氢将在未来能源系统中发挥重要作用

国际社会已经逐渐形成共识，清洁的氢能将在世界范围内的能源转型和向可持续能源发展过渡的过程中发挥关键作用。特别是在碳排放等污染物排放较为集中的工业和重型交通运输领域中发挥重要作用，并提供长期的大规模能源储存。

（来源：微信公众号“中国电力企业管理”ID:zgdlqygl 作者：陈敏曦）

氢是一种“多才多艺”的能源载体，其既可以由多种来源生产获取，同时可在整个能源领域以多种形式使用。它或将成为低碳世界中游戏规则的“改变者”，但它的广泛利用也面临着多重挑战。

国际能源署（IEA）正在准备一项重要的新研究，以评估氢的发展状况、经济性和发展潜力。

研究人员发现，目前清洁氢气的成本仍然过高，是现阶段无法被广泛应用的主要制约因素，根据其他相关预测，氢能的价格可能要到2030左右才会有大幅的下降。但是，尽管清洁氢的未来发展仍存在不确定性，但也有一些迹象表明，清洁氢的价格下降可能会比预期的更快。

氢的来源非常重要。目前，它的主要来源是从天然气的工业生产过程中获取，这会产生大量的碳排放，因此，这种类型的氢被称为“灰色”氢。一个更清洁的版本是“蓝色”氢，其生产过程产生的碳排放物将被捕获和储存，或者被重复使用。而最为清洁的是“绿色”氢，它是由可再生能源生产的，不产生任何碳排放。

二氧化碳排放可能会推高“灰氢”成本

目前，“灰氢”比其他两种氢更便宜。它的价格估算约在每公斤1.5欧元左右。主要的驱动因素是天然气的价格，当然，世界各地的天然气价格各不相同，“灰氢”的价格也略有差异。

人们常常认为，在可预见的未来，“灰氢”的价格将保持在相对较低的水平。但是根据IEA的预测，由于市场供需决定，天然气价格将出现结构性上涨。同时，还应该考虑到天然气价格的潜在波动性，就像欧洲天然气市场现状，天然气价格已与现货市场形成了更为紧密的联系。

更重要的是，在世界各地越来越严格的环境立法管辖区，“灰氢”的二氧化碳排放会产生更多的减排成本。在欧盟的排放交易体系中，二氧化碳的价格在每吨20欧元至25欧元之间。

目前，越来越多的欧盟国家希望出台二氧化碳交易的最低标准，或许在未来10年内，二氧化碳的价格将逐步提高到每吨30欧元至40欧元左右。这意味着在欧洲，二氧化碳的减排成本最终可能使每公斤“灰氢”的价格增加近0.50欧元，价格达到2欧元/公斤左右。

在碳减排日益严苛的世界里，我们也不应忽视，在工业生产中制造和使用“灰氢”而排放的二氧化碳，将逐渐导致社会对于“灰氢”可接受性的下降。

“蓝氢”弥补“鸿沟”

“蓝氢”的价格也主要受到天然气价格的影响，但其第二个重要的驱动因素是捕获、再利用或储存碳的成本。

根据目前的估算，碳捕获、利用和储存(CCUS)的价格保持在每吨二氧化碳50欧元到70欧元之间。在特殊工艺的氨水生产等情境下，价格有可能更低。

这使得欧洲目前“蓝氢”的价格略高于“灰氢”的价格，但如果未来几年减排二氧化碳的成本进一步上涨，这一差距将会被逐渐缩小。同时，一旦“蓝氢”生产的CCUS过程被规模化和标准化，成本很可能会降低。

技术创新最终将为工业中二氧化碳的利用开辟更多的机会，这可能会进一步降低CCUS的成本。这些发展可以使“蓝氢”的价格比预想中更接近“灰氢”的价格。

“绿氢”的价格仰仗于可再生能源的发展

“绿氢”的价格则关系到多重因素，目前估计每公斤价格保持在3.5欧元到5欧元之间。

第一个因素是电解成本，即利用可再生能源从水中生产氢的过程。目前，全球电解能力有限，成本也很高。大多数行业专家预计，在未来10年内，电解能力的大幅提高将降低大约70%的电解成本。

然而，影响绿色氢成本的最关键因素是电解过程中使用的绿电的价格。

在过去的十年里，太阳能和风能发电的成本已经大幅下降。这应该引起人们对未来绿色氢成本的关注。与风能和太阳能发电成本类似，它的下降速度可能比专家的预期要快得多。

在拥有充足阳光和风能的国家和地区，如中东、北非和拉丁美洲，绿电的价格已降至约每千瓦时2欧分。

专家预计，在不久的将来绿电的生产成本会下降更多。正如美国前能源部部长Steven Chu最近表示，绿电每千瓦时的价格可能很快降到1.5美分（1.3欧分）。

在这些国家和地区，大规模生产供家庭使用的绿色电力，以及为支持国内供应和出口市场所生产的“绿氢”，才是真正值得期待的前景。

如何迈向全球氢能市场？

原则上，“绿氢”可以运往世界各地，尤其是风、光等可再生能源发电资源较少的地方。

目前，日本正在与澳大利亚、沙特阿拉伯和文莱等国进行多项重要的试点项目，用以确定通过船只远距离运输绿色或蓝色氢的最佳方式。

当然，因此就确定运输成本，以及全球氢市场的发展速度还为时尚早。正如液化天然气市场在未来几十年内可能会迎来曙光，氢市场的演进仍主要由技术发展所决定。

那么，对于欧洲市场而言，“绿氢”的成本又意味着什么？

首先，“绿氢”的发展需要先将其成本降低至接近灰色和蓝色氢的水平。这其中不仅涉及到规模化发展以降低电解的成本，更重要的是，大规模的电解生产需要大量廉价的绿色电力。

预计欧洲西北部大规模海上风电项目将在未来10至15年内启动。到2030年初，该地区将成为绿色氢的大规模部署地区。

如Engie这样的大型工业企业，已经为绿色氢制定了明确的成本目标，以在2030年实现与“灰氢”的价格持平。同时，日本政府还制定了严格的2040年清洁氢成本目标。

这些计划是需要较长时间来实现的，但并不排除在未来几年内大量使用绿色氢的可能，并且这样的情况已经在欧洲各地出现——在欧洲，陆上风电或太阳能发电站已经为工业、运输或能源储存领域的应用提供绿色氢的供应。

在许多案例中，初创公司已经找到了可持续发展的商业案例，例如瑞典电力公司 Vattenfall已经明确，使用无二氧化碳钢(用绿色氢制造)生产一辆价值2万欧元的汽车，只会比使用普通钢制造汽车的成本增加200欧元的价格。

这也表明，对于愿意为产品多支付1%~3%的客户来说，使用绿色氢的生产制造高端市场具有良好前景。

丹麦电力公司Orsted最近宣布，其在荷兰举行的海上风电拍卖会上的竞标包括为工业生产绿色氢。这表明，正如我们所预期，新的商业模式的探索，正在为未来积极的开发成果增添更多的可能性。

通过相关政策塑造氢的未来

可以预见，通过利用“最低二氧化碳价格”等能源政策，可以对氢的发展产生重大影响，而另一个重要因素，则是当局者如何促进能源的转型过渡。

荷兰政府已经宣布实施并扩大其低碳计划。除了目前对于可再生能源的补贴以外，未来还会继续发展所有具经济性的二氧化碳减排项目，包括CCUS技术。

这将有助于以市场驱动“蓝氢”项目的活力，并且根据成本的演进，在未来将会逐渐过渡到“绿氢”项目的发展。

法国的氢战略则包括在目前工业中使用“灰氢”的绿色化目标。法国政府制定了2022年工业使用10%“绿氢”的目标，以及2027年20%至40%使用率的目标。

德国一些行业参与者，包括壳牌（Shell）、西门子(Siemens)、特尼特(Tennet)等公司提出的一项提议，旨在组织海上风电场电量的联合拍卖用以提供制造氢的电解电量，这将意味着价值链的融合与连接。

与此同时，零排放标准在许多城市和国家日益流行。这样的法规和标准是促进清洁氢发展和流转的强大动力——一方面降低化石燃料的需求量，同时也将有助于电解成本的快速下降。

目前在欧洲，关于将清洁燃气（包括氢在内）混合进入天然气网的讨论成为时下的热点。这将有助于启动欧洲清洁氢的市场，即使目前的使用水平还相对较低。

其他政策手段包括在氢的利用和研发阶段投入更多的成本；取消化石燃料补贴；保障蓝色和绿色氢的来源；有利地执行“欧洲可再生能源指令”；对于质量和安全标准达成一致共识；就不同的市场参与者在这一新市场中可以发挥的作用采取统一的监管手段。

在未来几个月，欧洲将会陆续推动关于激活氢市场的相关政策出台，这也预示着，清洁氢的发展已经开启。（消息来源于IEA官网）