发达国家纷纷出台氢能发展规划 全球氢能产业发展进入快车道

2019-04-21 全球技术地图

氢能具有热值高、无污染和来源丰富的优点,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。从全球范围来看,世界主要发达国家从资源、环保等角度出发,都高度重视氢能技术和产业的发展。

仅2017年10月至2018年8月,就有日本、韩国、英国、法国和澳大利亚五个国家集中出台了一系列有关氢能发展的国家战略规划或大型项目。这些规划文件和项目涉及制氢、储氢、氢能应用与基础设施等整个氢能产业链。在主要发达国家政府积极部署的同时,世界知名的大型企业也形成合力,共同成立“氢能理事会”倡导氢能经济,引领全球能源转型。在公私部门齐力共同促进氢能发展的背景下,全球氢能产业发展进入快车道。

1、发达国家纷纷设定氢能发展目标

2015年,巴黎气候变化大会通过了《巴黎协议》,指出全球气温较工业化前水平升高要控制在2℃以内。为实现这一目标,到2050年世界各国需要减排60%,氢能理事会估计氢能源的使用能够帮助实现1/5的减排目标。因此,不少发达国家陆续出台氢能发展战略规划或大型项目,设定氢能发展目标。

日韩提出全力打造氢能社会。日本是当前最重视氢能发展的国家,将其视为日本能源结构转型、保障能源安全和应对气候变化的重要抓手。2017年12月,日本政府出台《氢能基本战略》,旨在在全球率先实现“氢社会”,以实现低碳社会发展目标和寻求日本经济新的增长点。韩国希望利用氢能帮助实现到2030年减排37%的目标,并于2018年6月宣布了为期5年、总额达23.3亿美元的“氢燃料电池基础设施、制造和研发公私合作计划”,旨在建造燃料电池汽车和燃料电池堆工厂、生产燃料电池巴士和开发储氢系统,推动实现氢能经济社会。

欧盟及其成员国希望成为全球氢能技术领军者。欧盟委员会正通过公私合作模式联合产业界和研究界共同投入13.3亿欧元实施“燃料电池和氢能技术”联合技术计划([1]注解见段后),旨在支持氢能技术研发和项目示范,到2020年能够力证氢能能够作为未来欧洲能源和运输系统的支柱之一,并能为欧洲2050年向低碳经济转型做出突出贡献。德国是最早启动氢能技术和产业化研究的国家,于2006年就已出台“国家氢能与燃料电池技术创新计划”,旨在吸引产业部门参与氢能全产业链发展,进而使德国成为全球氢能产业领军者。英国于2017年10月出台《清洁增长战略》,提出到2050年比1990年水平减排80%的长期目标,并将燃气分配网络100%转化为氢气定为最可靠的大规模脱碳方案之一。法国于2018年7月发布《氢能利用计划》,旨在利用氢能实现环保转型,并使法国在氢能利用方面成为领先国家。

[1]  该计划于2008年启动,实施周期为2014-2024年。

澳大利亚欲成为全球氢气供应商。近年来,澳大利亚产业界已经明确了其投资氢能的意愿,希望加速发展氢能产业抢占国际氢能市场。澳大利亚发展氢能产业的愿景目标是:通过发展氢能,增加出口收入,带动新的产业引擎和就业,为澳大利亚带来经济效益;支持供电、供暖、运输和工业领域向低排放能源过渡;提高能源系统的弹性,增加消费者的选择。

2、氢供应链建设作为氢能产业发展的基石备受重视

氢能是二次能源,自然界中并未直接存在,因此以氢气制备([2]注解见段后)和储运为核心的氢供应链建设尤为重要。不少国家都提出要以降低成本为中心,开发安全、稳定、高效、清洁的氢能制备和储运技术。

[2] 当前,氢气制备主要通过两种方式:一是通过煤、天然气等化石能源捕集和封存氢气(CCS Hydrogen),根据澳大利亚联邦科学与工业研究组织的报告,预计到2025年理想成本为9400-12400元/吨,但会产生一定比例的二氧化碳排放;二是通过风能、太阳能等可再生能源电力制氢,预计到2025年理想成本为11400-15400元/吨,且不会产生二氧化碳排放。

日本指出,要构建氢能从制备、储运到利用的供应链,到2030年左右达到氢能年供应量30万吨,并将价格降到30日元/标方(约合20500元/吨)。目前,日本正在开发液化氢供应链和有机氢化物供应链。2018年8月,日本宣布在福岛部署全球最大10兆瓦级大型氢能源系统 (FH2R),每年使用可再生能源可生产900吨以上的氢气,预计2020年开始供应氢气。

法国高度重视制氢过程的去碳化,以保证氢供应链建设的绿色环保。目前,法国95%的氢气是使用化石能源生产的,构成了温室气体排放总量的3%。为此,法国计划到2023年,工业用氢能中“绿色”氢能比例应达到10%,到2028年应达到20-40%。

澳大利亚正努力证明其成为氢气供应国的可靠性。首先,澳海事安全局与日本国土交通省共同开发了液化氢运输船,用于海上运输氢气。其次,正在试点维多利亚地区氢能供应项目,包括将氢气生产、压缩和液化、海上运输和卸载。第三,计划构建市场基础设施,即建立氢气交易中心,帮助氢气生产者和购买者提高投资效率、管控风险。

3、氢燃料电池汽车应用前景广阔

当前,交通领域贡献了全球20%以上的二氧化碳排放,面临巨大的脱碳压力,麦肯锡指出氢能是新能源汽车的理想能源,预计到2050年氢燃料电池汽车将占全部汽车的20-25%。为此,各国将“发展氢燃料电池汽车”置于最为显著的位置。

日本提出到2020年使氢燃料电池汽车数量达到4万辆,到2025年达到20万辆,到2030年达到80万辆。韩国提出到2020年拥有9000辆氢燃料电池汽车,到2030年达到63万辆。德国计划到2020年拥有50万辆氢燃料电池汽车。法国计划到2023年投入运营5000辆轻型氢能商业交通工具以及200辆重型氢能交通工具(如公交车、卡车、特快列车、船只),到2028年分别应达到2-5万辆和800-2000辆。

另外,加氢站的网络化分布是氢燃料电池汽车大规模商业化应用的基本保障。因此,各国设立了加氢站的建设目标。日本计划到2020年建成160个,2025年建成320个,2030年建成900个,到2050年逐步替代加油站。韩国计划到2022年建设310个。德国计划到2020年建设1000个。法国计划到2023年建设100个,到2028年达到400-1000个。

4、家庭用氢可操作性极强

随着制氢技术的发展和化石能源的缺少,氢能将通过家用氢燃料电池系统或管道运氢为千家万户供气供热供电。日本目前是唯一将家用燃料电池系统(即氢能微型热电联产装置)推入普通家庭的国家,并计划到2020年销售140万台,到2030年销售530万台。除日本外,其他国家更注重利用管道将氢气输至各家各户,英国政府承诺投入2500万英镑,产业界投入1000万英镑,用以验证在建筑和燃气管道中使用氢气的安全性,并推动开发相关设备,支持氢能转型战略实施。法国正在敦刻尔克实施向当地燃气网络注入20%的氢气的试点项目。澳大利亚计划从2%开始将氢气注入燃气网络,并逐步提高到10%,并为实现氢气100%替代天然气完善相关技术和安全标准。

5、氢能发电是提高能源系统弹性的最佳途径

风能、太阳能等可再生能源通常会转化为电能输入供电网,但用电低峰时期电网内的多余电能必须通过某种方式储存起来,氢能正是能够实现这一能量转换储存的最佳途径。麦肯锡指出,到2050年氢能发电将占所有电能的10%。日本计划,到2030年左右实现氢能发电商用化,到2050年使氢能发电成本降低为与液化天然气同等水平。法国提出立即在孤立封闭的地区开展试点,利用氢能为电网提供服务;在本土大陆电网地区,明确氢能可以提供的服务并评估服务价值;在未联入法国本土大陆电网的地区,确定利用氢气储能需要满足哪些条件。澳大利亚认为,政府应与产业界共同研究和实施用可再生能源支持能源系统的最佳方案,其中氢能更为可靠,能够在更大程度上维持供电网络的稳定。


关键词:氢能;发展;快车道