2022年能源转型展望系列报告之一：2050氢能展望报告

2050氢能展望报告2022年能源转型展望系列报告之一 2目录 前言 3 概要 41 简介 8 1.1 氢的特性 9 1. 2 当今氢的工业用途和抱负 12 1.3 氢的价值链 15 1.4 安 全 、风 险 和 危 害 20 1.5 氢的投资风险 262 氢政策和战略 30 2.1 政策和氢转型 30 2.2 政策和监管形势 34 2.3 区域氢能政策制定 37 2.4 本氢能预测报告中的政策因素 463 氢的生产 48 3.1 制氢方法 48 3.2 化石燃料制氢：甲烷重整制氢和煤气化制氢 50 3.3 电力制氢：电解制氢 524 氢的储存和运输 56 4 .1 氢的运输和储存方法 56 4.2 储存 58 4.3 运输系统 61 4.4 输配管道 65 4.5 氢的船运 665 氢：供 需预 测 70 5 .1 氢的生产 73 5.2 氢作为原料 78 5.3 氢作为能源 816 贸易基础设施 92 6 .1 跨区域海上运输 93 6.2 管道运输 94 参考资料 96DNV — 2050氢能展望报告 3欢迎参阅DNV对2050年能源转型中氢能的首份独立预测报告。尽管有雄心勃勃的声明显示氢在能源转型中可能发挥的重要作用，但目前生产的低碳和可再生氢的数量几乎可以忽略不计。这当然会改变。但关键问题是，何时改变以及改变多少？我 们 发 现，到2050年，氢能可能仅满足全球能源需求的5%，比净零路径中应有的份额少三分之二。显然，全球需要更强有力的政策将氢能推向满足《巴黎协定》所需的水平。在这里，参考欧洲的扶持政策是有指导意义的：到2050年，氢 可 能占 能 源 结 构 的11%。全球能源需求的5%意味着超过2亿吨氢转化为能源载体，这仍然是一个巨大的数字。其中五分之一是氨，另外五分之一包括e-燃 料，如e-甲醇和清洁航空燃料，其余为纯氢。氢是宇宙中最富含的元素，但我们只能在化石燃料、气体和水等化合物中制取。释放这些氢分子需要大量的能源—通过对天然气进行蒸汽甲烷重整加以CCS以“ 蓝氢”形式制取，或者通过电解从水和可再生电力中以“绿氢”形式制取。到2050年，超 过70%的氢将以绿氢方式制取。由于制造绿氢过程中会有能量损失，理想情况下，应首先利用可再生能源在电力结构中替代煤炭，并在一定程度上替代天然气。在实践中，会有一些重叠，因为氢是可变可再生能源的一种重要储存形式。但不可否认，风能和太阳能光伏是绿色氢能的先决条件；我们的雄心越大，这些资源的用途就越大。与直接电气化相比，氢能价格高昂且效率低下。在很多方面，应 该 考 虑 作 为 最 后 的 低 碳 能 源 。但 是 ，氢 能 又 是 迫切需要的。在那些难以或不可能电气化的领域，如航空、航运和高温工艺流程，尤其需要氢能。在某些国家，如英国，氢在某种程度上可以通过现有的天然气配送网络以低于转换为电力的批发成本交付给最终用户使用。前言前言Remi Eriksen集团总裁兼首席执行官DNV由于氢对脱碳至关重要，因此安全不能成为其致命弱点。DNV在这方面处于领先地位：氢设施可以设计成与广泛接受的天然气设施一样安全或更好。这意味着必须在氢能生产和配送系统中设计安全措施，且必须在其整个生命周期内正确运行和维护。同样的方法必须扩展到作为氢载体的氨，它将被大量用于航运的脱碳目标。就这一方面而言，其毒性是一个重点关注问题，必须进行相应的管理。对启动和扩大氢能规模的技术和政策进行分析，然后模拟氢如何与其他能源载体竞争并非易事。正如我们在本报告中解释的那样，将会有许多氢价值链 ，不仅 在 成 本 方 面 进 行 竞 争，而 且在 时 间 、地 理 、排放强度、风险接受标准、纯度和最终用途的适应性方面进行竞争。对于我的同事们为向您提供这一重要预测报告所做的工作，我深表骄傲，并一如既往地期待您的反馈。 4概要图示1用于能源目的的氢及其衍生物生产的全球年平均支出额不包括与非能源原料使用相关的支出单位：十亿USD/年图示2按生产路线分列的用于能源目的的氢及其衍生物的全球产量专用可再生电解 基于化石能源并采用CCS并网电解单位：吨H2/年DNV — 2050氢能展望报告预测• 可再生和低碳氢对于实现《巴黎协定》中难以减排行业的脱碳目标至关重要。为了实现目标，到本世纪中 叶，氢能需要满足世界能源需求的15%左右。• 我们预测，与《巴黎协定》的要求相比，全球氢的应用规模非常低且较晚――到2030年达到全球最终能 源结构的0.5%，到2050年达到5%，尽管氢在世界一些地区的能源结构中所占的份额将是这些百分比 的两倍。• 从现在到2050年，全球生产能源用氢的支出将达到6.8万亿美元，另外180 0亿美元用于氢管道， 5300亿 美元用于建设和运营氨终端。 概要5• 到2050年，基于电网的电解成本将大幅下降，届时平均约为1.5美元/千克，在某些地区，专用可再生电解产生的绿氢及蓝氢也将达到这一成本水平。蓝氢的全球平均价格将从2030年的2.5美元/千克降至2050年的 2.2美元/千克。在美国等能够获得廉价天然气的地区，成本已经达到2美元/千克。在全球范围内，绿氢将在未来十年内达到与蓝氢的成本平价。• 在大多数地区，绿氢将越来越多地成为最便宜的生产形式。到2050年，72%用作能源载体的氢及其衍生物将基于电力，28%的蓝氢来自使用CCS的 化 石 燃 料 ，低 于2030年的34%。一 些 天 然气价格 低 廉 的 地 区将 拥有更高的蓝氢份额。• 出于成本方面的考虑，全球超过50%的氢管道从天然气管道重新利用，在 某 些 地 区 高 达 80%，因 为重 新 利用管道的成本预计仅为新建工程成本的10 -35%。图示3氢气的平准化成本甲烷重整加CCS专用可再生电解基于电网的电解获得支持后的平准化生产成本单位：USD/kgH2加权世界平均值图示4全球氢能管网容量新建基于天然气管道重新利用包括运输、配送和交易管道。 以太瓦公里为单位的容量；峰值流量乘以管道长度的复合度量单位：TW-km 6图示6全球对氢及其衍生物作为能源载体的需求（按行业划分）运输 - NH3 和合成汽油运输 ‒ 氢气发电建筑制造其他能源使用所有非运输用途都是纯氢单位：涰♰ょ)2/年图示52050 年氢和氨的运输量海运区域间运输管道区域间运输区域内生产和消费区域间运输仅涵盖本报告中定义的 10 个区域之间的运输。 所有数字均以量表示：百万吨H2或百万吨NH3。 H2转化成氨的质量是H2质量的5.6倍。单位：百万吨/年• 氢将通过管道在国家内部和中等距离的国家之间进行运输，但不会在各大洲之间运输。氨更安全、更方便运输（例如通过船舶运输），到2050年，59%与能源相关的氨将在区域之间进行交易。• 氢的直接使用将由制造业主导，在高温工艺中取代煤炭和天然气。钢铁等行业也是2020年代后期最先开始氢应用的行业。• 氨 、甲 醇 和e-燃料等氢衍生物将在重型运输部门（航空、海运和部分卡车运输）的脱碳中发挥关键作用，但在2030年代后期，氢衍生物的应用才会规模化。• 我们预计小客车不会进行氢的应用，在发电领域仅会进行有限的应用。用于建筑物供暖的氢气，通常与天然气混合，在某些地区已进行早期应用，但不会在全球范围内扩大规模。概要DNV — 2050氢能展望报告 7洞见 • 氢需要大量宝贵的可再生能源或广泛的碳捕获和储存，应优先用于难以减排的行业。在其他领域，与直接使用电力相比，氢效率低下且成本高昂。• 作为工业原料（非能源）用于化肥和炼油厂的化石氢，可以立即被绿氢和蓝氢取代――这是各能源行业大规模燃料替换之前的重要需求来源。• 氢的安全性和氨的毒性是主要风险。公众认知风险和财务风险对于确保增加氢的应用规模也很重要。• 我们所预测的氢的低量且迟缓的应用表明，要使氢在净零排放的竞赛中发挥最佳作用，需要更强有力的政策，以更强效的指令需求面的措施给予生产商信心，以及更高的碳价格，来使氢的应用规模超越目前的预测。概要 8100多年来，氢作为化学原料在化肥生产和炼油厂中大量使用。然而，目前氢作为能源载体的使用是微不足道的。这是因为制氢本身要先脱碳（目前成本很高），才能在推