新兴氢能技术和全球动力

Dan Millison 和 Kee - Yung Nam 亚行可持续发展工作文件系列 NO. 96 2024 年 9 月 亚行可持续发展系列工作文件 新兴氢能技术与全球势头 丹·米利森是能源部门办公室的顾问，支持亚洲开发银行（ADB）在能源领域和气候变化项目中的创新技术和商业模式相关计划。他拥有超过35年的专业经验，其中包括超过20年在清洁能源和气候融资方面的经验。 第 96 号 | 2024 年 9 月Dan Millison 和 Kee - Yung Nam 亚行可持续发展工作The纸张系列呈现来自持续研究的数据，以促进理念的交流并征求对亚洲及太平洋地区发展问题的意见和反馈。文中观点仅代表作者个人观点，并不一定反映亚洲开发银行（ADB）及其理事会或其所代表政府的立场和政策。 Nam Kee-Yung 是亚洲开发银行（ADB）部门集团（SG）能源部门小组（SG-ENE）的高级能源经济学家，负责构思亚银会的能源部门战略和政策的发展，并在能源部门贷款和非贷款项目的规划中提供建议。他还负责能源部门信托基金，并对清洁能源技术等关键能源部门问题进行分析和评估。 知识共享署名 3.0 IGO 许可证 (CC BY 3.0 IGO) © 2024 亚洲开发银行 ， 亚行大道 6 号 ， 曼达卢永市 ， 1550 年马尼拉 ， 菲律宾电话 + 63 2 8632 4444 ； 传真 + 63 28636 2444 www. adb. org 保留部分权利。出版于 2024 年。 本出版物的观点仅为作者个人观点，并不一定反映亚洲开发银行（亚银）或其董事会或其所代表政府的政策观点。 亚洲开发银行不对本出版物中包含的数据准确性承担责任，并不对这些数据使用所产生的任何后果负责。提及特定公司或制造商的产品不意味着这些公司或产品得到了亚洲开发银行的endorsement或推荐，也不意味着亚洲开发银行偏好未提及的类似性质的其他公司或产品。 在本文件中提及任何特定领土或地理区域的指定或参考，并不意味着亚行对任何领土或区域的法律或其他地位作出任何判断。 此出版物采用知识共享署名3.0国际政府组织许可协议（CC BY 3.0 IGO）https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/igo/。使用本出版物的内容，您同意受该许可协议条款的约束。关于引用、翻译、改编和许可，请阅读https://www.adb.org/terms-use#openaccess中的相关规定和使用条款。 本CC许可不适用于本出版物中非亚银版权的材料。如果材料来源于其他来源，请联系该来源的版权拥有者或出版商以获得复制许可。亚银不对您使用该材料而导致的任何索赔承担责任。 请就内容相关的问题或评论联系pubsmarketing@adb.org，或如果您希望获得超出这些条款的版权许可，或者获得使用ADB标志的许可，请联系pubsmarketing@adb.org。 The提供有关亚洲和太平洋地区发展问题的最新研究和调查的数据、信息和/or 研究发现，以促进思想交流并引发关于这些问题的评论和反馈。由于本系列的文章旨在快速轻松地传播，内容可能未经完全编辑，并且可能会在最终出版前进行修改。 亚行出版物的更正见 http: / / www. adb. org / publications / corrigenda 。 注：在本出版物中，“$”表示美国美元。亚行认可“文莱”为“文莱达鲁萨兰”，“中国”为“中华人民共和国”，“韩国”和“韩国人”为大韩民国及其居民。 CONTENTS 重量和措施 vii 摘要 viii I. 背景和背景 1 二、绿色氢价值链 2 A. 绿色氢的优势5B. 生产7C. 传输和分配12D. 储氢15E. 环境考虑20F. 最终用途 - 功绩顺序20 三、绿色氢气发展概况 26 A. 商业和商业运作26B. 标准和法规障碍27C. 培育行业增长的激励措施29 IV. 向绿色氢过渡的挑战 31 A. 生产成本和财务可行性31B. 条例和标准35C. 路线图和目标36 V. 发展中国家的机会 39 A. 国家能源转型路线图、战略和目标39B. 发展中成员国的机会概述40C. 未来的政策考虑44D. 氢气交易市场潜力45 VI. 前进的道路 48参考文献 53 表格和数字 TABLES 1 现有电解槽技术的特点82 优点订单和潜在的亚行支持243 显着的绿色氢发展274 监管和标准障碍285 技术和培训障碍286 欧洲和北美的氢激励措施307 亚洲和澳大利亚的氢激励措施30影响氢能项目财务可行性的 8 个关键技术因素329 影响财务可行性的关键政策和其他因素以及建议的行动34欧洲的 10 个氢目标和政府倡议37亚洲和澳大利亚的 11 个氢目标和政府倡议3812 ADB 截至 2023 年 5 月的氢活动49 Figures 1 氢价值链32 能源部门的全球二氧化碳排放量33 2020 - 2050 年电解槽装机容量44 氢气供应链55 氢循环6图 6 电解槽的简化概述77 俄罗斯入侵乌克兰前后欧洲的氢成本108 生产的成本因素和水平化成本11绿色制氢项目的 9 个关键要素1210 条用于分配天然气的聚乙烯管道1311 二苄基甲苯液态有机氢载体工艺1412 氢金属氢化物气瓶1513 液氢罐1614 盐穴实例1715 氨燃料拖拉机1716 个作为网格管理工具的电解槽1817 绿色氧气储存和使用 ， 增加氢气项目价值1918 绿色氢功绩令2119 氢炼钢2320 哈萨克斯坦太阳能 + 风能到氢的潜力4121 印度尼西亚 Tangguh 制氢方案4222 部分亚行的近海可再生能源对氢的潜力43发展中成员国 23 个海上可再生能源货币化与 “Power - to - X ” 商业模式4424 个氢走廊遍布各大洲4625 从非竞争性过渡到贸易中心4726 亚行 - ISA 框架 ， 评估国家采用氢气的生态系统准备情况50虚拟全球绿色氢卓越中心的 27 项服务51 ACKNOWLEDGMENTS 本论文受益于亚洲开发银行（ADB）同事们的输入、见解和反馈，包括同行评审人Kaoru Ogino和Pradeep Tharakan，能源部门（SG-ENE）。整体指导由能源高级总监Priyantha Wijayatunga提供，得到了高级经济学家Kee-Yung Nam和高级能源官员Charity Torregosa的支持。编辑团队包括Ma. Theresa Mercado担任副本编辑；版面设计由Asiatype, Inc.完成。 缩写 ADB–亚洲开发银行CHP–热电联产–二氧化碳CO CUF2–产能利用系数DMC–发展中成员国EU–欧洲联盟GHG–温室气体IEA–国际能源署ISA–国际自动化学会LNG–液化天然气LOHC–液体有机氢载体OTEC–海洋热能转换PEM–质子交换膜PRC–中华人民共和国SMR–蒸汽 - 甲烷重整US–美国 重量和措施 Btu–英国热量单位kg–千克km–公里MW–兆瓦MWh–兆瓦时e–二氧化碳吨当量tCO TWh2–太瓦时 摘要 这篇论文提供了对新兴氢能经济的概述，重点关注氢应用的优先顺序和可能得到亚洲开发银行（ADB）支持的潜在投资。本论文并非指导文件，也非设计手册，而是为全球背景、技术、成本以及ADB发展中成员国未来发展前景的基本信息提供参考。本文旨在帮助决策者导航绿色氢能价值链，并了解成功实施所需条件以及在能源转型中获得潜在收益所需的内容。 今天，大多数氢气是从天然气中生产的，每生产一吨氢气会排放约9吨二氧化碳。据估计，2021年氢气的温室气体（GHG）排放量约为（ CO 每年约占温室气体排放量的 1.8% 。约 9 亿吨 CO 2 2 绿色氢气是一种通过将可再生能源（电子）转换为水分解成氢离子（质子）和氧气来生产的可扩展且灵活的能源载体。它可以无限期地储存或转化为其他分子。产生的氧气副产品可以根据当地需求进入现有市场。氢衍生化学品（分子）可以像原油、天然气、精炼石油产品和其他化学品一样大批量运输。与化石燃料类似——这些化石燃料是由太阳能、生物质能、地热能和地质时间共同形成的——氢也是一种能量载体。具体来说，太阳能制氢模拟了自然过程生成化石燃料的方式，而绿色氢的潜在用途则类似于现有的全球碳氢化合物业务。间歇性太阳能和风能资源的可扩展性受限于将可再生能源输出与需求匹配的能力，而氢似乎是一种既能解决时间错配问题又能实现地理位置转移的可扩展解决方案。 一公斤氢气的能量相当于1加仑（3.94升）汽油。绿色氢气生产成本效益取决于电力输入成本、电解槽成本以及电解槽负载系数。绿色氢气生产在每公斤4美元的价格下可能已经具备商业可行性；尽管通常以每公斤2美元作为价格基准，但在许多国家，每公斤4美元的价格与汽油价格相当。间歇性可再生能源与“基荷”可再生能源的使用并不会决定绿色氢气生产的商业可行性。绿色氢气生产规模化的关键限制因素之一是关键金属的可用性，特别是用于电解槽中的铱和铂。 从政策角度来看，绿氢是一种能源密集型产品，并不是所有问题的解决方案。绿氢的发展必须放在可再生能源整体发展以及加速全球能源转型的大背景下进行考量。绿氢是一种基于销售分子而非通过电力采购协议销售电子的“电力到X”业务模式。目前，尚不存在类似于全球原油和其他碳氢化合物的全球氢能市场。因此，绿氢生产的可行性主要取决于电解槽成本、当地能源成本、特定终端应用以及氢买家愿意签订长期购销协议（类似于传统的液化天然气出口项目）的意愿。预计全球氢供应链将继续发展，随着全球电解槽制造能力的增加，可能会形成一个良性发展的循环。 新兴氢能技术与全球势头 1 I. 背景和上下文 绿氢通过电解产生，这是一种利用可再生能源或生物气体重整产生的能量将水分解为氢气和氧气的过程。1绿色氢气的技术逻辑 straightforward：从化石燃料生产氢气排放密集且受化石燃料价格波动的影响，而绿色氢气生产则能耗密集。2但创造了成本确定性。绿色氢气部署的优先顺序是从替代现有的化石氢气生产和使用开始，随后是取代重工业和难以脱碳行业的化石燃料。从氢气生产可再生燃料用于运输应用以及生产氢气进行长期大批量存储相比之下显得不够有吸引力，因为电动交通和不断发展的能源存储技术更具优势。在没有形成类似于原油和精炼石油产品的全球氢气供应链之前，绿色氢气的发展将具有地域特定性，决策将以“机会目标”为基础。 在未来可预见的时期内，亚洲和太平洋地区的发达和新兴经济体对绿色氢气投资的接受度预计将会显著增加。澳大利亚、欧盟和中东地区正在涌现绿色氢气枢纽。由于前期资本成本较高、可再生能源开发有限以及公共和私营能源公司在制定具有财务可行性的绿色氢气供应链方面缺乏支持政策和技术专长，发展中国家的投资速度和规模仍存在不确定性。此外，生产初期成本高昂、存储和运输限制、商业可行性以及缺乏大规模采购协议导致的有限市场也是面临的挑战。 绿色氢气将是亚洲开发银行（ADB）成员国（DMCs）实现气候目标和向净零经济过渡的一部分。国际能源署（IEA）估计，到2030年，为了满足巴黎协定的目标，每年将需要约3400万吨绿色氢气；到2050年，为了实现净零目标，这一数字将增加至约1亿吨（IEA 2022）。绿色氢气供应链中，包括可再生能源、电解槽系统、氢气存储以及改造港口和管道在内的多个吉瓦级投资将不可或缺。根据IEA的净零情景预测，全球每年对低排放氢气的投资约为500亿美元，但到2030年这一数字至少需要增加十倍。截至2023年6月，ADB已通过技术援助支持了多项评估工作，但在投资运营方面进展有限。 总体而言，寻求探索绿色氢气的亚行成员国（ADB DMCs）需要在制定政策、增强知识和技术专长以及在整个氢能供应链中开发试点项目方面获得支持，并涵盖从生产到传输和分配再到需求使用的所有相关基础设施。此外，私营和国有石油和天然气公司（例如印度的P