氢能理事会发布《氢能如何推动能源转型》

前言——氢能如何推动能源转型

2015年12月12日，巴黎：195个国家签署了一项具有法律约束力的协议，旨在将全球气候变暖控制在2°C以下——这一雄心勃勃的目标要求全球经济体对全世界的多数能源系统都要实施脱碳。能源转型面临着诸多挑战。我们必须建造和集成大量的可再生能源利用设施，同时确保能源供应和系统的韧性。终端用能部门，如运输，必须实现大规模脱碳。

在这种背景下，我们认为现在非常有必要重视和重申氢能解决方案的独特优势。氢和燃料电池技术具有很大的潜力来实现能源系统向清洁、低碳方向转型。完成这一能源转型将大大减少温室气体排放和提高空气质量。

我们为了支持和推动氢能的发展，成立了氢能理事会。这个团体有13个成员单位，分别来自于全球不同的工业和能源部门。我们致力于在世界范围内，引导氢和燃料电池解决方案的加速发展。

氢是一种用途广泛、清洁、安全的能量载体，可以作为动力燃料或工业原料。它可以产自于（可再生的）电力和脱碳的化石燃料。氢在使用时可实现零排放。它可以以高能量密度的液态或气态形式储存和运输。它可以燃烧或者用于燃料电池中以产生热量和电力。

在本文中，我们探讨了氢在能源转型中的作用，包括其潜力、最近已取得的进展以及未来面临的挑战。在政策制定者、私营部门和社会的支持下，我们还提供了相关建议，以确保加速推进氢能技术应用的条件达成。

我们氢能理事会相信，氢能在实现能源转型方面有非常大的潜力。为了使其充分发挥这种潜力，我们希望得到政策制定者们的支持，以克服现有障碍。氢能技术的推广需要多方的努力，氢能理事会成员愿意进一步增加投资。这样，我们有望看到稳定的长期监管框架、针对性的协调、激励政策，以及制定和协调在政治层面必要的行业标准的各项举措。

我们希望政府和主要社会利益相关方也认识到氢能对能源转型的重要作用，并和我们一道制定有效的实施计划，从而使氢能的应用大获成功。

（来源：微信公众号“ERR能研微讯”ID：Energy-report 作者：ERR能研君）

第一章 能源转型——必经之路，全球性的挑战

全世界广泛理解和认同能源转型的必要性。然而，能源转型所涉及的问题和挑战需要大家共同努力去解决。氢能提供了一种清洁、可持续、灵活的能源选择方案，可以克服阻碍经济向韧性、低碳发展的多种障碍，因此很有可能成为能源转型的强大推动者。

世界需要一种更清洁、更可持续的能源系统。

除非能源系统在电力生产到终端用户的各个方面都发生变化，否则全球气候将在未来50到100年持续受到负面影响。在一切照旧的情形下，排放的温室气体将导致全球平均气温上升约4°C。反过来，这将升高海平面，改变气候带，使极端天气和干旱更加频繁等等，这些都会对全球的生态、社会和经济系统产生影响。

通过让我们的能源系统排放更少的温室气体和颗粒物，变得更加可持续，甚至在能源生产和消费方面实现循环利用，我们可以缓解气候变化。这一概念得到了全球的广泛支持。国际社会在多项国际协议中接受了这一想法，包括可持续发展目标（SDGs）、第三届世界人居大会（Habitat III）和巴黎的第21届联合国气候变化大会（COP21）。在巴黎气候大会中，195个国家通过了第一个具有法律约束力的全球气候协议。它旨在保持“相较于工业化前水平，全球平均气温的上升幅度控制在2°C以内，并努力将温升控制在1.5°C以内”。

面对这雄心勃勃的目标，当前的努力显然还不够。在巴黎气候大会中达成的削减CO2排放的各国计划也还有必要进一步强化。到2100年，这些计划将使全球平均气温升幅远高于2°C。将全球温升控制在2°C要求到2100年全球累计能源相关的碳排放量需要控制在900 Gt左右。当前，全球每年能源相关的碳排放量为34 Gt，这意味着2050年就会达到碳排放量的上限值。与此同时，世界正面临短期内降低空气污染水平的迫切需求。根据世界卫生组织的数据，全球仅有1%的人口居住在污染物排放达标的地区。

现在急需要采取行动。为了实现COP21、Habitat III和SDGs中多方制定的雄伟目标，全世界需要实施有史以来最大的能源变革：将能源供应和消费从不可再生的碳基能源结构向清洁、低碳转型。

为了实现能源系统的脱碳，需要从四个方面努力：提高能源效率，开发可再生能源，转用低碳/零碳能量载体，以及实施碳捕集与封存（CCS）以及利用（CCU）。

这将从根本上改变能源供需结构。如今，化石燃料在一次消费中的占比为82%；可再生能源占比14%，核能4%。尽管未来能源利用效率会有所提高，但由于人口和经济增长，到2050年能源需求仍将增加16%。到2050年，可再生能源在整体能源中的比重与现有水平相比将增加3至5倍。但同时，化石燃料仍将占较大的比重（部分采用碳捕集与封存技术减少或避免碳排放）。我们需要一种新的能量载体将比例日益增长的脱碳能源传输到能源消费侧，同时保证为终端用户提供的能源服务水平（居民，工业和运输）。两种能量载体有望对能源脱碳和实施变革产生重要影响，即电力和氢能。

能源转型需要克服五大挑战

过渡到低碳经济需要一个转型范式 （见附录I），同时需要大规模的投资。未来的挑战来自五个方面——氢能将在克服这些挑战的过程中扮演重要角色（图1）。

图1 氢能作为零碳能量载体，助力应对能源转型中的五大挑战

1. 在发电侧逐渐增多的可再生能源导致电力供应和需求的不平衡。

通过间歇可再生能源发电以及电力需求的增加，使得电力系统极度紧张。电网容量、间歇性、以及低碳能源季节性（数周至数月）储存和备用发电容量的应用将是需要应对的挑战。

氢能有助于优化消纳可再生能源的电力系统，从而进一步提高可再生能源比例。电解通过消耗（过剩的）电能产生氢能，然后通过在其他方面（运输，工业，居民供热）利用或储存起来而产生价值。氢能有潜力进一步提高可再生能源投资的经济效益，增强能源供应安全，并作为无碳季节性储能，当可再生能源生产能力不足和能源需求量大时（如欧洲冬季）供能。

2. 为了确保能源供应安全，全球和区域的能源基础设施需要重大转型。

今天，全球约30%的一次能源供应跨境交易，包括多个能源品种（石油，天然气，煤炭和电力）。由于世界不同地区的可再生能源资源和生产情况不同，而且电力的“存储能力”有限，因此能源交易的需求将持续存在。一个运作良好的跨境能源基础设施系统对于保障能源供应安全至关重要。一个国家内的地区或城市的能源系统也将发生变化：集中式和分散式相结合的新型能源供应方式将会出现，从而更加体现了对能源基础设施进行调整的必要性。

氢能可以提供一种经济效益好、清洁的能源基础设施系统，有助于提高地方和国家层面的能源供应安全。氢能是一种在城市和区域间高效（再）分配能源的重要能量载体，它可以依托轮船、管道或罐装车等多种运输方式。

3. 把化石燃料作为能源系统的缓冲物将不足以确保系统的顺利运转。

一般来说，缓冲能源容量只有达到世界年能源需求的15%左右时，才能保证能源系统的平稳运转。缓冲能源可以吸收供应链的冲击，在国家层面提供战略储备，预防供需失衡。当前，化石能源提供了大部分的存储容量。但随着全社会电气化程度的提高，这些储备将不足以确保为终端用户提供稳定的能源供应。

由于在传输方面具有良好的存储特性和灵活性，氢能是一种可行的、清洁的、在未来可以很好地应用能源缓冲挑战的方案。、

4. 部分终端用能场景很难通过电网或者蓄电池实现电气化，尤其是在长距离运输等领域。

在很多领域，直接电气化会存在技术上的挑战，甚至在碳排放成本较高时出现不经济的情况，例如在重型运输、非电气化铁路、远洋运输和航空领域，还包括一些能源密集型行业。在其他领域，即使技术上可行，直接电气化也不一定能够总是满足性能要求和充电的便利性，比如轻型车辆。

在很多领域（不仅限于上述领域），技术或经济上的问题限制了直接电气化的应用，此时氢能可以提供一个可行的解决方案。

5. 可再生能源无法替代石油化工行业中的所有化石原料。

用于生产化工产品的化石燃料在其生命周期结束时会引起（二氧化碳）排放，如将塑料进行焚烧处理时。这些延迟排放也需要进行脱碳处理。将氢能与碳捕集相结合，可以产生碳氢化合物，从而像石油和天然气一样作为化工原料。因此，氢能也有助于将碳捕集和利用（CCU）付诸实践，从而减少水泥等高碳行业的二氧化碳排放。

总之，为了克服当今能源系统面临的各种挑战，氢能由于其独特性质将成为一种非常有应用前景的解决方案。如果采用可再生能源电解、生物沼气蒸汽甲烷重整（SMR）或者蒸汽甲烷重整配备CCS/CCU等方式制氢，那么氢能的生产将没有任何碳足迹产生。氢气的性质使得它能够用于发电和/或者供热，利用方式有燃料电池、热电联产（CHPs）、燃烧器或者改进的燃气轮机。由于其化学性质，它也能够用于化工过程原料，包括生产氨和甲醇。氢气在燃烧时不会产生硫化物或污染物颗粒，只有有限的氮氧化物。对于车载燃料电池，氢能在利用过程中不产生任何排放，且比传统发动机噪音更小。氢能一般存储在罐体中，与同等尺寸的电池相比更加轻盈，且能够储存更多的能量，在能量储存和分配方面有更加明显的优势。（有关氢的更多信息，请参阅附录II-氢气要点。）