202105 氢能源行业前景分析与洞察：借鉴欧洲经验，打造低碳氢经济

氢能源行业 前景分析与洞察 借鉴欧洲经验 打造低碳氢经济 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 作者简介 Laurent Saint Martin是普华永道思略特在能源 和公用事业领域的高管顾问 。 他常驻巴黎 ， 是普 华永道思略特合伙人 ， 擅长战略转型规划 、 B2B 数字化服务开发以及增长和产品战略 ， 尤其侧重 于低碳解决方案领域 。 Matthias Witzemann常驻维也纳 ， 是普华永道 思略特奥地利合伙人 。 他为包括可再生能源 、 氢 技术领域在内的全球能源客户提供战略驱动型转 型服务 。 他擅长转型 、 运营和数字化项目 ， 尤其 是涉及整条价值链的各项重大运营卓越项目 。 Adrian Del Maestro是普华永道思略特在油气以 及低碳领域的专家 。 他擅长为企业提供战略建 议 ， 帮助企业实现能源转型并通过并购实现增 长 。 他常驻伦敦 ， 是普华永道英国执行总监 ， 领 导公司在全球能源领域的思想领导力 。 Guillaume Jean常驻巴黎 ， 是普华永道思略特法 国执行总监 。 作为研发和创新领域的专家 ， 他主 要为能源和公用事业客户提供企业增长战略方面 的咨询服务 ， 专长包括并购目标筛选 、 运营改 善 、 重组和成本优化 。 Frederic Delannoy常驻巴黎 ， 是普华永道思略 特法国高级咨询顾问 。 他在发电行业拥有八年以 上的工作经验 ， 并曾担任管理职位 。 他为客户提 供有关战略和大规模运营转型方面的咨询服务 ， 尤其侧重低碳氢以及能源转型相关的话题 。 Simon Betz是能源和低碳领域的专家 ， 曾担任 普华永道思略特德国项目经理 。 他侧重战略和大 规模转型项目 ， 在可持续发展 、 脱碳 、 氢战略和 运营方面拥有丰富的经验 。 普华永道英国执行总监 Ronan O’Regan、 普华永道思略特意大利执行总监 Fabio Gungui和 普华永道思略特荷兰经理 Floris Jansen亦为本文做出贡献。 联系方式 中国 单小虎 普华永道思略特中国主管合伙人 86-10-6533-2166 tiger.shanstrategyand.cn.pwc.com 冯昊 普华永道中国能源行业咨询主管合伙人 86-21-2323-2818 stanley.h.fengcn.pwc.com 钟肯 普华永道思略特中国业务总监 86-10-6533-7871 ken.k.Zhongstrategyand.cn.pwc.com 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 未来十年将是应对气候变化的关键时期 。 根据 巴黎协定 设定的 1.5℃温控和净 零排放目标 ， 截止 2030年前 ， 全球目前每年约 12的脱碳速度 ， 需要提高五倍 1 方可实现 。 打造低碳氢经济可以加速能源行业转型 ， 在整个节能减排过程中发挥 至关重要作用 。 由于氢可以代替碳氢化合物 ， 特别是在难以实现减排目标的场景和领域中得到应 用 ， 公众将氢视为通向未来绿色能源的钥匙氢分子可用于储能 ， 接收可再生能 源产生的间歇性能流；在无法电气化或电气化成本效益不高的情况下 ， 氢气可作 燃料使用；在发电和需要高温的工业加工领域 （ 例如炼钢 ） ， 氢气还可用作进 料 。 然而如何实现氢这种绿色能源的巨大潜力呢 尽管目前氢技术发展已较为成熟 （ 燃料电池曾帮助人类首次登月 ） ， 但整个氢行业和供应链仍处于发展起步阶 段 。 建立低碳氢经济仍有很长的路要走 ， 其中包括推动终端行业的应用 、 效仿天 然气领域建立氢气全球贸易市场等 ， 政府也需要通过强有力的监管体系提供支 持 ， 以实现低碳氢经济的目标 。 1 普华永道零碳经济指数 2020 https//www.pwc.co.uk/services/sustai nability-climate-change/i nsights/net-zer o-economy-index.html 概述 1思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 氢市场的现状与潜力 低碳氢被广泛认为是一种蕴藏丰富 、 用途广泛 、 清洁方便的能源载体 ， 已被视 为能源行业转型的关键一环 。 数十年来 ， 人类一直在考虑将氢气作为燃料源的 可能性 ， 但仍然开发有限 。 近年来 ， 各国政府和国际组织对减排和实现净零排 放的承诺 、 可再生能源装机容量的不断增长 、 可再生能源成本的不断下降 ， 为 大规模应用带来了可能性 。 对于可代替天然气的低碳氢而言 ， 情况尤为如此 （ 见下页 ， 图 1） 。 思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察2 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 资料来源普华永道思略特分析 图 1 由于氢气与天然气属性相似，且二氧化碳排放量更低、自然蕴藏丰富，所以具有代替天然气的潜力 优势 劣势 可通过多种技术方案运输 氢气在纯净状态下不易于运输 ， 但 可以 混合或液化以实现大批量运输 储存时间长 氢气可以 大量长期储存 易于大批量运输 天然气已从世界范围内 发达的大型物流 网络中受益 储存时间长 天然气能够 以液态形式运输和储存 清洁电厂 燃气发电厂能实现较高的能源利用率 （ 60 以上 ） ， 但仍然会产生 大量的二氧化碳 资源有限 鉴于当前产量和已探明储量， 储采比约为 52.8年 能量密度高 天然气的 能量密度与汽油相仿 能量密度高 氢气 热值显著高于 其他气体和燃料 ， 可达到汽油的 4倍 取之不尽 氢是宇宙中 蕴藏最丰富的元素 氢气属性 C O O 氢气的特点 天然气属性 C O O 温室气体排放 在天然气的钻探 、 提取以及管网运输过程中 ， 作为天然气主要成分的 甲烷会出现泄漏 ， 而甲 烷的吸热效应在 100年的时间里是二氧化碳的 34倍 氢气 天然气 实现能源终端消费脱碳的途径 氢气 可替代化石燃料或注入燃气管网与 天然气混合 ， 从而减少二氧化碳排放 全球温室气体排放 3思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察 不含碳元素 ， 消耗时不产生二氧化碳或 污染物； 在合适的生产方式下 ， 可成为 零碳解决方案 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 根据国际能源署可持续发展情景预测 ， 到 2070年 ， 全球对氢气的需求预计将在 2019年 7,000万吨的基础上增长 7倍 ， 达到 5.2亿吨 （ 见图 2） 。 如果化石燃料相 应减少 ， 叠加氢气的低碳化生产因素 ， 全球能源行业和工业加工领域有望在 2070年时实现碳中和 2。 图 2 在可持续发展情景下，到 2070年，全球对氢气的需求有望增长 7倍，达到 5.2亿吨 可持续发展情景下全球不同行业对氢气的需求（ 2019-2070年，百万吨） 合成氨生产 1 合成燃料生产 工业 建筑 交通运输 发电 炼化 2019 2030 2040 519 415 137 88712 2050 2060 2070  在可持续发展情景下 ， 到 2070年 ， 全球对氢气的需求增长 7倍 ， 达到 5.2亿吨 ， 其中 – 交通运输 （ 汽车 、 卡车 、 船舶 ） 占 30 – 合成航空煤油生产 占 20 – 工业 （ 钢铁 、 化工品 ） 占 15 – 发电 占 15 – 合成氨生产 占 10 – 建筑 （ 空间和水暖 ） 占 5 – 其他用途 （ 炼化 ） 占 5  所有经济体的二氧化碳减排目标共同推动氢需求的增长 2070年时氢气 在各行业的用途 1.合成氨生产系指航运行业的燃料生产；用于工业氨生产的氢气包括在工业类别中 2.另有 4,500万吨未与其他气体分离的氢气用于工业用途 资料来源国际能源署，普华永道思略特分析 4 CAGR 287 思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察4 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 氢气的应用并不是新生事物 。 目前 ， 氢气的年产量为 7,000万吨 ， 市场规模约为 千亿美元 （ 见图 3） 。 亚洲是最大市场 （ 48） ， 美洲 （ 22） 和欧洲 （ 18） 紧随其后 ， 而工业企业则是最大的使用群体 ， 八成以上的需求来自炼化和化工 行业 。 炼油厂使用氢气来降低柴油中的硫含量 ， 全球范围内较高的柴油消耗 量 ， 加之更严格的硫含量法规要求 ， 一直维系着市场对氢气的需求 。 在化工行业 ， 氢气用于生产氨和甲醇 ， 它们是两种用途广泛的基础化合物 ， 其 中氨是化肥行业的主要原料 。 目前的难题在于 ， 如今消耗的氢气几乎 95均来自于化石燃料 ， 通过两种最常 见的方法 煤炭气化和蒸汽甲烷重整进行生产 。 在生产过程中 ， 化石燃料 （ 即煤或天然气 ） 进料与蒸汽反应 ， 生成一氧化碳 、 二氧化碳和氢气 。 每生产 1 公斤氢气将释放约 10公斤二氧化碳 ， 如果不能及时捕获 、 利用或封存生产过程 中产生的二氧化碳 ， 此类传统的制氢方法将对环境造成巨大影响 。 因此 ， 只有在生产环节中尽可能减少碳排放 ， 氢气才有助于全球经济实现可持 续脱碳的目标 。 实现这一目标主要包括的途径有利用风能 、 太阳能 、 水能等 可再生能源以及沼气和核能 ， 或是采用常规的化石燃料能源加上碳捕获与封存 技术 ， 从而实现低碳氢的大规模生产 。 而刺激需求和应用则是发展氢经济的首 要任务之一 。 市场规模约 千亿美元 （ 7000万吨 1） 亚洲 美洲 欧洲 中东及非洲 来源 电解 天然气 石油 煤炭 用途 化工品 炼化 其他 22 13 47 30 18 4 48 51 32 17 18 1. 7000万吨氢气相当于约 2亿吨油当量 资料来源国际可再生能源机构，彭博社， Afhypac，法国对外贸易部，国际能源署，普华永道思略特分析 图 3 2020年全球氢气市场需求规模约为 1000亿美元 按地区、来源和工业用途划分的全球氢气需求 全球各地区工业用氢需求 工业用氢的来源和用途 5思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 要素一 刺激低碳氢需求 随着越来越多的国家和行业将低碳氢视为燃料源和原料 ， 氢的用户群体有望越 来越多样化 。 基于低碳氢生产技术的成熟度 、 与现有工艺结合的复杂性 ， 以及 现行法规和经济鼓励政策 ， 不同行业有各自的脱碳路径和时间表 。 替代性技术 和竞争性技术的可用性也将是刺激因素之一 （ 轻型乘用车的电气化就是很好的 例子 ） 。 各国政府在发展低碳氢经济的过程中 ， 需要集中精力 、 遵循主体原则 ， 而不是 试图覆盖众多行业 聚焦脱碳难 、 有规模效应 （ 规模大的多元化企业 ） 、 可利用现有基础设施 （ 例如管网 ） 的产业集群； 产业集群如果位于港口和海岸线附近 ， 则能更好地对接不断增长的国际氢气 物流终端； 希望建立氢能力 、 共同承担投资成本和风险的企业 ， 可建立合作伙伴关系； 为推动氢解决方案赋能 ， 地方政府也可以发挥作用 。 在不久的将来 ， 首先面临的挑战是通过开发补贴来刺激需求 ， 用鼓励而不是强制的方式 ， 使终端应用行业转向绿氢 。 ” 欧洲行业代表 思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察6 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 1 炼化行业 2 钢铁行业 以低碳氢代替通过煤炭和天然气生产的常规氢 为切入 ， 随后探索用低碳氢和捕获的碳来生产 合成燃料等不同的应用方式；现行可再生能源 法规 （ 欧盟第 II可再生能源指令 ） 的要求和经 济激励措施可加速这一转变 。 据世界钢铁协会数据 ， 在传统的高炉炼钢方式 下 ， 每生产 1吨钢铁会产生 1.85吨二氧化碳 。 利用氢气直接从固态铁矿石中除掉氧气 ， 是钢 铁行业前景有利的脱碳途径 。 钢铁制造商已通 过示范项目测试了该技术 ， 并有望在 2025年左 右发展成熟 ， 然后得到推广 （ 见第 10页 ， 图 5） 。 3 发电行业 纯净氢气或氢气与天然气的混合气可为燃气轮 机提供动力 ， 从而实现发电行业的脱碳 。 燃气 轮机制造商目前正在解决因氢燃烧而带来的火 焰传播速度快 、 二氧化氮排放量高等技术难 题 ， 争取在 2030年前能够开发出与氢完全兼容 的轮机 。 此举将为发电企业开辟新的脱碳途 径 ， 加快脱碳步伐 ， 并规避由于排放法规趋紧 而导致的设备搁置 、 无法使用等风险 （ 见第 9 页 ， 图 4） 。 许多行业都可以畅想低碳氢的未来 。 个别行业的应用可能发展得更为迅猛 ， 尤 其是那些目前尚未有可行替代技术加速脱碳的行业 。 鉴于此 ， 行业的优先次序 可能如下 7思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 5 交通运输行业 货运等重型交通运输提供了大量使用氢燃料的 市场机会 ， 其消费量足以产生规模效应 。 大型 车队和固定规划的运输路线有助于避免在短时 间内大规模建设加氢站网络 。 尽管部分汽车制 造商对轻型汽车进行了大量投资 ， 但仍然面临 巨大挑战 ， 例如在私家车领域 ， 更便宜的低碳 电动车已经面市 。 由于汽柴油成本通常高于其 他行业中使用的天然气成本 ， 因此氢气有望在 交通运输领域率先获得成本优势 。 随着氢和合 成燃料逐步成为车用燃料 ， 各国政府可能改变 现行的从汽柴油销售环节中征税的方式 ， 转而 对氢征税 ， 从而减弱氢的成本优势 。 但思略特 认为 ， 政府无意延缓交通运输业脱碳的步伐 ， 只有当氢气确立其燃料源的地位后 ， 这种情况 才会发生 。 4 水泥行业 该行业三分之一的二氧化碳排放来自于加热过 程和触发煅烧反应所需的燃料源 ， 在这种情况 下 ， 氢气可用作主要的燃料源；其余三分之二 的二氧化碳排放来自于煅烧过程本身 。 水泥行 业已经发现了多种碳减排的手段 ， 包括提高能 效 、 降低熟料混合比 、 使用添加结合材料 、 捕 获生产过程中排放的碳 ， 长期封存或利用 。 最 后一点对于水泥行业而言机会规模尤其巨大 绿氢加上水泥生产商捕获的碳 ， 可用于生产氨 或甲醇等化合物 ， 这也凸显了低碳氢市场中跨 行业合作的潜力 。 思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察8 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 天然气输配系统运营商已成立工作组 ， 正开展提高天 然气中氢含量的实验 ， 计划 到 2030年将氢气含量提高 至 10， 此后再提高至 20。 此举是为了动员设备制造商和下游用户参与其中 、 评 估向管网注入氢气的经济可行性 、 整合基础设施开发 需求 、 制订和实施氢产业集群试验和运行框架 。 法国的 GRYDH和 Jupiter是用于概念测试的两个示范 项目 。 通用电气 、 西门子等燃气轮机制造商正开发具有燃料 灵活性的新机型 ， 以适应低碳混合能源 ， 确保其业务 在无碳能源生态体系下的可持续发展 。 考虑到氢气的特定属性 ， 将需要 对燃气轮机硬件进行 改进 氢气的火焰速度比天然气快 10倍左右 ， 要提供 与天然气相同的能量 ， 氢气的体积流量需要高出 3 倍 。 行业机构 EUTurbines的成员企业已签署 提高轮机燃氢 比例 的承诺 ， 到 2020年时将比例提高到至少 20， 到 2030年时提高到 100。 奥地利梅拉赫中试厂从电网获得过剩的风能和太阳 能 ， 并 通过高温电解生产氢气 ， 然后将这种绿氢 （ 40 标准立方米 /小时 ） 与天然气混合 ， 驱动两台燃气轮 机 。 该工厂的特点是自身 可作为燃料电池反向运行 ， 能够 发电和供热 。 Verbund将测试这种燃料电池运行模式 ， 探索作为电 厂自备电源或应急电源的可能性 。 氢气 氢气 氢气 燃料电池 电解 - 天然气输配系统 运营商 氢气混合氢气 0 20 天然气 H H 天然气 天然气 燃气轮机制造商 燃氢比例 Verbund Hotflex中试厂 氢气 0 100 H H 资料来源 GRTGaz官网，西门子官网，通用电气官网，普华永道思略特分析 图 4 能源行业正加大电力和热力用燃料的氢气用量 能源 电力和热力领域正加大氢气使用（部分案例） 9思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 跨国钢铁生产商安赛乐米塔尔与弗赖堡大学合作 ， 在 汉堡开发建设使用氢气还原铁矿石的工厂 。 尽管测试中使用灰氢和蓝氢 ， 但该公司计划随着绿氢 的逐步普及而最终过渡到绿氢 。 通过变压吸附工艺 ， 从现有工厂的废气中分离出纯度 高达 97的氢气 。 预计 氢直接还原铁矿石项目示范规模约为 11万吨 。 氢技术只是该公司 2.5亿欧元碳减排投资 的一部分 。 预计 2023年投产 。 图 5 经测试，绿氢可替代焦炭和煤炭，助力钢铁行业脱碳 钢铁制造业 流程示例和用例 铁球团矿 应用 部分举例 工业 住宅 汽车 粗钢 海绵铁 安赛乐米塔尔 用例 铁精矿 HYBRIT项目 突破式氢炼铁 技术 1. 焦炭是一种近乎纯净的硬质多孔碳产品，通过在隔绝空气的情况下加热煤而制得； 焦炭在高炉中既是燃料又是还原剂，燃烧时会生成一氧化碳 资料来源企业网站，普华永道思略特分析 氢气与氧化铁反应 ， 产生 水蒸汽而不是二氧化碳 废料 非化石燃料焙烧 ， 直接 还原铁球团矿 ， 不产生 二氧化碳 瑞典矿业公司 LKAB正在测 试用生物油代替化石燃料 HYBRIT项目由瑞典钢铁制造商 SSAB、 矿业公司 LKAB 和能源公司 Vattenfall等三家公司发起 。 项目旨在探索钢铁生产中使用由可再生电力生产的氢 气 ， 以无碳氢代替焦炭 1和煤与氧化铁反应 。 2018年夏 ， HYBRIT中试厂在瑞典吕勒奥的 SSAB基地开 工建设 ， 瑞典能源署提供了 4400万欧元 的资金援助 。 试点阶段预计将持续到 2024年 ， 2025年至 2035年将为 示范阶段 。 思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察10 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 11思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 要素二 刺激低碳氢供应 为了加快低碳氢的发展 ， 推动高能耗行业中低碳氢替代碳氢化合物 ， 在成熟 的碳排放技术与更清洁的新型氢技术之间 ， 如何缩小两者的价格差成为当务 之急 。 目前 ， 电力成本占绿氢可变成本的 60-70， 因此 ， 获得成本低廉 、 供应充足的可再生能源为电解槽提供电力显得至关重要 。 思略特访谈的专家 表示 ， 当可再生能源的成本降至 20美元 /兆瓦时以下时 ， 绿氢将具有成本竞争 力 。 随着世界各国加大对可再生能源投资力度 ， 以及平准化能源成本的降 低 ， 规模效应有望于 2030年实现 。 与此同时 ， 电解槽制造商正在努力提高电解槽的效率并实现规模效应 ， 从而 降低可变成本 。 思略特预计 ， 聚合物电解质膜 （ PEM） 技术的效率将高于碱 性 （ ALK） 技术 ， 从而更进一步降低成本 。 如今 ， 生产 1公斤氢气所消耗的电力大约为 55千瓦时 。 随着电解技术日趋成 熟 ， 设备投资有望进一步降低 。 但需要注意到 ， 由于亚洲生产的电解槽相对 便宜 （ 500美元 /千瓦 ） ， 与欧洲生产的电解槽相比 ， 两者的设备投资支出可 能存在显著差异 。 技术的不同是造成差异的原因 ， 采用聚合物电解质膜技术 的电解槽要比采用碱性技术的电解槽的设备投资支出更高 （ 见下页 ， 图 6） 。 氢气的可变成本主要取决于电力的成本。” 电解槽制造商 思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察12 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 图 6 鉴于成本优化和二氧化碳价格上涨，到 2030年时绿氢将具有成本竞争力 思略特全球氢气成本演变模型，按技术划分 1 2018 2030E 2050E 4.5 4.0 3.5 3.0 2.1 -3. 2.3- 2.5 2.0 1.5 - 1.5 - 1.5 1. 0 1. 1 1.0 0.5 0.0 灰氢 蓝氢 绿氢 绿氢 灰氢 蓝氢 绿氢 绿氢 蓝绿氢 2 灰氢 蓝氢 绿氢 绿氢 蓝绿氢 2 ALK PEM ALK PEM ALK PEM 可再生能源 平准化成本 美元 /兆瓦时 29-45 20-25 15-17 绿氢 – 成本结构主要取决于电解槽的运营性支出 （ 当地电价 ） ， 绿色电力有望更便宜 （ 约 33美元 /兆 瓦时 ） ， 电解槽效率有望更高 （ 约 50千瓦时 /公斤氢气 ） ， 从而降低运营性支出 – 累计产量约每两年翻一番 ， 可能实现高达 70的降本 （ 资本项支出改善 ） – 二氧化碳的价格预计将升至约 50美元 /吨 （ 相应地 ， 天然气至少为 7美元 /吉焦 ） ， 从而使得绿 氢更具竞争力 蓝氢 – 天然气脱碳需承担 55-80美元 /吨二氧化碳的额外成本 蓝绿氢 – 利用熔融金属热解技术从天然气中制氢 – 出于政策或地质条件而不适用 碳捕获 、 利用与封存技术的地区具备优势 ， 但仍处于发展的早 期阶段 （ 例如巴斯夫的试点 ） 1. 基于新建项目的成本假设，不包括电解槽和建筑制冷所需成本 2. 蓝绿氢成本主要取决于天然气价格 3. 固体炭黑的当前价格为 400欧元 -2000欧元 /吨 4. 假设碳黑收入为 500欧元 -700欧元 /吨，可零成本生产蓝绿氢 5. 炭黑用例轮胎、橡胶、建筑材料 资料来源 彭博新能源财经 2019，国际能源署 2019， 能源转换和管理 2020，普华永道思略特研究 2020 1.0 -2. 2 1. 2- 2.3 1.4 -2. 31. 6-3 .0 1.5 -2. 8 1.5 -2. 7 1.4 -1. 8 0.8 -1. 3 0.7 -0. 9 2.1 -3. 6 2.3 -3 .8 1.1 -2. 0 1.5 -2. 4 1. 5-2. 4 美元 /公斤 主要成本洞察 13思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察 固体炭黑销售带来 的收入 3,4,5 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 绿氢需求的激增将有力推动可再生能源装机容量的增长 。 到 2030年时 ， 以电解 方式生产 1000万吨氢气将消耗约 550太瓦时的可再生能源 （ 以目前生产 1公斤氢 气约消耗 55千瓦时的电力计算 ） ， 这一数字已超过法国全年用电量 2020年法 国全年电力消费总量为 460太瓦时 。 部分可再生能源潜力巨大的国家既可以提供绿色能源为电解槽供电 ， 也可以生 产绿氢并出口到其他国家 （ 未来全球氢气贸易市场的主要潜在出口国和进口 国 ， 见图 7） 。 水是电解所需的另一个重要资源 。 生产 1公斤氢气需要大约 22升水 ， 因此用水 需求量巨大 。 在密集的工业区中 ， 获得足够的水资源用于电解并满足工业需求 可能并不容易 。 最后是蓝氢 （ 使用碳捕获技术 ， 用天然气生产的氢气 ） 的供应和扮演的角色 。 尽管以可再生能源生产清洁氢气是市场供应的终局 ， 但蓝氢的重要作用也不容 忽视在绿氢实现大规模生产前 ， 蓝氢将作为过渡技术 ， 生产足量的低碳氢 。 思略特在荷兰 、 英国等国家都观察到了这种情况 ， 挪威国家石油公司 Equinor、 德国能源巨头 Uniper与十多家合作伙伴共同成立了零碳联盟 （ Zero Carbon Humber） ， 使用碳捕获技术用天然气制氢 ， 并将二氧化碳出口封存在北海的海 底 。 图 7 海合会 1、澳大利亚、加拿大和摩洛哥具备向亚洲和欧洲国家大量出口氢气的潜力 日本 韩国 德国法国 巴西 印度 美国 中国 英国意大利 挪威 新西兰 智利 阿根廷 海合会 澳大利亚 加拿大 摩洛哥 自给自足 进口国 生产潜力 各国的绿氢气生产和消费潜力 低 潜力有限 高低 消费潜力 1. 海合会海湾合作委员会是区域性政府政治经济联盟，由波斯湾的所有阿拉伯国家组成，包括巴林、科威特、阿曼、卡塔尔、沙特阿拉伯和阿拉伯联合酋长国 资料来源普华永道思略特分析 高 出口国 思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察14 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 要素三 拉通供需输配和储存 氢气输配是拉通供需的关键环节 。 利用现有的天然气基础设施输配氢气是方案之一 。 根据欧洲天然气输配系统运营 商的估测 ， 可以在没有任何技术挑战的情况下将 10的氢气混入天然气进行输配 。 如果对输配管网进行小幅调整 ， 氢气混合的比例最高可达 20， 但建设氢气专用 基础设施的成本效益将会更高 。 然而氢气天然气混合气的经济模型仍比较模糊 ， 将昂贵的氢气混入廉价的天然气 会造成价值的损失 。 使用氢气供热的技术 ， 在部分项目上得到了论证例如英国 电网公司计划在 2030年建成该国的第一个氢气小镇 。 考虑到今后天然气用量可能减少 ， 用天然气管网输配氢气可防止输配系统运营商 陷入资产搁浅的困境 。 欧洲 11家天然气输配系统运营商联合发布了一篇欧洲氢气 主干网络研究 ， 展望了氢气输配基础设施的发展在氢枢纽周边区域管网的基础 上 ， 逐步发展到 2040年总长度 2.3万公里的泛欧洲管网 ， 其中约 75由现有的天 然气基础设施改造而成 ， 另外 25为新建的氢气专用管网 ， 建设总成本约为 640 亿欧元 （ 见下页 ， 图 8） 。 从 2025年起，区域内的输配基础设施需要连接氢产业集群和生 态体系。 ” 欧洲领先的管网制造商 15思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 270亿 -640亿欧元的一揽子投资 包括氢气管网建设和天然气管网改造的全部成本 ， 只占数千亿欧元绿氢生产投资总额的一小部分 75的管网 由改造后的基础设施组成 ， 占到资本性支出总额的 50 经营性支出包括假设负载因子为 5000小时 /年的 管网和压缩站 运维成本 ， 并考虑了 电费成本 到 2040年 ， 氢主干网总长将达 2.29万公里 ， 由现有天然气基础 设施 改造的管网占 75， 新建的氢气管网占 25 到 2040年 ， 管网应能够满足 欧洲每年 1130太瓦时的氢气需求 （ 激进情景 ） 预计将在 发展领先的氢气供需枢纽或 “ 氢谷 ” 及其周围 （ 例如 产业集群 、 港口 、 城市 、 试点项目和商用氢开发 ） 形成区域骨 干网 如今 ， 欧洲有约 1600公里的小型专用氢气管网 ， 用于在产业集 群之间运输基于化石燃料的灰氢 2040年时所需的资本性支出和运营性支出 图 8 基础设施是支撑氢市场发展的关键要素，预计到 2040年投资将高达 640亿欧元 拉通供需的欧洲氢气主干网发展 2030年约 6800公里 2040年约 2.3万公里 阿尔梅里亚 威尼斯 罗马 阿姆斯特丹 敦刻尔克 汉堡 巴勒莫 马赛 韦尔瓦 塔里 法 普埃托利亚诺 里昂 米兰波尔多 巴黎 阿科鲁尼亚 希洪 毕尔巴鄂 巴伦西亚 萨拉戈萨巴塞罗那 布拉格 莱比锡布鲁塞尔 汉堡 汉诺威 柏林 法兰克福 法兰克福 阿姆斯特丹 科隆 汉诺威 科隆 斯图加特 斯德哥尔摩 哥本哈根 潜在的氢气储存点现有 /新的岩盐溶腔 潜在的氢气储存点含水层 潜在的氢气储存点枯竭的气田 产业集群 用于定位用途的城市 （如果不是产业集群所在的城市） 资本性支出（十亿欧元） 低 1 高 1 管网成本 17 28 压缩成本 10 36 总投资 27 64 运营性支出（十亿欧元 /年） 低 高 运维成本 0.7 1.1 电力成本 0.9 2.4 运营性总支出 1.6 3.5 阿尔梅里亚 威尼斯 塔里 法 罗马 阿姆斯特丹 敦刻尔克 汉堡 巴勒莫 马赛 里昂 米兰 巴黎 波尔多 毕尔巴鄂 巴塞罗那 巴伦西亚 布拉格 莱比锡布鲁塞尔 汉堡 汉诺威 柏林 法兰克福 法兰克福 阿姆斯特丹 科隆 汉诺威 科隆 斯图加特 斯德哥尔摩 哥本哈根 哥德堡 改造现有天然气管网用于输配氢气 新建氢气管网 可能的其他路线 研究范围内的国家 研究范围外的国家 1.低和高取决于天然气输配系统运营商在天然气管网投资和维护方面的经验，并类推到氢气 资料来源 Guidehouse欧盟氢气主干网报告，普华永道思略特分析 思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察16 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 对于无法通过管网连接的区域 ， 可以采用其他方案 。 运输压缩氢气可以满足出 行市场的需求 。 但由于氢的能量体积密度低 ， 只能少量运输 ， 难以满足各行各 业日益庞大的能源需求 。 液化氢是在短时间内运输或储存氢气的另一种方案 。 但由于成本高昂且需要存 储在零下 253摄氏度的环境 ， 因此液化氢更可能用作航空航天 （ 例如中短途飞 行和火箭推进 ） 的燃料 。 甲基环己烷或甲醇等液态有机氢载体也是长距离散装运输氢的方法 ， 与现有的 运输方式完全兼容 、 可重复使用 ， 并且可以在室温和大气压下操作 ， 但缺点是 消费时需要加热分离氢气 ， 且需要一定的时间进行化学反应 。 氨也是长时间大批量储存氢气的便捷手段 。 氨具有较高的能量密度 ， 无需进一 步转化即可广泛用于工业领域 ， 也可以直接用作燃料为燃气轮机或轮船提供动 力 。 氨拥有成熟的供应网络和运输基础设施 ， 但缺点是毒性高 、 燃烧过程中会 排放氮氧化物 。 与液态有机氢载体相比 ， 氨在成本方面具有微弱的优势 。 除运输外 ， 氢气也需要存储 ， 以确保大批量 、 不间断地供应工业用户 。 氢可以 通过氨 、 液态有机氢载体或液态氢的形式存储为液态 ， 但成本远远高于以气态 形式储存 。 岩盐溶腔和枯竭的气田是大批量储存的最佳方案 ， 成本分别不高于 0.30美元 /公斤和 2美元 /公斤 。 但这些储存点地理位置偏远 ， 并不是匹配供需最 有效的方法 。 目前 ， 含水层存储之类的替代方案仍在研究中 ， 但面临着气体体 积损失 、 与细菌的化学和微生物反应导致井眼腐蚀等技术和操作层面的难题 。 17思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 最终用途 目标 介绍 涉及利益相关方 年份 图 9 案例研究 2020年 9月，沙特阿拉伯与日本之间开展了世界上首批蓝氨运输 通过能源载体和循环碳经济实现可持续的氢利用 项目名称 沙特 -日本蓝氨供应示范 2017年启动合作 2020年实现首批运输 沙特基础工业公司  将碳氢化合物转化为氢，再转化为氨  捕获的二氧化碳排放 – 30吨二氧化碳稍后将运往沙特基础工业公司旗下的国家甲醇公司用于生产甲醇 – 20吨二氧化碳用于沙特阿美乌德曼尼亚油田提高石油采收率  在日本的零碳电厂中使用氨发电  作为循环碳经济的一部分，树立了成功的跨国多行业伙伴关系 运输 40吨高纯度蓝氨用于零碳发电 能源 日本电气学会 沙特阿拉伯 日本经济产业省沙特阿美 资料来源 项目网站， 普华永道思略特分析 思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察18 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 要素四 3 https//eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/uriCELEX52020DC0301 监管框架为市场提供支撑 尽管供应 、 需求 、 输配储存是氢经济的核心支柱 ， 但这些支柱需要建立在强有力 的政策和监管框架内 。 各国政府应该发挥关键作用 ， 确保制定目标明确的氢战 略 ， 配合战略性投资和财政鼓励 ， 从而释放正确的市场信号 ， 鼓励民营投资参 与 。 英国在促进海上风电产业发展的过程中 ， 就采取了这种方式 。 英国制订了成 为全球海上风电产业领导者的宏伟愿景 ， 确定了发展目标 ， 并通过差价合约鼓励 投资 。 自 21世纪初启动以来 ， 英国海上风电装机容量在 2020年已达 10吉瓦左右 ， 且正朝着 2030年达到 40吉瓦的目标迈进 。 欧洲各地也有类似的氢经济发展举措 。 欧盟的氢发展路线图 （ 见第 20页 ， 图 10） 和部分国家最近制定的国家级氢战略 （ 见第 21页 ， 图 11） 是确保充分发挥绿氢市 场潜力的重要一环 ， 为市场提供了长期的可预见性 ， 使得供需两侧的利益相关方 都能开展必要的投资 。 各国之间的合作与协调对于确保公平竞争至关重要 。 政府也需要为处于起步阶段的绿氢市场提供财政支持 ， 为生产商和用户提供适当 的激励 ， 鼓励其转为使用低碳氢技术 。 激励可采取多种形式 ， 或是对资本性支出 或运营性支出提供直接财政补贴 ， 或是采取补偿机制 。 2020年 12月 ， 欧洲达成建 立氢项目的协议 ， 将为实现欧盟氢战略 3中设定的电解槽产能安装目标提供真正的 推动力 。 在国家层面 ， 新冠疫情期间用于刺激经济的资金将成为强有力的经济杠杆 ， 为项 目示范 、 氢技术开发 、 刺激供需提供资金支持 。 在 2030年绿氢的成本优势形成 前 ， 这种支持需要不断继续 。 监管也是推动向绿氢转型的关键 。 增加碳税 、 设定工业过程中使用氢的约束性目 标或强制性配额 ， 都将有助于实现创造大量氢需求并支撑市场高速发展的目标 。 19思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 培育研发和创新，保持 欧盟技术领先地位 到 2050年实现气候中立、 零污染的欧盟经济 比计划的 2030年提前实 现温室气体减排目标 图 10 2020年欧盟氢战略正促进氢能的开发和合作，从而到 2050年实现宏伟目标 欧盟 2050年氢战略路线图 主要目标 主要方面 主要措施 制定投资计划  刺激氢气的生产和使用 ，并建立计划项目清单  根据欧盟委员会的经济复苏计划，为清洁氢气提供 战略投资支持 刺激氢需求，扩大氢产量  提出措施，促进运输行业对氢气及其衍生物的使用  探索其他支持措施，包括最终用户行业的需求侧政策  推出低碳阈值和标准，从而推广氢气  制定碳差价合约项目，为低碳生产提供支持 设计支持框架扶持计划、 市场规则和基础设施  规划 欧盟的 氢基础设施 网络和加氢站网络  探索其他支持措施 ， 包括最终用户行业的需求侧政策  设计有利的市场规则 ， 以支持氢气布局 ， 打造集成度高 、 流动性好的氢气 市场 推进氢技术的研发与创新  根据 “ 地平线 2020” 计划 ， 推出 100兆瓦电解槽 、 绿色机场和港口的提案 征集  建立清洁氢气合作伙伴关系 ， 聚焦可再生氢气的生产 、 输配和存储  指导关键试点项目的开发 ， 推进氢气技术示范 加强国际影响与合作  强化欧盟在氢技术标准和法规制定方面的领导地位  促进与发达国家、发展中国家、能源输出国的合作  制定与非洲联盟开展可再生氢气合作的流程  到 2021年制定欧元计价交易的基准 资料来源气候中立欧洲的氢战略，普华永道思略特分析 刺激经济增长、提供资 金、创造就业机会，为 欧盟经济复苏做出贡献 思略特 | 氢能源行业前景分析与洞察20 下载日志已记录，仅供内部参考，请勿外传 主要目标 国家战略的发布年份 国家承诺的投资（欧元） 国家对氢气的关注度 2018年天然气消费量 （太瓦时） 图 11 欧洲各国对氢的关注日益增加，多数国家都发布了国家级氢战略 （部分欧洲国家） 950 880 769 530 475 399 350 208 193 96 65 德国 英国 意大利 土耳其 法国 荷兰 西班牙 马耳他 比利时 奥地利 葡萄牙 2020 N/A N/A 2020 2020 2020 2020 N/A N/A N/A N/A N/A N/A 建筑 出行 能源 工业 2030年电 解槽装机 容 量达 5 吉瓦 ， 计 划到 2035 年增加到 10吉瓦 在 2021年 11月前发 布国家战 略；聚焦 蓝氢和绿 氢 聚焦在 生产 、