3.充當能源緩沖載體以提高能源系統(tǒng)的韌性

氫能有助于將全球的能量儲存與不斷變化的能源需求相關(guān)聯(lián)。由于其能量密度高、可長期儲存以及用途廣泛等特點，氫能非常適合作為能源緩沖載體和戰(zhàn)略儲備。

如今，全球能源約有90 EJ（占每年終端用能的24%）的能源儲備，幾乎全部以化石燃料的形式存在。氫能理事會認為，未來能源儲備量不太可能大幅減少。

然而，隨著能源消費者和電力部門開始轉(zhuǎn)向替代能源，以化石能源存在的儲備量可能會縮減，因為消耗化石能源的應(yīng)用場景是有限的。最有效的能源緩沖載體將會變得多樣化，它們可以直接用于（或轉(zhuǎn)化為）終端用能場景。這樣的能源緩沖載體將包括化石燃料、生物燃料/生物質(zhì)/合成燃料，還有氫氣。

4.降低交通運輸過程中的碳排放

燃氣電池電動汽車（FCEVs）在降低交通運輸過程中的碳排放中具有重要意義。當前，石油在全球交通運輸消耗的燃料中占絕對地位，汽油和柴油占縱然了消耗的96%和全球碳排放量的21%（如圖5所示）。

混合動力汽車（HEVs）和插電式混合動力汽車（PHEVs）等高效混合動力汽車已經(jīng)有效地降低了汽車尾氣排放。但是，為了完全實現(xiàn)交通運輸過程中的零排放，需要采用氫驅(qū)動的燃料電池電動車（FCEVs）和蓄電池電動車（BEVs），或者二者的混合形式。交通出行領(lǐng)域的技術(shù)進步和新的發(fā)展趨勢（如車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛技術(shù)、共享汽車）將對新技術(shù)的應(yīng)用和轉(zhuǎn)型速度水平產(chǎn)生影響。

圖5 燃料電池車將在交通碳減排領(lǐng)域起到關(guān)鍵作用

兩種電動車采用了類似和互補的技術(shù)，且分別適合不同的細分市場和用戶。除了降低CO2排放，它們還能有助于改善當?shù)乜諝赓|(zhì)量和減少噪音。

燃料電池車在多個方面有重要好處。首先，它能在不中途加注燃料的情況下長距離行駛（已經(jīng)超過500公里），續(xù)航里程是消費者非常關(guān)注的一個方面。其次，類似于目前的汽油/柴油車，給燃料電池車加注燃料也非�？旖荩�3~5分鐘），這給消費者提供極大的便利。第三，由于儲氫系統(tǒng)的能量密度非常高（與蓄電池相比），燃料電池車動力系統(tǒng)成本和重量受儲能容量（kWh）的影響不大。這使得該技術(shù)受到了需要存儲大量能量的車輛類型的青睞（如重載能力和/或長距離/高頻使用的車輛類型）。最后，燃料電池車的基礎(chǔ)設(shè)施可以建立在現(xiàn)有的汽油分銷和零售基礎(chǔ)設(shè)施之上，形成成本優(yōu)勢并保留當?shù)鼐蜆I(yè)和資產(chǎn)投入。

燃料電池車將出現(xiàn)在多個細分市場領(lǐng)域�？紤]到上述有點，該技術(shù)將對降低碳排放的交通運輸領(lǐng)域尤為重要，包括乘用車（如中、大型小汽車、運輸車、出租車）、中型運輸車、公共汽車和非電驅(qū)動列車。目前，還有研究致力于將氫氣制成的合成燃料用于船舶和航空領(lǐng)域（如圖6所示）。

在乘用車領(lǐng)域，燃料電池車的總擁有成本（TCO）目前還高于內(nèi)燃機（ICE）車，但在日本其行駛成本（每公里氫能費用）已經(jīng)接近混合動力車（HEVs）。當燃料電池車達到大規(guī)模商業(yè)化的時候，我們相信兩種技術(shù)在中、大型乘用車的總擁有成本（TCO）方面可以達到相當?shù)乃�平�?/p>

圖6 在該領(lǐng)域領(lǐng)先的部分西方和亞洲國家計劃在未來十年內(nèi)大規(guī)模推動氫能基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。加氫站（HRS）數(shù)量分布示意圖。

燃料電池運輸車和公共交通配套的基礎(chǔ)設(shè)施部署往往更簡單、成本也更低，因此特定的運輸車和公共交通將更快地實現(xiàn)平價推廣。

主要汽車企業(yè)正在尋求零碳排放汽車的解決方案。三家領(lǐng)先的汽車制造商已經(jīng)率先推出了商業(yè)化應(yīng)用的燃料電池車，而其它制造商也已經(jīng)宣布有意盡快推出自己的燃料電池車。燃料電池車正在逐步實現(xiàn)商業(yè)化，日本和美國的燃料電池車保有量已超過一千輛，歐洲也有幾百輛。多家代加工廠商（OEMs）擁有燃料電池車生產(chǎn)線，每年可生產(chǎn)幾千輛燃料電池車。到本世紀20年代初，預(yù)計將出現(xiàn)大幅增長，代加工廠商將有能力每年商業(yè)化生產(chǎn)幾萬輛乘用燃料電池車。這與多個國家發(fā)展燃料電池車的目標是相一致的。例如，中國的目標是到2025年在路上行駛的燃料電池車達到5萬輛，到2030年達到100萬輛。日本預(yù)計到2025年達到20萬輛，到2030年達到80萬輛。

燃料電池車開始進入公交和貨物運輸領(lǐng)域。雖然目前燃料電池公交車的市場份額仍然很�。ㄈ�球上路的約有500輛），但最近的投資數(shù)據(jù)顯示，公交領(lǐng)域開始應(yīng)用燃料電池車方案的勢頭越來越猛。例如，連云港海通公交公司（中國）計劃投入1500輛燃料電池車，歐洲已宣布到2020年將部署總共600~1000輛燃料電池車，韓國也計劃在2030年前替代2.7萬輛CNG公交車。目前，幾個代加工廠商將目標鎖定在商業(yè)化的重型車輛上。德國還宣稱他們將投入使用一批氫燃料電池列車。燃料電池列車與燃油機車相比已經(jīng)具備價格競爭能力（從總擁有成本的角度來看）。

在該領(lǐng)域領(lǐng)先的西方和亞洲國家計劃在未來十年內(nèi)大規(guī)模建設(shè)氫能基礎(chǔ)設(shè)施。在歐洲，加氫站預(yù)計每兩年就翻一番，到2023年盡在德國就會有400座加氫站，美國加州到2020年的目標是擁有100座加氫站。日本投入運營的加氫站已經(jīng)超過了80座，韓國和中國計劃建立一個氫能網(wǎng)絡(luò)，目標到2025年總共達到830座加氫站。預(yù)計到2025年，全球?qū)⒂谐�過3000座加氫站來滿足約200萬輛燃料電池車的永清需求。經(jīng)過這一階段的發(fā)展后，加氫基礎(chǔ)設(shè)施將實現(xiàn)自然增長。

5.降低工業(yè)用能領(lǐng)域的碳排放

如今，工業(yè)過程中大量消耗天然氣、煤炭和石油等化石能源，產(chǎn)生了全球20%的二氧化碳排放。工業(yè)領(lǐng)域亟需提高能效（包括余熱回收利用），從而減少能源消耗。水蒸汽電解技術(shù)可以幫助將廢熱轉(zhuǎn)化為氫氣。不論是低品位，還是高品位的用熱，工業(yè)領(lǐng)域都需要針對其工藝用熱進行脫碳處理。

為了減少低品位熱的碳排放，工業(yè)領(lǐng)域可以選擇的技術(shù)方案有很多。熱泵和電鍋爐在一些地區(qū)有供熱優(yōu)勢，而當氫能是來自于化工副產(chǎn)品或者特定工業(yè)需要配備不間斷電源和熱源（可由燃料電池提供）時，氫能顯然具有更大的優(yōu)勢。氫氣可以在氫燃燒器中燃燒，也可以用于燃料電池，是一種零排放的供熱方案。

對獲取高品位熱能（高于400°C）的過程進行碳減排更具挑戰(zhàn)。根據(jù)當?shù)貤l件，燃氫鍋爐可以對電加熱進行補充，以產(chǎn)生高品位的熱能：考慮到電加熱系統(tǒng)在設(shè)計方面的限制，一些地區(qū)和領(lǐng)域更傾向于使用氫技術(shù)。

當前低品位用熱領(lǐng)域氫氣已經(jīng)得到了應(yīng)用，如工藝加熱和干燥等。未來，隨著氫氣燃燒器和燃料電池的應(yīng)用，工業(yè)領(lǐng)域從低到高不同品位的用熱負荷均可以通過氫能來滿足。燃料電池與燃燒器相比效率更高，且能同時提供熱量和電力，但是部署燃料電池初投資較大。而燃燒器只需要對現(xiàn)有設(shè)備進行改進。

6.將捕集的碳用作原料

氫基化學(xué)可以作為碳匯，降低石化價值鏈的碳排放，并成為其中的一部分。當前，原油（衍生物）被用作化工產(chǎn)品、燃料、塑料和醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)原料。幾乎所有這些產(chǎn)品都含有碳和氫。如果碳捕集和利用（CCU）技術(shù)實現(xiàn)大發(fā)展（作為循環(huán)經(jīng)濟和替代碳存儲的一部分），該技術(shù)將通過利用（綠色的）氫能把捕集的碳轉(zhuǎn)化為可用的化學(xué)品，如甲醇、甲烷、甲酸和尿素等。氫的這些應(yīng)用使得碳捕集和利用（CCU）技術(shù)成為其他難以實現(xiàn)脫碳的行業(yè)（如水泥和鋼鐵）中可行的實施方案，將有助于降低部分石化價值鏈的碳排放。

使用氫和捕獲的碳來生產(chǎn)化工原料的技術(shù)目前處于研發(fā)階段，正在開展初試驗證。冰島有一座正在運營的地熱電站，該電站利用產(chǎn)生的電能制氫，并和CO2結(jié)合制取甲醇。據(jù)稱這種甲醇共產(chǎn)方法在電價為30歐元/兆瓦時的條件下具有成本競爭力，不同的當?shù)貤l件可能會導(dǎo)致不同的結(jié)果。瑞典已計劃開展一個類似的項目，將對鋼鐵行業(yè)中捕集的CO2加以利用。德國將鋼鐵生產(chǎn)中排放的碳與來來自過剩電力的氫結(jié)合，以生產(chǎn)化學(xué)品。該項目仍處于概念階段，預(yù)計將在15年內(nèi)達到規(guī)模發(fā)展。

7.降低建筑采暖的碳排放

采暖和生活熱水約占居民住宅能耗的80%。每年大約50 EJ的能量用于全球住宅供暖，貢獻了全球碳排放量的12%。氫能將成為降低建筑采暖碳排放方案中的一個重要選項。當?shù)貤l件決定了方案的選擇。

建筑采暖可以通過直接燃燒氫氣或者氫能利用技術(shù)來滿足，甚至可以將二者相結(jié)合：氫能利用技術(shù)有燃料電池微型熱電聯(lián)產(chǎn)等。這一技術(shù)可以高效地提供熱能和電能（效率大于90%）。氫氣本身也可以作為燃料使用（純氫或與其他氣體混合使用，部分降低氣體管網(wǎng)的含碳量）。對于那些與天然氣管網(wǎng)相連的住宅，改用氫氣燃燒供熱將有可能繼續(xù)使用現(xiàn)有的氣網(wǎng)。通過一些小的投資改造，現(xiàn)有氣網(wǎng)可安全地輸送氫氣和天然氣的混合氣體。要想實現(xiàn)完全脫碳，需要全部轉(zhuǎn)向氫氣，也就是像英國利茲天然氣管網(wǎng)的發(fā)展目標一樣。

在全球范圍內(nèi)，大約19萬座建筑已經(jīng)使用了氫基燃料電池微型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)來供熱。大多數(shù)的這種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（效率高于95%）位于日本，其中大約一半是用甲烷與重整器相結(jié)合的方式產(chǎn)生氫氣。該項目表明了這種微型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)足以滿足居民用熱和用電需求。預(yù)計到2030年，將有約530萬戶的日本家庭使用這種微型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。規(guī)模經(jīng)濟已經(jīng)讓這種設(shè)備的價格降低了50%以上，從2009年的2.4美元/瓦到2014年的1美元/瓦。

第三章 全面發(fā)展氫能面臨的挑戰(zhàn)與機遇

長期來看，發(fā)展氫能的多方面好處是非常值得關(guān)注的，它為能源轉(zhuǎn)型提供了一條可行的實現(xiàn)路徑。在過去三年，氫能發(fā)展明顯增速，各個行業(yè)的商業(yè)化應(yīng)用也越來越多。氫能價值產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)都在致力于提高技術(shù)相關(guān)的價格成本競爭力和產(chǎn)品性能（如圖7所示）。

圖7 氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的持續(xù)進步（氫能技術(shù)的典型場景）

然而，當氫能在能源轉(zhuǎn)型過程中充分發(fā)揮所有優(yōu)勢之前，還需要克服很多的障礙。這些障礙包括：對其在能源轉(zhuǎn)型的重要作用認識不足，缺乏減輕和分擔初始大規(guī)模投資長期風險的機制，缺乏對利益相關(guān)方行動的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，對正處于發(fā)展階段的技術(shù)缺乏公平的經(jīng)濟性待遇，可帶動規(guī)模經(jīng)濟的相關(guān)技術(shù)標準有限。

多數(shù)氫能相關(guān)的投資需要10~20年的長期投資。尤其是在發(fā)展早期，在消費需求增長之前，就需要相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施投資。目前缺乏明確且有約束力的碳減排目標和刺激政策，這削減了潛在投資者承擔長期風險的意愿和決心。日本已經(jīng)開辟了降低這些風險的道路。政府和工業(yè)企業(yè)共同制定了長期的“氫能社會”發(fā)展路線圖。

氫能在交通運輸領(lǐng)域的應(yīng)用需要跨行業(yè)的協(xié)調(diào)努力，以解決基礎(chǔ)設(shè)施部署（加氫站）和氫能需求（燃料電池車）之間不匹配的問題。德國的氫氣交通運輸行業(yè)在這方面就做了大量努力。該行業(yè)聯(lián)盟計劃與德國政府一起投資3.5億歐元， 在2023年前建立400座燃料電池車加氫站。另一個例子是加利福尼亞州燃料電池合作伙伴關(guān)系，它是由汽車制造商、能源公司、燃料電池技術(shù)公司和政府機構(gòu)共同建立的合作關(guān)系，致力于在加利福尼亞州實現(xiàn)燃料電池車和氫能的商業(yè)化應(yīng)用。雖然已經(jīng)取得了這樣一些成績，但為了全面推廣氫能的應(yīng)用還需要在全世界范圍內(nèi)采取類似的協(xié)調(diào)舉措。

很多新興技術(shù)經(jīng)常從一些優(yōu)惠經(jīng)濟政策和政府指導(dǎo)意見中受益，如可再生能源上網(wǎng)電價和可再生能源義務(wù)許可證（ROCs），還有歐盟成員國的可再生能源發(fā)展目標。然而，相關(guān)法規(guī)并沒有體現(xiàn)發(fā)展氫能的好處。例如，德國的法規(guī)對氫儲能中電能的輸入和輸出征收雙重稅，導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)沒有太大積極性去發(fā)展氫儲能以利用丟棄的電量。

燃料電池和制氫系統(tǒng)的成本競爭力及性能水平近年來有所提升（例如，燃料電池的成本下降超過50%），但由于建立的行業(yè)標準仍然有限，燃料電池性能的提升并未充分發(fā)揮其潛力。推進能源轉(zhuǎn)型需要針對燃料電池和氫能體系建立統(tǒng)一的地區(qū)和行業(yè)標準，以便在研發(fā)、應(yīng)用（RD&D）和制造等方面實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟。氫能理事會成員單位計劃將投資從研發(fā)和應(yīng)用向商業(yè)化轉(zhuǎn)移（如圖8所示）。

圖8 氫能理事會成員單位計劃計劃增加針對氫能市場開發(fā)的投資。氫能理事會成員單位投資情況，單位：十億歐元/年。

推動氫能發(fā)展的政策建議

我們氫能理事會的各成員單位相信，氫能在能源轉(zhuǎn)型中起著關(guān)鍵作用。相應(yīng)技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)成熟，并達到了商業(yè)化應(yīng)用的條件。

我們認為需要更多的投資來推動氫能相關(guān)的產(chǎn)品發(fā)展。僅氫能理事會成員在未來五年計劃投入的資金就已經(jīng)達到了100億歐元。

我們邀請各國政府與我們一起來認識氫能對能源轉(zhuǎn)型的重要作用，并支持氫能理事會和致力于推動氫能發(fā)展的其他相關(guān)團體。

為了使氫能在能源轉(zhuǎn)型過程中積極發(fā)揮作用，我們提出以下政策建議：

1.提供長期、穩(wěn)定的政策支持，引導(dǎo)全行業(yè)的能源轉(zhuǎn)型（能源、運輸、工業(yè)和建筑）。我們將在各個行業(yè)提供專業(yè)化的、可行的碳減排解決方案。

2.制定相應(yīng)的協(xié)調(diào)和機理政策，鼓勵盡早實施氫能方案和民營資本的進入。這些政策應(yīng)對行業(yè)政策形成補充，并提供充分挖掘氫能優(yōu)勢的手段。

在運輸行業(yè)，充分協(xié)調(diào)政府（引導(dǎo)發(fā)展方向）、汽車制造商（生產(chǎn)制造燃料電池車）、基礎(chǔ)設(shè)施運營商（投資建設(shè)和運營氫氣供應(yīng)及分銷網(wǎng)絡(luò)）和消費者（購買燃料電池車）之間的關(guān)系。

確保在上網(wǎng)電價、限電管理、季節(jié)性平衡電量收益以及稅收方面的能源市場改革取得成效，并充分考慮氫能給能源系統(tǒng)帶來的好處。

提供金融工具，在公共擔保的保障條件下，利用民營資本降低早期項目的風險。

推動各地區(qū)和各部門行業(yè)標準的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，以實現(xiàn)氫能技術(shù)的規(guī)模化發(fā)展并降低成本。