全球氢贸易实现 1.5 ° C 气候目标 ： 绿色氢成本和潜力

全球氢贸易满足 1.5 ° C 气候目标第三部分绿色氢气成本和潜力 © IRENA 2022除非另有说明 ， 否则本出版物中的材料可以自由使用 ， 共享 ， 复制 ， 复制 ， 印刷和 / 或存储 ， 前提是给出了 IRENA 作为来源和版权的适当确认持有人。本出版物中归属于第三方的材料可能受单独的使用条款和限制 ， 并且在使用此类第三方之前 ， 可能需要确保这些第三方的适当权限材料。ISBN ： 978 - 92 - 9260 - 432 - 5引文 ： IRENA (2022)实现 1.5 ° C 气候目标的全球氢贸易 ： 第三部分 - 绿色氢成本和电位国际可再生能源署 ， 阿布扎比。Acknowledgements本报告由 Jacopo de Maigret 、 Edoardo Gino Macchi (Fondazione Bruno Kessler) 和 Herib 撰写Blanco (IRENA) 在 Emanuele Taibi 和 Roland Roesch 的指导下提供技术支持卢卡 · 普拉蒂克 (Fondazione Bruno Kessler) 。该报告是在 Dolf Gielen (Director,IRENA 创新与技术中心) 。This report bened fi ted from input and review of the following experts. David Armaroli, Filippo Bartoloni, PaolaBrunetto, Ludovico Del Vecchio, Lodovico Della Chiesa d 'Isasca, Matteo Moraschi, Michele Scaramuzzi, IreneVaroli 和 Marco Zampini （ Enel ） ； 卡洛 · 那不勒斯 （ Enel 基金会 ） ， 洛朗 · 安东尼 （ 法国替代能源和原子能委员会 ） ， 格鲁吉亚 · 卡库拉基 （ 联合研究中心 ） ， 比拉尔 · 侯赛因和保罗 · 科莫尔（ IRENA ） ， 布兰登 · 麦肯纳 （ 马尔斯克 · 麦克 - 金尼 · 莫勒零碳运输中心 ） 。该报告由 Erin Crum 编辑。在线报告 ：www. irena. org / publications对于问题或提供反馈 ：出版物 @ irena. orgIRENA 感谢 Enel 基金会和 Bruno Kessler 基金会在制作本出版物。IRENA 感谢日本经济 ， 贸易和工业部 （ METI ） 在生产方面的支持本出版物。免责声明本出版物和此处的材料按 “原样 ” 提供。 IRENA 已采取所有合理的预防措施来验证本出版物中材料的可靠性。然而 ， IRENA 或其任何 OCIs 、代理、数据或其他第三方内容提供商提供任何形式的明示或暗示的保证 ， 他们不承担任何责任或义务使用本文的出版物或材料的任何后果。The information contained herein does not necessary represent the views of all Members of IRENA. The mention of specific fi c公司或某些项目或产品并不意味着它们得到 IRENA 的认可或推荐未提及的其他类似性质。此处采用的名称和材料的表示不暗示 IRENA 对任何地区、国家、领土、城市或地区或其当局 ， 或关于边界或边界的划定。 3全球氢贸易将达到 1.5 ° C 气候目标 ：第三部分绿色氢成本和潜力TABLE OF CONTENTS缩写569执行摘要本报告的内容和期望的内容1 介绍2 方法1215地理限制和排除标准技术经济假设17193 全球氢气的水平成本可再生能源和电解槽的最佳组合全球 LCOH 地图和潜力242531参考文献41 4Figures图 0.1 。2050 年绿色氢的全球供应成本曲线乐观假设79图 0.2.本报告系列在 IRENA 出版物的更广泛背景下的范围图 1.1.可再生能源潜力的类型和适用的限制13图 2.1.某些国家的土地类型分布和可变可再生能源的适宜性 18图 2.2.由于土地原因 ， 不包括陆上风电 （ 左 ） 和公用事业规模光伏 （ 右 ） 的土地百分比排除标准1921图 2.3.可实现的满负荷小时数取决于北部海岸风力部署的面积海 （ 以及以太瓦时为单位的预期产量 ）图 2.4.到 2050 年可再生技术的资本成本趋势乐观假设和其他研究的基准2223图 2.5.按技术和场景划分的 WACC 范围图 3.1.太阳能和风力产生的氢气的均衡成本与年容量系数和最佳比例262729图 3.2.智利 ， 德国和沙特阿拉伯的陆上风能潜力按资源质量划分的差异（ 单位 ： GW ）图 3.3.LCOH 与可再生电解槽容量之间的关系2030 年和 2050 年的容量系数图 3.4.2050 年的最优混合动力系统配置 (点) 作为资本支出的函数德国 (绿线) 和澳大利亚 (蓝线) 的发电技术3031图 3.5.选定国家的可再生技术制氢细目图 3.6.低于 2 美元 / 千克的绿色氢供应的经济潜力比较2and到 2050 年预测氢需求 ， 以 EJ / 年为单位3233图 3.7.考虑到水资源短缺 ， 2030 年绿色氢的均衡成本全球地图图 3.8.绿色氢的潜在国内产量与预测的比率2050 年氢需求预测最高的国家的 2050 年氢需求343637图 3.9.2050 年部分非洲国家的绿色氢供应 - 成本曲线图 3.10.从供需分析得出的 2050 年氢气范围的均衡成本图 3.11.2050 年绿色氢的全球供应成本曲线乐观假设 38图 3.12.考虑到水资源短缺 ， 2050 年绿色氢的均衡成本全球地图图 3.13.水限制对现场生产绿色氢气的土地资格的影响3940TABLESTABLE 3.1.每种可再生技术的资源质量分类25BOXES方框 2.1.海上风电扩容对容量系数的影响非洲的绿色氢潜力2034方框 3.1. 5全球氢贸易将达到 1.5 ° C 气候目标 ：第三部分绿色氢成本和潜力缩写CAPEXCF资本支出容量因子ECMWFEJ欧洲中期天气预报中心exajouleFLOHG20满负荷运行小时数20 组GW吉瓦特HHVIRENAkgH2km2较高的热值国际可再生能源机构千克氢平方公里kW千瓦kWe千瓦电kWhLCOELCOHm3千瓦时均衡的电力成本氢的均衡成本立方米MENAMtH2MW中东和北非百万吨氢气兆瓦MWhOPEXPV兆瓦时业务支出光伏TWterawattUSDWACCUnited States dollars加权平均资本成本 6执行摘要氢是净零能量系统的重要组成部分。它提供了一种替代脱碳行业的方法电气化 ， 如重工业和长途运输。电解通过可再生能源生产的氢气 (绿色氢气) 是最可持续制氢技术。它允许部门耦合电力部门提供额外的 fi 灵活性来整合变量可再生能源 ， 它为季节性储存提供了一种替代方案能源和提供充足的能力。主要挑战之一与化石相比 ， 绿色氢今天面临的是更高的成本燃料和其他替代低碳技术。随着技术创新以提高性能 ， 部署以提高全球规模、更大的电解槽工厂和可再生能源的持续减少电力成本 ， 这是主要的成本驱动因素 ， 绿色氢有望在未来十年内达到与化石衍生氢的成本平价。本报告探讨了绿色氢的全球成本演变到 2030 年和 2050 年。为此 ， 使用地理空间方法因为可再生资源高度依赖于地理位置。世界以大约 1 平方公里的像素划分 （ km2) ， 以及可再生能源发电技术中的最优 fi 配置(太阳能光伏、陆上风能和陆上风能) 和电解槽是决心实现最低的生产成本。成本是基于基于专用 (o _ grid) 工厂的假设 ， 仅指没有氢运输到海岸线或潜在的生产消费网站。特定 fi c 国家或地区的潜力是基于可用的土地 ， 各种禁区应用包括保护区 ， 森林 ， 湿地 ， 城市中心 ，斜坡和缺水等。这允许估计生产成本和每个地区绿色氢的潜力。考虑到这些土地的绿色氢技术潜力可用性约束仍然是全球估计的近 20 倍2050 年的一次能源需求。然而 ， 绿色氢潜力不是单一的价值 ； 它是成本和可再生容量 (图 0.1) 。就生产成本而言 ， 这是直接取决于可再生投入的成本 (主要成本driver) 、电解槽和 WACC 。 2050 年 ， 近 14 太瓦太阳能光伏 （ TW ） ， 陆上风力 6 TW ， 电解 4 - 5 TW将需要实现净零排放能源系统。由于这些部署 ， 技术成本预计由于创新、规模经济而大幅下降和供应链的优化。在这个未来 ， 绿色氢产量可以达到几乎 0.65 美元 / 千克氢气的水平(千克高2) 中的最佳位置乐观场景。在更多 7全球氢贸易将达到 1.5 ° C 气候目标 ：第三部分绿色氢成本和潜力悲观技术成本较高的场景 ， 仍然是 2050 年生产成本最低的场景是 1.15 美元 / 千克高增加到 1.25 美元 / 千克高 ， 以满足每年 74 埃索焦耳 (EJ) 的需求。22虽然全球绿色氢潜力绰绰有余 ， 但也有一些特定的国家潜力受到限制 ， 国内生产可能不足以满足国内需求。由于其领土的性质 ， 日本和大韩民国最受限制的 ： 日本占国家总土地的 91 ％ 和大韩民国的 87 ％Total country land is excluded for hydrogen production. The Republic of Korea would need利用约三分之一的可再生潜力来满足国内能源需求在 2050 年。然而 ， 一旦考虑到电力消耗 ， 几乎没有剩下用于氢气生产。日本的技术潜力约为 380 千兆瓦 (GW)光伏和 180 吉瓦的陆上风电 ， 这将足以产生约 2000 万吨的氢 （ MtH ） 每年的氢低于 2.4 美元 / 公斤高。22资源相对较差 (大多数光伏低于 14% ， 低于 30%风) ， 这种潜力的大部分用于满足电力需求 ， 而不是氢气。其他需要相对较高的可再生潜力份额的国家满足其国内氢需求的是印度 (89% 的土地被排除在外主要是由于人口密度、农田、大草原和森林) ； 德国 (66% 主要排除在外按森林和农田划分) ； 意大利 (62% 的排除 ， 主要是因为坡度、人口密度和农田) ； 沙特阿拉伯 (94% 的排除主要是由于水分胁迫) 。图 0.1. 2050 年绿色氢的全球供应成本曲线乐观假设43.52050 年全球氢需求 ： 74 EJ32050 年全球主要能源供应 ： 614 EJ2.521.510.5002 0004 0006 0008 00010 000氢技术潜力 （ EJ / 年 ）阿根廷澳大利亚巴西加拿大中国中东和北非地区美国世界其他地区俄罗斯联邦沙特阿拉伯撒哈拉以南非洲注 ： MENA = 中东和北非。 2050 年资本支出的乐观假设如下 ： PV ，225 美元 / 千瓦 （ kW ） 至 455 美元 / 千瓦 ； 陆上风力 ， 700 美元 / 千瓦至 1 070 美元 / 千瓦 ； 陆上风力 ， 1 275 美元 / 千瓦to USD 1 745 / kW. WACC per 2020 values without technology risks across. Electroylyser CAPEX and e š ciencyset to USD 134 / kW and 87.5% (higher heat value [HHV]). Technical potential has been calculated based on lande考虑几个禁区 (保护区、森林、永久湿地、农田、城市地区、5% [PV] 和 20% [陆上风] 的坡度、人口密度和水胁迫) 。 8水被用作电解的输入 ， 它被认为是一种绿色制氢的关键参数。在水中 -稀缺地区 ，