降低低碳氢气投资和运营成本

减少低碳氢气投资和运营成本大规模采用的先决条件 执行摘要低碳氢1 根据国际能源署 (IEA) 的数据, 在 2023 年, 只有 4% 的项目进入最终投资决策 (FID) 阶段。正是期望和切实结果之间的这种明显差异导致我们更深入地挖掘和委托这份报告。与 EIT IoEergy 一起，我们的目标是发现阻碍低碳氢成本降低和大规模采用的障碍。在我们广泛的研究中，我们调查了 2023 年 11 月至 2024 年 2 月期间氢气行业近 120 家公司和组织的专业人士。这些组织位于 ： 法国 （ 62 ％ ），德国 （ 6 ％ ），欧洲其他地区 （ 20 ％ ），北美 （ 4 ％ ），亚洲 （ 3 ％ ），非洲和中东 （ 5 ％ ） 。1| 与其他来源生产的氢相比 ， 低碳氢仍然过于昂贵且缺乏竞争力调查参与者普遍认为，到 2030 年，价格将降至 7 欧元 / 千克以下，而未减少的氢气价格在 1.5 欧元 / 千克至 3 欧元 / 千克之间。但是，受访者不同意最终数字。目前，没有共同的愿景和许多真正的不确定性，估计与几年前的预测相去甚远，当时的共识是可再生氢气生产成本将降至 3 欧元 / 千克以下。现在，大约 21 ％ 的受访者认为价格在 3 欧元至 4 欧元 / 公斤之间，而 19 ％ 的受访者预测在 4 欧元至 5 欧元 / 公斤之间。2| 主要玩家在发展中遇到了很大的困难价格竞争的低碳氢项目首先，57% 的受访者认为电价是一个主要困难。这并不令人惊讶，因为电解的电力成本约占氢 （ LCOH ） 的水平成本的 45 ％ 至 60 ％ 。其次，对 41% 的受访者来说，需求不足仍然是一个大问题，碳价格 (36%) 在全球范围内仍然太低 (36%) 。此外，38% 的人提到公众对产品的支持不足是一个痛点。第三，48% 的受访者强调设备成本是一个紧迫的问题。这些是 CAPEX 中第二重要的成本因素，约占 LCOH 的 35 ％ （ 取决于电力成本 ） 。相比之下 ， 缺乏具有合适技能的员工并不被视为需要克服的巨大困难 ， 只有 19 ％ 的受访者同意这是一个问题。这种情绪似乎缓解了先前关于该行业工作的假设的紧张关系。3| 受访者强调 ， 监管和立法环境对于在未来几年提高氢气竞争力至关重要根据 64% 的受访者的说法 ， 公共支持是推动传统应用需求的关键。当涉及到未来大规模开展氢项目时 ， 补偿合同被视为 51% 的受访者必不可少。尽管公共援助的分配仍然缓慢- 特别是在拥有 IPCEI 的欧盟。然而，在全球范围内，随着几次拍卖和差价合约 （ CFDs ） 的推出，它开始被更多地考虑。例如，欧洲氢银行于 2023 年 11 月启动了价值 8 亿欧元的首次拍卖，收到了来自 17 个欧洲国家的 132 个投标。气候行动总干事 Krt Vadeberghe 说，这些数字证明了 “热情的市场 ” 。61 ％ 的受访专家认为增加二氧化碳税至关重要 ， 而 51 ％ 的专家认为市场电力改革将制定更多的购电协议 （ PPA ）2是至关重要的。4| 除了外部杠杆之外 ， 还有几个内部杠杆可以减少2 3低碳氢成本毫不奇怪 ， 关于降低氢成本结构 ， 通过有效的长期电力购买策略 （ 例如 ， PPA 合同 ， 可再生 / 低碳电力来源的多样化以增加电解器负荷系数 ） 来降低电力成本。大约 74 ％ 的受访者同意这一点。降低设备成本的能力排在第二位 （ 68 ％ ） 。在确保具有竞争力的设备价格和可靠性的同时 ， 排名第三 ， 有 36 ％ 的接受调查的专家认为这些是未来几年大规模执行氢项目的关键因素。有趣的是 ， 降低财务成本并没有被视为一个巨大的潜在杠杆 - 尽管目前的高利率环境 （ 只有 26 ％ 的受访者对此表示赞同 ） 。但是根据经合组织的数据 ， 在 2023 年3， 氢项目的加权平均资本成本 (WACC 或资本成本) 一直在 6.4% 至 24% 之间。随着市场变得更加成熟，可负担债务的广泛可用性将在执行资本密集型低碳氢项目中发挥关键作用。如果贷方可以预见长期稳定且可靠的现金流，则确保大量债务融资将是可行的。5数字还没有被视为降低氢成本和大规模实施项目的关键推动者 ， 但它具有巨大的潜力74% 的受访者认为数字化对氢气管理系统非常有用，而 48% 的受访者指出其在系统设计和成本估算方面的潜力。40 ％ 的人赞扬了 Digital 提高卓越运营的能力，49 ％ 的人提到了其可追溯性。但是，在执行项目时，数字解决方案的存在以及数字服务的集成在项目中仅占 1 ％ 。从设备和系统设计到运营项目阶段，数字化具有巨大的潜力。在设计阶段，数字技术可以提高电解效率，氢气生产的灵活性，并实现更准确的尺寸。数字化还可以实现自动化、虚拟调试和流动仿真，以降低氢气生产的制造和调试成本。此外，数字解决方案有可能通过自动化制造、整体工厂运行和编程约束研究、决策支持工具、电解槽灵活性和寿命模拟来降低 OPEX 。6| 创新是一种被低估的杠杆 ， 需要激活以产生改变游戏规则的影响36 ％ 的受访者认为创新将对降低氢气价格做出最大贡献。高温电解是一项非常有前途的创新，能够使用较低等级的工业热。53% 的受访者表示，未来几年，电解槽将在整个价值链中发挥关键作用。其他低碳生产技术 （ 包括地质制氢 ） 的发展正在考虑的程度较低。然而，32% 的受访专家表示，他们对可能有助于更好地部署氢气的创新持开放态度。此外 ， 49% 的受访者表示 ， 通过数字解决方案进行氢气认证也有助于促进市场发展。事实上 ， 可追溯性是有效识别每个氢分子碳含量、保证来源和推动该解决方案采用增加的关键。1.欧盟委员会将低碳氢定义为来自化石天然气生命周期排放的 70 ％ 以下的不可再生资源。为简化起见 ， 我们将可再生氢包括在低碳氢定义中。2.购电协议是买方同意在很长一段时间内以预定价格从生产者购买电力的合同。3.Lee ， M. et D. Saygin ， 2023 ， “融资成本对新兴和发展中经济体绿色氢成本竞争力的影响 ” ， 经合组织环境工作文件 ， 第 227 期 ， OCDE3 4Introduction无论来源是什么 ， 9000 万吨低碳氢4 到 2030 年将足以维持世界将变暖限制在工业化前水平 1.5 ° 的说法。但这真的合理吗 ？ 从表面上看 ， 似乎是这样。毕竟 ， 2030 年的 1.5 亿吨将比目前七年内的 9500 万吨年需求增加 50 ％ 。这只需要 6 ％ 的复合年增长率。但这一目标可能难以实现。其中一个主要原因是 ， 如今 ， 低碳氢没有竞争力 ， 甚至比以前预测的更具竞争力。经过一段时间对该行业的极大热情，2023 年出现了一个气穴。例如，在法国，2023 年只安装了 17MW 的电解槽容量，只有 300MW 的项目得到了财务确认，相当于 2030 年 6.5 GW 目标的 5% 。很少有项目处于投资阶段，根据 IEA 的数据，只有 4% 的项目进入了 FID 阶段。与基于碳的氢相比 ， 低碳氢仍然过于昂贵且缺乏竞争力。造成这种情况的原因有几个 ： 难以获得有竞争力的低碳电力供应 ， 利率上升以及寻找合作伙伴的困难 - 特别是 EPC 合作伙伴。那么 ， 可以做些什么来降低氢的成本 ， 使其成为能源转型的真正载体 ？虽然已经使用了几种杠杆来降低投资和使用低碳氢的成本，但许多杠杆仍然可以被整个价值链中的参与者 （ 特别是设备开发商和生产商 ） 动员起来。这些杠杆包括 ： 数字，金融工程，脱碳购电策略和合作伙伴关系等。为了评估参与者动员他们的能力和困难，我们调查了来自全球氢行业的近 120 家公司。应该指出的是 ， 这项分析和调查是在整个西方市场进行的。我们提供了彻底的评估 ， 并对可用于降低低碳氢成本的可能杠杆进行了深入的探讨。4.欧盟委员会将氢定义为低碳 ， 如果它在整个生命周期内产生的温室气体排放量比化石天然气少至少 70 ％ 。 5500400早期阶段300200 可行性研究100操作 / FID0项目状态 2030来源 ： 氢能评论 2023 ， IEA低碳氢仍然太贵与产生的氢气相比 ， 缺乏竞争力从其他来源经过一段时间对该行业的极大热情 ， 2023 年出现了一些停滞。根据 IEA 的数据 ， 在 2023 年 ， 只有 4 ％ 的项目进入了最终投资决策 （ FID ） 阶段。此外 ， 低碳氢量预测下降。图 1 ： 基于已宣布项目的 2030 年电解产能IEA 的 2021 年 10 月到 2050 年的净零路线图包含到 2030 年的 2.12 亿吨氢气 （ 其中 1.5 亿吨必须是低碳的 ） 。该路线图的 2023 年更新使 IEA 将总数减少到 1.5 亿吨 ， 并将低碳数字降至 7000 万吨。这种情况使人们质疑氢在我们经济脱碳中的作用。这也导致了对氢的相关应用的更深入的评估 (那里几乎没有替代品 ， 而且它可能更具竞争力) 。1电解容量 (GW) 图 2 ： 氢气的优先应用没有其他相关的脱碳替代方案其他相关脱碳替代方案集中化应用程序氢市场参与者普遍认为价格将降至 7 欧元 / 公斤以下 ， 但这里没有真正的共识 ， 这导致了总体上的不确定性。这个数字与之前的预测相去甚远 ， 到 2030 年 ， 生产价格预计将低于 2 - 3 欧元 / 公斤。 IEA 在其 2023 年《全球氢气评论》中仍然坚持认为 ， 到 2030 年 ， 欧洲的低碳氢可以以 1.60 欧元 / 公斤的价格生产。根据世界氢理事会的数据 ， 尽管市场在 2021 年至 2023 年之间的氢生产成本增加了 30 - 65 ％ 。目前 ， 没有共同的愿景和许多真正的不确定性 ，估计与几年前的预测相去甚远 ， 当时的共识是可再生氢气的生产成本将降至 3 欧元 / 公斤以下。现在 ， 大约 21 ％ 的受访者认为价格在 3 欧元至 4 欧元 / 公斤之间 ， 而 19 ％ 的受访者预测在 4 欧元至 5 欧元 / 公斤之间。6中等优先级高优先级化学品 &重新 fi neriesSteel肥料长途卡车国际航运专用车辆能源系统平衡轮渡短途航空长途航空区域卡车渔船火车高温长期储能城市流动性短期储能能源机动性重工业住宅供暖 7高达 30 - 65%20212030 年的价格预测图 3 ： 2030 年氢气生产成本增加和价格预测氢增加生产成本2023来源 ： 世界氢理事会 ， 《氢见解》 ， 2023 年2030 年的价格预测低碳氢 < 2 €/ kg 2 欧元至 3 欧元 / 公斤 3 欧元至 4 欧元 / 公斤 4 欧元至 5 欧元 / 公斤 每公斤 5 欧元至 6 欧元之间 每公斤 6 欧元至 7 欧元之间 > 7 €/ kg资料来源 ： 凯捷调查 ， 2024 年这种不确定性剥夺了主要市场参与者围绕低碳氢解决方案构建商业计划和开发具有价格竞争力的项目的共同参考点。事实上 ， 氢的成本结构是不平衡的 ， 很大程度上取决于低碳电力的成本。在较小程度上 ， CAPEX 仍然对成本结构有很大影响。影响 LCOH 的其他因素包括规模、负荷系数和加权平均资本成本 （ WACC ） 。 8H2 生产H2 压缩H2 公路运输H2 分布eFuels 合成利润率和增值税Figure 4: a. Presentation of modulated hydrogen use casesPrice用例场景价值链中选定的砖块图 4 ： b. 主要假设* 没有氢和碳供应* * 2024 年欧盟 ETS 平均价格1氢气用于道路移动11.21€/ kgH25 个道路加油站供氢 (各 1tH2 / d):1 800tH2/ year2工业用氢气8.68€/ kgH2工业现场的氢气供应 ：5 000tH2/ year3海运用 E - 甲醇1582€/ teMeOH海运需求的 E - 甲醇供应 ：40kteMeOH/ year4用于化学品的 E - 氨1487€/ tNH3E - 甲醇供应化工行业需求 ：80ktNH3/