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隨著氫能制造商規(guī)模的擴大、企業(yè)活動的增加和明確的政策支持，人們普遍看好氫能的增長前景。超過50GW的綠氫電解項目，為從早期綠氫向完全工業(yè)化的過渡奠定基礎。圍繞氫能基礎設施建設與氫能供應的“雞和蛋”問題似乎終于得到了答案。完全工業(yè)化不再是“如果”的問題，而是“何時”的問題。
匯豐近日發(fā)布報告，深入探討蓬勃發(fā)展的氫氣行業(yè)的供需趨勢。報告指出，2020年是氫能的繁榮十年。到2030年，匯豐估計總安裝電解器容量為126GW，供應1500萬噸綠氫(實現2018年全球純氫需求22%增長)。
綠氫的需求來自很多方面，氫能在能源轉型中可實現大規(guī)?？稍偕茉聪到y(tǒng)集成及發(fā)電、實現跨種類跨地區(qū)的能源分配、為可再生能源系統(tǒng)提供緩沖、幫助交通運輸脫碳、幫助工業(yè)用能脫碳、幫助建筑供熱供電脫碳、充當可再生能源原材料。
氫能是能源解決方案的瑞士軍刀
氫能在全球向低碳經濟過渡中發(fā)揮著關鍵作用。氫能的多功能性及其脫碳潛力，使其廣泛應用于運輸、建筑和重工業(yè)領域。致力于加速氫能源轉型的全球CEO聯盟——氫能理事會(Hydrogen Council)指出，氫能是“能源解決方案的瑞士軍刀”。像天然氣一樣，它可以存儲和運輸，并且可以很容易地轉換成電能，熱量或其他產品。
在許多終端市場上，氫能的脫碳潛力只有在其生產不含碳的情況下才能實現。如今，全球約有98％的純氫是通過使用天然氣或煤炭原料的碳密集型方式（即“灰色”氫）產生的。其余2％是通過電解（將水分解成氫和氧的化學反應）產生的，只有這一小部分是由可再生能源（即零碳或“綠色”氫）驅動。
綠色氫氣的生產成本是傳統(tǒng)碳密集方式的3-4倍，相當于15-30美元/兆瓦時的電費。綠色氫電解項目在過去12個月中激增，目前已超過60GW。這讓人們更有信心通過擴大系統(tǒng)規(guī)模，使得制造成本比當前水平降低約50％，以彌合與“灰色”氫的成本差距。
綠氫是天然氣“脫碳”的解決方案。與其他脫碳解決方案相比，氫具有三大優(yōu)勢：1.與現有設施兼容。氫氣可以混入現有的電網中，因此家庭不需要升級家用電器。2.使用現有的基礎架構，從而避免潛在的資產浪費。3.與分散的可再生能源系統(tǒng)相比，基于氫能的集中式能源在天然氣網絡中也能實現脫碳。將氫氣注入現有的天然氣配送基礎設施中，可以將整體碳足跡減少15％。但是，轉向純氣態(tài)氫則需大量投資新的基礎設施，并需要政策支持以刺激投資。
氫能在運輸中的應用
氫能為運輸提供了另一種電氣化技術路線，或成為純電動汽車（BEV）技術的直接競爭對手。氫燃料電池汽車（FCEV）使用燃料電池和車載壓縮氫罐以提供行駛所需的能量，目前主要的燃料類型為氫。
乘用車領域首選BEV，86%FCEV為乘用車
在乘用車領域，大多數傳統(tǒng)設備制造商堅定地支持BEV，建立新的電動汽車生產線、投資電池產能或簽署戰(zhàn)略電池供應協議。對于大多數汽車制造商而言，氫能是一項長期戰(zhàn)略。盡管梅賽德斯-奔馳最近開始租賃少量帶有燃料電池的插電式混合動力汽車，但只有豐田、現代和本田汽車是全球FCEV的主要供應商。
截至2018年，全球乘用車中共有11200輛FCEV和510萬輛BEV。全球共有12952輛FCEV，其中86%為乘用車。按地區(qū)劃分，美國占FCEV乘用車的45％，其次是日本（23％），中國（14％），歐盟（11％，主要在德國和法國）和韓國（7％）。
重型運輸領域興起FCEV
在重型交運領域，氫的高能量密度使其特別適用于卡車、火車和需要長距離運輸重物的船只。氫能客車和卡車在日本、韓國和中國越來越受歡迎。截至2019年，中國境外有超過400輛氫動力客車和大巴在運營，而中國則有2000多輛。中國目前擁有約3900輛FCEV，其中超過95％的氫能汽車是公共汽車和卡車。
戴姆勒和沃爾沃在4月宣布成立12億歐元的合資企業(yè)，以開發(fā)和生產用于卡車、公共汽車和長途汽車的燃料電池系統(tǒng)。這標志著對重型商用車氫氣商業(yè)化的認可。
氫動力傳動系統(tǒng)解決了重量、成本和費用問題。電動卡車顛覆者Nikola公司表示，BEV技術適用于每次充電可行駛250-300英里的短途卡車，FCEV則適用于行駛350英里以上的長途卡車。氫的高能量密度使FCEV技術比長距離運輸的電池更具吸引力，在重型運輸領域中氫能發(fā)展前景廣闊。
BEV還是FCEV，不再是單選題
盡管一些制造商在所有運輸領域都尋求BEV解決方案，而另一些制造商在為小型車輛開發(fā)FCEV解決方案，但隨著電氣化技術在不同終端市場中的差異日漸增加，從長遠來看，氫能和電池不再是競爭對手，更多地是運輸行業(yè)電氣化的補充途徑。
BEV和FCEV之間的主要區(qū)別在于，BEV通過充電“加油”，而FCEV以類似于內燃機汽車的方式在泵處“加油”。與BEV相比，FCEV“加油”時間更短，續(xù)駛里程更長，這使其適合于遠程和更大載重量的車輛市場。但相對較低的“全輪驅動”效率可能會不利于FCEV在乘用車市場的滲透率。
缺乏加氫基礎設施仍是推廣FCEV的主要制約因素。截至2018年，全球有380個加氫站投入運營。日本（100個，占26％）領先，其次是德國（68個，18％）和美國（63個，16％）。這些國家已經宣布在2025-2030年建立超過6000個加氫站的目標。到2030年，歐洲有3700個加氫站的潛力，氫燃料基礎設施投資將達到80億歐元。
匯豐預計，到2030年，全球將售出500-1000萬輛FCEV，僅占全球新車銷量的1％（>9億輛）。氫燃料電池汽車在2030年仍是利基市場，2030年之后將有望成為主流。
綠氫的現狀–處于10MW規(guī)模并且還在上升
全球最大的綠氫項目福島氫能研究領域（FH2R）于2020年3月在日本啟動，利用20MW的太陽能板和10MW等級的電解槽制氫，瞄準低成本綠色產氫。許多類似甚至更大規(guī)模的項目正在建設中。數個GW規(guī)模的項目處于不同的規(guī)劃階段，其中大部分在歐洲。
全球已宣布的綠色氫電解項目已達51GW并在不斷增加，歐洲（25935MW）領先，其次是亞太地區(qū)/中東（22625MW），美洲（2930MW）。積壓項目的迅速增加為未來十年全球制氫廠的推出提供了更大的可能性，尤其是在2025年以后發(fā)展步伐加快。領先的電解器供應商西門子能源表示，隨著這項業(yè)務達到工業(yè)規(guī)模，如今的投資將在2025年獲得回報。匯豐認為，當前的綠色制氫項目將在未來1-3年內繼續(xù)擴大，預測到2030年前全球電解器規(guī)模將達126GW。
可再生能源制氫技術處于試點階段。2020年12月，西門子歌美颯可再生能源公司宣布了全球首個以“孤島模式”運行的風電制氫試點項目。該項目采用專用的3MW渦輪機，為400kW的電解器提供動力，以供當地使用氫燃料的出租車“加油”。對于西門子歌美颯而言，該項目標志著公司從2020年開始提供大規(guī)模綠色氫氣的戰(zhàn)略性一步。
政策支持
在氫能源的產業(yè)化進程中，政府起著非常關鍵的作用。在日本和韓國等亞洲市場已經有大力推行氫能的政策。綠氫的勢頭正在上升，特別是在歐盟。歐盟將氫能視為COVID-19后經濟復蘇的主要推動力，并于2020年7月8日正式通過了《歐盟氫能戰(zhàn)略》，其中包括2024年和2030年的階段性目標。此后，許多成員國紛紛采用了國家氫能戰(zhàn)略，在各自的經濟體中發(fā)展氫氣，推動歐盟目標進一步細化。
氫能在美洲亦有較快發(fā)展。2020年11月，智利宣布了醞釀已久的國家綠氫戰(zhàn)略，成為拉美在綠色氫能領域的領導者。12月，加拿大也啟動了氫能戰(zhàn)略。盡管美國還沒有2030年的國家目標，但匯豐預計，拜登總統(tǒng)所倡導的綠色能源戰(zhàn)略，將推動綠色氫能和燃料電池技術相關政策的出臺。
