迎接氢经济的挑战

报告上升到 THīCHALLīNGī OĒ A水利经济从生产到消费的新兴氢价值链的前景 介绍迎接氢经济的挑战世界正在走向氢对许多人来说，这对净零未来至关重要就在三年前，清洁氢能源还处于能源转型对话的边缘——这是一个异常的解决方案，至少在短期或中期是这样。今天，它正在迅速成为主流，对许多人来说，它对于净零能源的未来至关重要。简而言之，世界正在走向氢，但路线不确定，仍有许多问题。氢气供应可以多快扩大以支持高需求行业？ 2021 年氢能有哪些新变化？最紧迫的挑战和所需的推动因素是什么？未来几年，哪些不确定领域可能对氢的影响最大？1,124来自整个氢经济的调查受访者7行业领袖深度访谈80代表国家27%来自收入超过 10 亿美元的组织的受访者本报告利用 DNV 对参与新兴氢经济的 1,100 多名高级专业人士的调查以及对几位行业领导者的深入采访，探讨了新兴氢经济的前景。该报告从三个方面探讨了氢经济的前景：•巨大的期望•预期的挑战和推动因素•具有挑战性的问题。我们要感谢以下领导者通过深度访谈为本研究提供的时间和见解：•塞巴斯蒂安·科克斯·安德烈亚森, Green Hydrogen Systems 首席执行官•安东尼格林, 项目总监 – 氢，国家电网•桑杰 C 库坦博士, 新加坡海事研究所执行董事•蒂姆·皮特斯，钢铁研发部经理，塔塔钢铁欧洲公司；和 Mustapha Bsibsi，Tata Steel Europe 热工艺研发知识组负责人•雷切尔·鲁弗, RES (Renewable Energy Systems Ltd) 北欧首席执行官•克里斯蒂娜·维特迈尔, 商机经理 – Hydrogen, 壳牌挪威•袁振刚中石油智库CPPEI新能源研究中心主任2 介绍迎接氢经济的挑战广泛的行业团体参与氢的类型油和气行业32%35%52%电行业13%20%67%服务 /承包商19%27%61%在本次调查中，在生产、分销、储存或消费氢气的受访者中，56% 的人使用绿色氢气、26% 蓝色氢气和 20% 灰色或棕色氢气。运输和重工业治理、财务、战略21%28%52%14%22%47%灰色或棕色氢气（由天然气或煤制成，无 CCS） 蓝色氢气 绿色氢气氢术语在本报告中，除非另有说明，否则“氢”一词是指低碳氢。反过来，“低碳氢”是指蓝色和/或绿色氢。这些在下面单独定义。绿氢•绿氢是通过电解水产生的•该过程由零碳电力（例如风能和太阳能）提供动力•它很干净，但目前对于广泛使用来说太昂贵了1•电解槽和可再生能源的成本预计将在未来十年内下降，使绿色氢更可行•绿色氢是理想的长期零碳制氢方式蓝氢•蓝氢由化石燃料（通常是天然气）生产，但排放是使用碳捕获和储存 (CCS) 技术处理的•有了丰富的天然气和煤炭，蓝色氢可以帮助扩大氢经济2•然而，这取决于 CCS 的更广泛采用•蓝色氢可以作为从灰色/棕色到绿色氢的垫脚石灰氢•灰氢通常在称为蒸汽甲烷重整的过程中由天然气生产•褐氢由煤（或褐煤）气化产生•这些是当今使用的主要方法•它们相对便宜，但会排放大量二氧化碳1. 氢能竞争力之路：成本视角，氢能委员会：https://bit.ly/3gZqLDw2. 解锁绿色氢革命，充电：https://bit.ly/35UTAuz3 伟大的期望迎接氢经济的挑战1.0巨大的期望近年来的氢能承诺、计划和试点现在已经演变成具体的承诺、投资和全面的项目。4 寄予厚望迎接氢经济的挑战5按地区划分的氢经济的短期前景全部受访者74%亚洲太平洋57%欧洲78%64%57%52%67%70%氢经济的前景在过去 12 个月内显着改善氢经济的前景将在未来 12 个月内显着改善拉美中东和北非北美87%78%77%72%到 2021 年，氢将成为能源转型的可行且快速发展的支柱。四分之三 (74%) 的能源专业人士表示，氢经济的前景在过去 12 个月内已显着改善，而三分之二 (67%) 的人预计未来 12 个月这种情况将持续下去。今天，在我们的调查中，只有 8% 的氢收入获得者（即那些参与氢生产、分配、技术、工程、基础设施/设施开发或氢项目融资/投资的人）从他们的总收入中获得了超过十分之一的收入。他们的氢气操作。到 2025 年，这一比例预计将增加五倍，达到 44%。到 2030 年，这个数字将上升到 73%。在这个新能源价值链的另一端，用于能源和/或原料的氢消费支出的增长预计只会以略慢的速度增长。到 2025 年，33% 的氢消费者预计氢将占其组织能源（和/或原料）支出的十分之一以上，而目前这一比例仅为 9%。预计到 2030 年这一比例将上升到 57%。综合考虑，考虑到新氢对大多数组织的影响，这些数字令人印象深刻。我们调查的绝大多数人 (71%) 仅在过去五年内才开始涉足氢能，而 55% 的人仅在过去三年内才开始涉足。 寄予厚望迎接氢经济的挑战6预计到 2025 年和 2030 年，氢气将占收入/支出的 10% 和 50%8%39%2%9%64%26%预计氢气占公司收入/支出 10% 以上的受访者百分比*预计氢气占公司收入/支出 50% 以上的受访者百分比**数字是氢收入产生者和消费者的平均综合反应202120252030从小基地到大角色对于我们调查中的许多人 (45%) 而言，氢气仅占其组织收入的不到 1%。事实上，大多数对氢感兴趣的组织都不是纯粹的游戏——相反，氢是一个新的但越来越重要的企业，在一个成熟的企业中。“对我来说，绿色氢是拼图的最后一块。”雷切尔·鲁弗, RES 北欧首席执行官“我们总是谈论能源安全、可持续性和成本的三难困境，以及它们之间历来需要的权衡，”全球可再生能源企业 RES 的北欧首席执行官雷切尔·拉夫 (Rachel Ruffle) 说。 “我们基本上解决了可持续性成本方程，因为可再生能源现在是最便宜的新发电形式。但可再生能源的可变性尚未得到解决。这就是我们最初对氢产生兴趣的原因。它可以支持长期储能，有助于利用过剩供应，并满足高峰需求。”但正如雷切尔·拉夫 (Rachel Ruffle) 补充说的那样，在过去几年中，氢在未来能源中的作用变得更加重要。 “现在不仅仅是让电力部门脱碳，”她说，“而是整个能源部门，包括使用灰氢的重工业。”DNV 的能源转型展望 (ETO) 发现，当今最终能源需求中只有约 20% 用于电力。到 2050 年，电力占总能源需求的份额将翻一番，达到 40% 左右，但这在我们的预测中留下了对化石燃料的巨大需求，化石燃料将需要被更大的电气化或脱碳/绿色气体（如氢、如果世界要实现《巴黎协定》的目标。3.2020 年能源转型展望，DNV：https://eto.dnv.com/2020 寄予厚望迎接氢经济的挑战7道路航海建筑制造业基材 钢铁制成品单位：EJ/年仅包括氢作为能量载体。海上合成燃料被算作氢。DNV 能源转型展望 2020氢消费者预计其使用量将迅速增加我们的研究表明，氢气生产商正在投资和升级，以在未来几年生产大量的绿色和蓝色氢气。他们有足够的信心这样做，因为几个行业正在同时建设氢经济的需求方。这些行业需要改造他们的许多工厂、机器、模型和实践以转向氢。大多数人迫切需要更换其业务中的碳密集型部分——在我们的调查中，这是消费者企业采用氢气的最大推动力。氢可以替代这些行业中基于化石燃料的能源或原料需求。例如，长途货运车队可以用氢燃料电池代替柴油；电力公司可以将天然气涡轮机换成氢燃烧替代品；和生产氨的化学公司可以将灰色/棕色氢原料换成蓝色/绿色等价物。钢铁行业最终可能会产生对氢气的巨大需求。在全球范围内，每天开采的铁矿石超过 600 万吨，每年总计超过 20 亿吨。这个巨大的行业仍在增长，预计 2021 年至 2025 年间铁矿石产量将增长 5.1%4.瞄准高影响力的应用程序世界上几乎所有的铁矿石都被转化为生铁——所有类型钢的主要成分。这个过程是该行业中碳最密集的部分，也是氢能发挥最大作用的领域。这是因为它有可能作为主要原料（以焦炭的形式代替碳，作为从氧化铁中释放铁的过程中的还原剂）和作为能源（以各种方式代替化石燃料）。炼铁和炼钢过程的热密集阶段）。将炼钢行业向净零目标发展是该行业在两个多世纪以来面临的最大挑战，也是最大的转型。存在许多技术壁垒，其中许多壁垒在行业外还没有得到很好的理解。塔塔钢铁欧洲公司（一家大型跨国炼钢企业的一部分）钢铁研发部门经理蒂姆·皮特斯（Tim Peeters）表示：“外界预计该行业将很快发生变化，但我们需要建造的那种工厂只存在于纸。它从未在实践中全面完成。人们忽视了仍然摆在我们面前的技术挑战，因此我们需要传达我们所处的过渡路径以及需要采取的步骤。”然而，即使这些技术挑战得到解决，也需要几年的时间才能有足够的绿色或蓝色氢气服务于炼钢行业。 “完全使用氢气意味着你需要大量的氢气。仅就我们在荷兰的业务而言，我们每年需要大约 150 万吨氢气才能完全从煤炭转变为氢气。考虑到目前绿色氢气的产量有多大，这是一个主要瓶颈，”塔塔钢铁欧洲公司热工艺研发知识小组负责人 Mustapha Bsibsi 说。4.到 2025 年，世界铁矿石产量将增长 5.1% — 报告，Mining.com：https://bit.ly/3h0tmgr 寄予厚望迎接氢经济的挑战8参与氢经济的主要驱动因素54%有利可图的商业机会46%关于需要为净零能源系统做出贡献的道德信念46%需要更换业务的碳密集型部分38%储存可再生能源的机会36%为现有基础设施创造新用途33%监管/政府脱碳压力23%来自股东/投资者的脱碳压力23%政府补贴或其他奖励21%社会压力和公众对我们品牌的认知18%维持化石燃料市场的机会调整路线图与许多潜在的耗氢行业一样，钢铁行业需要从供应方制定明确的路线图，显示未来几年特定数量的氢气的可用性。 “例如，如果你真的需要用氢基炼铁技术替换单个高炉，这本身就是一个巨大的进步，”皮特斯说，“这不是一个从一种到另一种的逐渐变化。那么我们什么时候需要准备好呢？什么时候可以使用氢气？”当然，供应方需要工业用户提供类似的路线图，以便他们可以建立生产以满足需求。 “双方以及监管机构、政策制定者和所有其他利益相关者都需要协调和合作，”Bsibsi 说。氢具有商业意义当然，如果氢没有商业意义，公司就不会有如此高的增长预期。事实上，在调查受访者中，认为它代表着有利可图的商业机会是氢经济参与者的最大驱动力，尤其是投资者、生产商和分销商。然而，在我们研究的关键驱动因素中，盈利能力紧随其后的是可持续性因素。需要替换业务中碳密集型部分，以及对需要为净零能源系统做出贡献的道德信念，在我们的氢驱动因素列表中并列第二。事实上，大多数受访者认为氢对于应对气候变化至关重要：•84% 的人认为氢有潜力成为全球低碳能源系统的主要组成部分。•73% 的人表示，如果没有大规模的氢经济，巴黎协议的目标将无法实现。•74% 的人表示，无论经济上是否可行，到 2050 年没有氢就无法实现零碳经济。在这种情况下，如何衡量氢项目的环境影响对于评估其实际影响至关重要。“当我们采用氢气时，我们需要从整个生命周期的角度来看，考虑到总的碳足迹，涵盖所有因素，而不仅仅是在使用时考虑氢。”桑杰 C 库坦博士，新加坡海事研究所执行董事。“这种分析很重要，因为在过去，人们倾向于使用最窄的界限来证明我们为什么做这样或那样的事情，我认为这就是为什么我们发展了一个不可持续的世界的部分原因”，博士说新加坡海事研究所执行董事 Sanjay C Kuttan。氢能过去曾有过一些虚假的曙光，但从来没有像当前的投资、政府支持和行业承诺这样的水平。所有这些对于满足受访者对氢的巨大期望都至关重要——无论是提高净利润还是实现净零。 寄予厚望迎接氢经济的挑战9氢：相似但不同氢因其独特的特性而具有迷人的前景。从技术上讲，它不是燃料，即使它可以用作燃料。与电力一样，氢是一种能量载体——而且，就像电力一样，它可以用来为电池（由燃料电池组成）“充电”。但它也是爆炸性的。燃烧时会产生热量。它可以保存在罐中，通过管道移动，并无限期地储存。在这些方面，它更像是化石燃料。氢