适合的路线选择车型，并推进、优化基础设施的开发。

在配套政策方面，各国还应尽力破除现有法规在天然气掺氢、氢安全、加氢站建设等方面对低碳氢应用的限制，提供适当的激励政策促进产业初期低碳氢的健康发展，并解决先发风险。同时，依靠高强度的研发支持来降低碳氢产业链关键环节成本，推动新技术应用并提升其竞争力。

商用车成全球领导者，中国路径有别特色鲜明

报告中展示了中国氢能产业发展在2019年体现出的强劲势头。全年新增燃料电池汽车4400辆，位居全球第一，加氢站数量也从2018年20个提升到61个，增速领先。

中国燃料电池汽车以商用车为主，在全球范围内独树一帜。IEA数据显示，2019年末，燃料电池客车保有量近4300辆，轻型卡车则超1800辆，在全球相应车型总保有量的占比分别为97%和98%，成为商用车领域的全球领导者。

同时，氢在其他交通工具上的应用也在积极推进，燃料电池有轨电车已在佛山开始运营。

根据IEA数据显示，我国低碳氢的生产也走在世界前列。在电解槽部署方面，目前已建和已宣布的项目合计达到356.7MW。而大规模化石能源结合CCUS制氢和氢基燃料项目2个，可捕集多达91万吨CO2。