2023氢能：炒作、希望还是努力？

澳大利亚格拉坦研究所支持 格瑞坦研究所报告第2023-13号，2023年12月 创始人成员（2009年） 捐赠支持者迈耶基金会 澳洲国民银行 斯坎隆基金会 苏珊·麦金农基金会 本报告由Tony Wood、Alison Reeve和Richard Yan撰写。TarunChowdhary、Bronwyn See和Christina Grant对早期研究做出了贡献。 我们感谢Grattan Institute能源与气候变化项目参考组成员的宝贵意见，以及众多政府、行业参与者和官员的反馈。 附属合作伙伴Origin Energy FoundationScanlon Foundation SusanMcKinnon Foundation Third Link Growth Fund 本报告中的观点为作者个人观点，并不一定代表Grattan Institute的创始成员、附属机构、个别董事会成员、参考小组成员或审稿人的观点。作者对任何错误或遗漏承担责任。 高级合作伙伴Cuffe Family Foundation 澳大利亚格拉坦研究所是一个专注于澳大利亚公共政策的独立智库。我们的工作独立、实用、严谨。我们旨在通过接触决策者以及更广泛的社区来改善政策。 Medibank Private Trawalla Foundation Wesfarmers 我们承认并庆祝我们在此相遇和工作的地方属于原住民，他们的文化是人类历史上最古老的之一。 代理 Allens Ashurst Boston Consulting Group Maddocks McKinsey & CompanyPEXA Urbis Westpac 关于Grattan的项目信息，或要加入我们的通讯名单，请访问：www.grattan.edu.au您可以通过此处捐赠以支持未来的Grattan报告：www.grattan.edu.au/donate. 本报告可引用为：Wood, T., Reeve, A., 和 Yan, R. (2023).氢：炒作、希望还是辛勤工作？. 格拉坦研究所 ISBN: 978-0-6457978-5-5 所有由Grattan Institute出版或创作的材料均受Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License许可。 概述 氢能有助于澳大利亚实现减排目标，并支撑经济增长机会。然而，迄今为止，政府似乎更关注炒作澳大利亚氢能前景和寄希望于最好的结果，而不是付出艰苦努力以建立综合性的行业政策，为比例适当、目标明确和及时的支持提供保障。 排放。但在安全保护措施当前设置下，这个价格可能不足以在2040年之前缩小成本差距。 第三点是支持这些商品的“绿色”版本。最佳支持将是一个从联邦政府的氢能启动计划演变而来的行业政策，并使用差价合约——旨在通过承担部分生产额外成本的合约——来帮助行业发展。 抓住氢能机遇的最好方式是关于其工业应用的策略选择，这可以发挥澳大利亚在可再生能源资源和矿产资源方面的比较优势，并建立在现有的出口产业之上。 本程序应扩展，成为全面澳大利亚绿色产业政策的一部分。它还应支持使用氢以外的技术进行绿色商品生产。 氢气最有前景的用途在于氨、氧化铝和铁的生产。这些应用可以在规模上高效且经济地使用氢气，从而支持一个不需要补贴的可行、长期氢气行业。 政府每年的成本可能介于6亿美元至20亿美元之间。奖励将包括从国内生产绿色氨、氧化铝和铁以及出口行业中减少排放，以及这三种商品都拥有强劲未来的出口产业。 但在这每一种情况下，氢仍然面临着“绿色溢价”——即使用氢进行零排放生产的成本与传统生产的成本之间的差距。 氢气的其他用途，其中机遇不太确定，往往具有复杂的供应链物流或面临竞争技术，或者两者兼具。这些用途应通过消除氢气和竞争技术障碍的政策来得到支持。 三项措施可以缩小这个差距。首先是更便宜的电力。氢成本受到电力成本的影响，并且每个氢生产商都需要了解其具体的电力供应链，包括可能与澳大利亚可再生能源传输电网开发相关的潜在环节。 现在是认真对待氢能的时候了。本报告中推荐的改革将为澳大利亚提供最佳机会，建立一个可行的氢能产业，该产业将利用我们的比较优势，与我们的财政能力相称，并且不会导致低效的补贴和贸易扭曲。 第二点是更高的碳价格。重工业受到保护机制的保护，该机制通过设定碳价格来推动减排。 建议 各州政府应协调并安排主要建设项目，以避免劳动力、材料和设备约束。 设定一个明确的目标，以开发一个能够为澳大利亚工业提供可靠且低成本氢气的氢能产业，使其在最能增加经济价值的领域发挥最大作用。 合理运用碳定价机制 首先关注生产绿色氨、绿色氧化铝和绿色铁，因为这三种绿色氢的应用前景最为广阔。 2026-27年的安全机制审查应考虑如何通过更陡的基准下降、更高的价格上限和更低的门槛来降低绿色溢价。∙ 使用中性合约差价来关闭绿色溢价差距。 碳泄漏审查应考虑碳边界调整机制（CBAM）在发展可行的绿色商品生产中可能发挥的作用。 将氢能先发计划转化为差异合约计划，以支持澳大利亚绿色商品生产的增长。每年进行为期10年的逆向拍卖。 消除其他领域使用氢的障碍 利用全行业政策鼓励工业热能、可持续航空燃料、甲醇、备用电力发电和长途公路货运的脱碳。 提供廉价、环保、可靠的电力 将绿色氢的生产和使用更加充分地纳入电力系统规划，包括氢作为电力网备用电源的角色。 排除政府对看似不太可能证明可行用途的进一步投资 不要进一步投资于家用和商业建筑、轻型汽车和石油精炼的氢能源。 持续降低澳大利亚可再生能源的成本，通过新的可再生能源发电、储能和传输。 目录表 概览……………3 建议……………41 氢的重要性………62 氢的成功需要政策支持………103 评估机遇………154 从氨、氧化铝和铁开始………215 政府应该做什么………336 氢的其他潜在用途………46A 氢的用途………54B 情景假设………59 1 为什么氢能重要 氢分子是一种可以帮助世界实现脱碳的分子。它是一种轻质、能量密度高（按重量计算）的分子，可以无排放地生产和使用。与传统燃料一样，它可以储存和运输，以便在另一个时间和地点使用。它也是重要化学品不可或缺的组成部分，包括帮助养活世界的氮肥。 常常，通过电气化实现脱碳的成本比使用氢 cheaper than using hydrogen，对于几个原因： 氢基过程通常涉及链中多个能量转换步骤。转换过程中的能量损失意味着氢基过程将效率较低，因此成本更高。 这些优势必须与当前氢生产和供应的高成本相对比。氢能应当在技术和经济意义上最具意义的领域使用。这些用途可能比预期中更少。 绿色氢的生产需要可再生能源电力作为输入。在许多情况下，考虑到能源转换的损失，直接使用可再生能源电力可能更为合理。 在全球去碳化的进程中，氢能将扮演重要角色，澳大利亚氢能在其中可能发挥超出其规模的作用。澳大利亚拥有显著的、但尚未充分利用的清洁能源比较优势——也就是说，我们拥有比许多其他国家更大的可再生能源资源，但国内需求却较小。我们丰富的矿产资源以及靠近大型亚洲市场也是重要因素。在未来的去碳化世界经济中，一些能源密集型过程可能会转移到澳大利亚，而氢能将是这些机会的关键。 电力可以利用现有的重要基础设施，即电网，通过扩大规模来满足未来的需求。氢能通常需要全新的专门基础设施。 可再生能源技术通过研究、开发和部署变得更为经济，而低排放氢能生产技术则刚刚开始这一进程。 鉴于这些现实情况，最佳的脱碳决策通常将是“尽可能电气化一切，无法电气化时使用氢能”。 氢能最初的炒作正在逐步转变为现实。自2019年澳大利亚首次发布国家氢能战略以来，人们对于氢能在脱碳中可能扮演的角色有了更深入的理解。 但是很可能会在实现某些活动的脱碳中发挥作用，因为： ∙氢作为一种分子或原料在部分工业过程中是必需的。在这些情况下，没有替代品。 1.1 氢是脱碳工具套件中的一个工具 氢及其衍生物的技术和经济特征之间的相互作用将决定其在未来脱碳经济中所扮演的角色（见下一页的框1）。 氢能可能能在某些应用中替代化石燃料，以比电力更低的成本实现高温工业热能。 箱1：什么是氢？ – 燃烧以产生用于生产的热量 氢是周期表中质量最轻的元素。与天然气、汽油和柴油等化石燃料相比，它的单位重量能量密度更高，但单位体积的能量密度则较低。燃烧氢气会以热能的形式释放能量，而仅留下水作为副产品。 - 通过蒸汽轮机燃烧以发电； 用于氢燃料电池发电 2022年，全球生产了约9500万吨（Mt）的氢气——几乎全部采用碳排放的生产工艺，以天然气和煤炭作为原料——导致超过9亿吨CO -e（二氧化碳当量）的排放。一个澳大利亚生产2 –与其它元素结合以生产化学品，如氨和甲醇。这些化学品随后可作为燃料燃烧； –与碳合成以生成合成烃（例如，用作喷气燃料的煤油）。 关于每年约0.5百万吨的氢气，使用天然气生产，产生约5百万吨二氧化碳当量排放。b2 关于这些氢能应用案例的更多信息，请参阅附录A。 氢气目前用于生产氨（用于肥料和商业炸药）、甲醇以及其他化学品；以及为运输燃料精炼原油。 目前，生产氢气最常用的方法是以天然气为原料，这个过程会产生二氧化碳排放。2 氢气可以通过两种方式为脱碳做出贡献： – 这通常被称为“灰氢”。通过捕获和储存二氧化碳（碳捕集与封存技术，CCS），可以生产低排放的氢——这通常被称为2 脱碳化用于其当前用途的氢气生产。 被称为“蓝色氢”- 但此过程并未得到广泛应用。可以通过电解生产零排放的氢气，使用水和100％可再生能源电力——这通常被称为“绿色氢”。 a. IEA (2023a, 第13页)。b. DCCEEW (2023a).利用零排放的氢来替代其他能源密集型过程中的化石燃料。氢气可以是： 氢能在某些交通应用中可能以成本效益的方式替代化石燃料，并作为一种储存能量的方式来平衡拥有高比例可变可再生能源发电的电网。 因可替代氢基工艺的工艺过程而产生的排放量，占澳大利亚排放量的百分比 氢及其衍生物是传输能量的方式。在能源供应严重失衡的情况下，对于国家来说，使用氢作为载体进行能源交易可能具有经济合理性。 1.2 氢能有助于澳大利亚实现碳中和 澳大利亚根据2015年《巴黎协定》承诺到2050年实现净零碳排放，将需要在所有对我国国内排放量有贡献的各个领域采取广泛的行动。 使用氢能的零排放工艺将在澳大利亚的脱碳过程中发挥作用。我们估计氢能可能帮助澳大利亚减排高达8.6%（见图1.1）。 1.3 氢能将有助于世界实现碳减排，澳大利亚可以发挥超出其规模的作用。 附注：所有数字均为2020年或2019-20年度的数据，除非涉及石油炼制，其数据为2022年度。这是对最大范围内1类国内排放量削减的场景分析，即如果所有技术上可以用零排放氢基流程替代的碳排放流程都被替换（详见附录A）。海上运输和航空使用的国内海洋和航空排放量总和。流程分类是根据其是否可能需要绿色氢气来实现去碳化。某些小规模用途因空间限制被省略。这并非预测采用零排放氢基流程所能实现的减少量。 澳大利亚在脱碳世界中占据有利位置，未来可能举办更多能源密集型经济活动，因为我们拥有显著但潜在的清洁能源比较优势。这些优势包括： 比许多其他国家可再生能源资源与国内需求的比率更高；1 来源：ABS（2020年）分析，水泥工业协会（2023年），DCCEEW（2023a），DCCEEW（2023b），DCCEEW（2023c），DCCEEW（2023d），德勤和ARENA（2022年），国际铝业协会（2023年），Kildahl等人（2023年），McConnell等人（2023年），落基山研究所（2020年），Pardo和Moya（2013年），美国地质调查局（2022年），VDZ（2021年，第11页），以