綠氫正在掀起新一輪能源革命

2021-05-10 14:37

背景

氫能作為一種清潔、高效、可持續的的二次能源，將在未來能源格局中發揮重要作用，不少國家將氫能作為未來國家戰略不可分割的一部分。截止2020年底，至少有35個國家正在研究推廣氫氣，其中約20個國家地區已經發布國家級氫能戰略。

在諸多制氫路線中，依托電解槽和可再生能源發電制備的綠氫因其真正意義的清潔性而備受行業重視。隨著可再生能源發電及電解槽成本的下降，綠氫未來有望成為一個帶動當地發展、創造新型就業的規模產業，并在長遠的未來逐步取代石油等化石燃料，重塑全球進出口供需關系格局。

全球吉瓦級綠氫建設項目激增，規模達144GW

據香橙會氫能數據庫統計，全球已有約70個在建中的綠氫項目，其中吉瓦級項目22個，主要分布在歐洲（11個）和澳大利亞（7個），中東和南美也有巨大潛力。從綠氫產能來看，全球規劃中的吉瓦級綠氫項目產能合計144．1GW，其中歐洲和澳大利亞占了接近93％，處于絕對領先。按照之前歐盟提出的2024年電解槽規模達6GW、2030年達40GW的目標來看，現有規劃中的綠氫項目如能順利投產則將大幅超額達標。

目前全球規劃中最大的綠氫項目是位于西班牙的Hydeal計劃，由歐洲三十家公司聯合啟動。該計劃預計于2022年啟動，目標是到2030年形成67GW的電解槽規模和95GW的光伏產能，每年將生產360萬噸綠色氫，供給能源、工業和移動用戶，可替代西班牙兩個月的石油消耗量。

堿性電解技術是大規模制氫助力，PEM電解技術是未來趨勢

從技術路線來看，全球目前主流電解水技術為質子交換膜（PEM）和堿性電解（ALK）兩種。

堿性電解水技術歷史悠久，技術成熟，早在上世紀20年代就已經實現工業化制氫，主要應用于石油精煉和制氨等領域。為克服堿性電解槽的缺點，通用電氣于上世紀60年代開發了PEM電解水技術，隨后受太空探索等需求推動，PEM電解水技術于70－80年代得到行業矚目和發展，目前處于研究和小規模應用階段。兩個技術路線各有利弊：堿性電解技術：優勢：技術成熟，壽命長，系統功率高，單堆產氫量大劣勢：堿性電解液具有腐蝕性，響應速度慢，生產速率低，靈活度差。

PEM電解技術：優勢：工作電流密度和系統效率更高，動態響應速度快，氫氣純度高劣勢：使用貴金屬催化劑導致成本高，壽命相對較短由于堿性電解技術成熟且制氫量大，適合吉瓦級綠氫項目。PEM技術靈活迅速，在兆瓦級項目中多有應用，未來隨著技術突破和降本將有望提升規模。

全球主要電解槽供應商

全球綠氫項目離不開優質的電解槽企業。據香橙會氫能數據庫不完全統計，全球（除中國外）主要的電解槽供應商約有15家，主要集中于歐洲。主要技術路線為堿性電解槽和PEM電解槽，亦或兩者兼有。

Nel是全球最大規模的電解槽制造商，產品覆蓋各種型號的PEM電解槽和堿性電解槽兩種。自公司于20世紀70年代開始商業化銷售以來，已在全球80多個國家交付超3500臺電解槽，目前正建設全球最大電解槽工廠，產能將達2 GW。

ITM Power英國的PEM電解槽制造商，現有產能1 GW，為世界最大。公司2021年1月向林德出售了目前全球最大的單體PEM電解槽，功率達24MW，投放于德國洛伊納化工園區，預計2022年下半年投產，將搭配林德管道網絡為周邊工業用戶提供綠氫。

康明斯2019年收購水吉能后獲得HyLYZER PEM電解槽技術，今年年初在加拿大投放了一個20MW的PEM電解槽項目，正式投入商業運營。該項目位于加拿大魁北克省的液化空氣制氫廠，每年可生產3，000噸以上的綠氫，日產量高達8．2噸，是目前世界上運營中產量最大的PEM電解水制氫裝置。

McPhy是一家法國堿性電解槽和加氫站制造商，將為全球規劃最大的綠氫項目Hydeal提供電解槽。

Enapter是一家意大利電解槽企業，其技術路線較為特別，從2020年4月起在其官網發起眾籌，資金用于推動陰離子交換膜（AEM）技術的商業化。AEM技術優勢包括高電流密度，快速響應，長壽命和材料廉價等，不需要貴金屬，兼備PEM和堿性電解槽優勢，有利于模塊化生產電解槽，靈活應用。

綠氫降本速度加快

總體來看，綠氫降本速度將有望提升。今年4月，BloombergNEF發布氫能平價更新報告建模預測了15－28個國家未來的綠氫降本路線，指出到2050年綠氫價格將低于天然氣、灰氫和藍氫，屆時綠氫成本將較現在降低85％，低于1美元／kg。報告同時表示到2030年，從成本上來講藍氫項目的必要性將大大降低了。受益于光伏成本的大幅降低，未來綠氫降本有望提速。

目前全球主要機構和公司對未來綠氫的降本路線均有預測，不同國家地區受制于當地資源稟賦的差異，降本速度和路徑會有差異。

未來綠氫進出口格局

從未來供需關系來看，歐洲和日韓為主要綠氫消費地區，澳大利亞、中東、北非和南美定位為綠氫供應地區。

歐洲本土可再生能源豐富，但未來綠氫消耗量也大，自產和進口并行。計劃到2050年實現完全脫碳，并增加歐洲能源系統中的可再生能源電力所占的份額將是這一戰略的核心。其中，德國將有望成為最大的氫氣消費國之一。德國目前的戰略草案是計劃到2030年，清潔氫占德國工業用氫總量達20％，德國未來將安裝5吉瓦電解槽能力。到2026年，德國相關領域投資將超過14億歐元。德國工業聯合會（BDI）稱，發展氫能經濟將是德國工業重中之重。該國除了在歐洲各國布局以外，也積極規劃從中東、北非和澳大利亞等地區調用外部氫源，以滿足未來氫氣需求。

歐洲的可再生能源分南北兩部分，北方以海上風力發電為主，尤其是在北海、愛爾蘭海、波羅的海和地中海部分地區，大型海上風力發電具有巨大的潛力，可以在沒有補貼的情況下以有競爭力的價格進行（Vattenfall， 2019）（Guardian， 2019）。南方以伊比利亞半島、意大利和希臘為代表，具備豐富的太陽能資源，可以無補貼、有競爭力地建造光伏設備（Energylivenews， 2019），另外，英國、愛爾蘭以及葡萄牙、波蘭和德國等許多歐洲沿海地區也有大規模陸上風能潛力。

澳大利亞成為未來日韓的重要氫氣供給國。澳大利亞坐擁豐富的風光資源，其綠氫項目主要位于國土西部，除滿足皮爾巴拉礦區的自有需求以外，未來綠氫產能主要滿足日韓等國家的需求。澳大利亞總理Scott Morrison推出5．39億澳元清潔能源計劃，其中2．75億澳元用于開發4座清潔氫能中心以及設立清潔氫認證計劃。剩下金額用于支持清潔氫發展，碳捕捉和儲能項目。2019年12月，日本川崎重工宣布全球首艘液氫運輸船SUISO FRONTIER”該公司位于日本神戶港的船廠下水。這是世界上第一艘運輸液化氫的海上運輸船，極大地擴大綠色能源的貨運能力。2020年12月，德國和澳大利亞當天啟動為期2年、名為“HySupply”的綠色氫氣合作項目，從澳大利亞輸送氫氣到德國，有助于德國未來以有競爭力價格進口綠色氫氣。

南美洲以智利和巴西為代表，其中智利依靠其豐富的太陽光資源野心勃勃，2020年提出未來10年內成為未來世界上的綠氫出口大國的目標，但財政支持不足且經濟基礎較差，難以快速擴大規模。

中東和北非綠氫項目起步較晚較慢，但可再生能源豐富。北非的太陽能資源比南歐好且豐富，撒哈拉沙漠是世界上全年陽光最充足的地區，每年有3600小時的日照，一些地區可達4000小時（Varadi， Wouters，＆ Hoffmann， 2018）。豐富的光能使得中東地區電價較低，未來可向歐洲出口廉價綠氫。