國際氫能貿(mào)易進(jìn)展情況分析

2022-12-05 來源：清氫研究院 瀏覽數(shù)：370

從目前氫能出口導(dǎo)向型項(xiàng)目的開發(fā)情況來看，預(yù)計(jì)到2026年全球氫能出口量將達(dá)到260萬噸，到2030年將達(dá)1200萬噸。這些項(xiàng)目都是在過去兩年宣布的，且大多數(shù)項(xiàng)目均以氨作為氫能運(yùn)輸載體。不過，氫能進(jìn)口導(dǎo)向型項(xiàng)目進(jìn)展相對(duì)緩慢，每年只有200萬噸氫的出口量找到了客戶。項(xiàng)目開發(fā)方和投資者在這一新市場中面臨著高度的不確定性、氫能貿(mào)易政策的不完善，阻礙了國際氫能貿(mào)易發(fā)展。

 從目前氫能出口導(dǎo)向型項(xiàng)目的開發(fā)情況來看，預(yù)計(jì)到2026年全球氫能出口量將達(dá)到260萬噸，到2030年將達(dá)1200萬噸。這些項(xiàng)目都是在過去兩年宣布的，且大多數(shù)項(xiàng)目均以氨作為氫能運(yùn)輸載體。不過，氫能進(jìn)口導(dǎo)向型項(xiàng)目進(jìn)展相對(duì)緩慢，每年只有200萬噸氫的出口量找到了客戶。項(xiàng)目開發(fā)方和投資者在這一新市場中面臨著高度的不確定性、氫能貿(mào)易政策的不完善，阻礙了國際氫能貿(mào)易發(fā)展。

 

此外，現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施需要進(jìn)行氫能適用改造，以滿足氫能運(yùn)輸需求。與新建輸氫管道相比，改造天然氣管道用于輸送氫能可以節(jié)約50%~80%的建設(shè)成本。目前，一些項(xiàng)目已在推進(jìn)之中，將把數(shù)千公里的天然氣管道改造為輸氫管道。不過，管道改造的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足，工作量也很大。

 

 

國際氫能貿(mào)易取得重大進(jìn)展

 

2020年，國際氫能貿(mào)易示范取得重大進(jìn)展。先進(jìn)氫能源鏈技術(shù)開發(fā)協(xié)會(huì)通過液態(tài)有機(jī)氫載體(LOHC)技術(shù)，利用集裝箱成功地將氫氣從文萊運(yùn)輸?shù)饺毡静⑦M(jìn)行了交易。同時(shí)，沙特阿拉伯國家石油公司（沙特阿美）和日本能源經(jīng)濟(jì)研究所(IEEJ)合作，成功地展示了從沙特阿拉伯生產(chǎn)和運(yùn)輸40噸藍(lán)氨到日本用于零碳發(fā)電的情況。

 

政府和相關(guān)公司還宣布了其他幾個(gè)氫能貿(mào)易國際合作和項(xiàng)目。德國在其國家戰(zhàn)略中明確指出進(jìn)口氫能的重要性，并與澳大利亞和智利簽署了一項(xiàng)聯(lián)合可行性研究協(xié)議。與此同時(shí)，荷蘭與葡萄牙簽署了合作備忘錄，鹿特丹港與智利簽署了合作備忘錄，日本與阿拉伯聯(lián)合酋長國簽署了合作備忘錄。截止2021年11月，已經(jīng)宣布了大約60個(gè)國際氫能貿(mào)易項(xiàng)目（見表1、圖1），其中一半正在進(jìn)行可行性研究，這些項(xiàng)目的總報(bào)告量為2.7MtH₂/年。

 

表1 部分國際氫能貿(mào)易項(xiàng)目

 

圖1 部分國際氫能貿(mào)易項(xiàng)目分布

 

基于多形式儲(chǔ)運(yùn)靈活高效的全球氫氣供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)

 

氫氣可以通過三個(gè)載體（管道、船舶或卡車）在世界各地以各種形式儲(chǔ)存和運(yùn)輸（氫氣、液氫、有機(jī)液氫(LOHC)、氨、甲醇、LNG/L-CO₂（LNG和液態(tài)CO₂兩用船）和固態(tài)儲(chǔ)氫。在世界范圍內(nèi)，氫氣儲(chǔ)運(yùn)模式需要綜合運(yùn)輸距離、地理位置和終端應(yīng)用來確定最佳的儲(chǔ)運(yùn)方案。

 

對(duì)于中短途運(yùn)輸，在現(xiàn)有管道的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)最低的儲(chǔ)運(yùn)成本（500公里以內(nèi)的氫氣運(yùn)輸成本可以低于0.1美元/公斤）。然而，對(duì)于沒有管道分布或氫氣需求不穩(wěn)定的地區(qū)，卡車運(yùn)輸氫氣（氣體或液體）是最經(jīng)濟(jì)的選擇（每300公里大約1.2美元/kg的儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本）。根據(jù)最終應(yīng)用和需求規(guī)模，可選擇高壓氣態(tài)或低溫液態(tài)儲(chǔ)存和運(yùn)輸方式。

 

對(duì)于長距離運(yùn)輸而言，新建或改建的海底氫氣管道進(jìn)行大規(guī)模氫氣輸送比海運(yùn)成本更為經(jīng)濟(jì)，但并不適合所有國家和地區(qū)。在沒有管道的情況下，主要以液氫、LOHC、氨氣的形式儲(chǔ)存，通過船舶長途運(yùn)輸。同時(shí)，由于三種儲(chǔ)運(yùn)方式成本差距較小，最佳儲(chǔ)運(yùn)方式取決于目的地的終端申請形式、氫氣純度、壓力等級(jí)等因素（見圖2）。

 

圖2：氫能輸送建議方式

 

從長遠(yuǎn)來看，管道輸送氫氣是最具成本效益的儲(chǔ)運(yùn)方式。管道輸送氫氣僅能輸送10倍的能量，而其成本僅為輸電線的1/8。另外，氫氣管道的使用壽命比輸電線長，具有雙重功能，可以作為綠色能源的傳輸介質(zhì)和儲(chǔ)存介質(zhì)。氫氣管道的實(shí)際建設(shè)成本由材料、距離、管徑、壓力、社會(huì)成本等條件決定。一些國家和地區(qū)有鼓勵(lì)天然氣管道改造的政策，具有一定的成本優(yōu)勢。例如，在荷蘭，允許企業(yè)逐步停止使用天然氣，將原來的天然氣管道改造成氫氣管道。

 

根據(jù)本項(xiàng)目，陸上氫氣管道改造費(fèi)用約60-120萬美元/公里，新建管道費(fèi)用約220-450萬美元/公里；對(duì)于海上/海底氫氣管道，根據(jù)新建或改建的具體情況和施工難度，其成本是陸上管道的1.3至2.3倍；短距離輸配管道由于管徑小、壓力要求低，其建設(shè)和改造成本遠(yuǎn)低于輸配管道（僅占輸配管道成本的15%左右）。然而，只有當(dāng)未來住宅和商業(yè)建筑對(duì)氫氣的需求超過天然氣混合的臨界值（20%）時(shí)，大規(guī)模建設(shè)短距離配氣管道才具有經(jīng)濟(jì)性（見圖3）。

 

圖3 不同氫能輸送管道比較

 

對(duì)于長距離的海上運(yùn)輸，需要將氫氣轉(zhuǎn)化為具有更高能量密度的形式進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸。目前，液氫、LOHC和氨氣的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)更具競爭力。最具成本效益的解決方案取決于終端應(yīng)用、純度要求和儲(chǔ)存時(shí)間。

 

如果目的地需要液態(tài)氫或高純度氫，則液態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)效率最高。與氨水和有機(jī)液氫相比，液氫不需要脫氫或裂解就可以轉(zhuǎn)化為氫氣，不僅節(jié)約了成本，而且不需要凈化。液氫的主要缺點(diǎn)是體積能量密度較低，限制了船舶的載氫能力，在儲(chǔ)運(yùn)過程中會(huì)有蒸發(fā)損失。雖然液氫儲(chǔ)運(yùn)是一項(xiàng)成熟的商業(yè)化技術(shù)，但大型液氫儲(chǔ)運(yùn)仍處于試運(yùn)行階段；氨比液氫具有更高的體積能量密度，因此運(yùn)輸氨比儲(chǔ)存和運(yùn)輸液氫更經(jīng)濟(jì)。然而，氨裂解制氫成本高，分離氫純度低。

 

此外，由于氨氣有毒，在特定區(qū)域會(huì)有儲(chǔ)存和運(yùn)輸限制；液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫可以在現(xiàn)有的柴油機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施中安全地長期儲(chǔ)氫而不造成損失。然而，LOHC的主要缺點(diǎn)是脫氫過程需要大量的熱量，與液氫和氨氣相比，其載氫能力有限。圖4預(yù)測了2030年從沙特阿拉伯到西歐的綠色氫氣的三個(gè)儲(chǔ)運(yùn)成本組成部分，含制氫成本，CIF價(jià)3-5美元/公斤。

 

圖4 可再生能源制H₂的港口到岸成本（從沙特阿拉伯運(yùn)往歐洲）

 

全球儲(chǔ)氫和運(yùn)輸成本可能低于2-3美元/公斤

 

由于世界不同地區(qū)的氫氣資源稟賦、氫氣應(yīng)用規(guī)模和形式不同，氫氣儲(chǔ)運(yùn)可根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整，主要可以構(gòu)建三種氫氣供應(yīng)鏈：在可再生能源或傳統(tǒng)化石能源（煤、石油、天然氣）豐富的地區(qū)，大型氫氣供應(yīng)中心采用就地制氫和直接應(yīng)用的方式，氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本幾乎為零；小型購買者，如加氫站、建筑物和家庭，需要通過短途運(yùn)輸在該地區(qū)供應(yīng)氫氣；在缺乏氫源的地區(qū)，購買者將依賴進(jìn)口或長途氫運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸（見圖5）。

 

圖5 不同氫氣供應(yīng)鏈的成本

 

預(yù)計(jì)到2030年，全球大型綠色制氫基地和交通基礎(chǔ)設(shè)施將建成。屆時(shí)，氫氣可從澳大利亞、智利或中東地區(qū)運(yùn)輸至美國、歐洲、日本等需求中心地區(qū)，儲(chǔ)運(yùn)成本有望降低至2-3美元/公斤。

 

國際氫能貿(mào)易發(fā)展?jié)摿κ?/strong>

 

在IEA所提出的凈零排放情景中，國際貿(mào)易將占2030年全球氫能和氫基燃料需求的15%。而在2050年公布承諾方案中，氫能和氫基燃料的貿(mào)易占全球需求的20%，其中氫的需求在占8%，氨占50%，液體合成燃料占40%。這反映了氨和合成燃料的運(yùn)輸成本相對(duì)較低。雖然有幾個(gè)國家（例如中國和美國）設(shè)法滿足對(duì)低碳?xì)浜蜌浠剂先找嬖鲩L的需求，但還有其他國家（如日本、韓國和歐洲部分地區(qū))至少在一定程度上依賴于進(jìn)口。在宣布承諾方案中，到2050年，日本和韓國的進(jìn)口量為氫能和氫基燃料的國內(nèi)需求的60%左右。

 

澳大利亞、智利、中東和北非在宣布承諾方案中成為關(guān)鍵的出口地區(qū)，受益于從可再生能源或采用CCS技術(shù)從天然氣中生產(chǎn)氫的低成本。到2050年，北非、中東和智利向歐洲出口約600PJ的氫能和氫基燃料。對(duì)亞洲來說，重要的氫氣供應(yīng)商是中東、澳大利亞和智利。到2050年，這些出口國在宣布承諾方案下將滿足亞洲對(duì)氫能和氫基燃料的需求（1800PJ）。

 

圖6 IEA宣布承諾情景中2050年部分地區(qū)氫能和氫基燃料的需求和生產(chǎn)情況

 

然而，這些未來的主要出口國中，有許多還沒有作出凈零排放的承諾，因此，如果進(jìn)口國希望其進(jìn)口的氫氣是低碳的，就需要與貿(mào)易伙伴合作，以鼓勵(lì)和保證相關(guān)的供應(yīng)投資。

 

而在國際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)2022年7月發(fā)布的一份最新系列報(bào)告稱，全球四分之一的綠色氫需求可以通過管道和船舶進(jìn)行國際貿(mào)易來滿足。隨著可再生能源成本的下降，以及全球氫潛力超過全球能源需求的20%，到2050年，全球仍將有四分之三的氫在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)和使用。這與當(dāng)今石油市場的大宗國際交易相比是一個(gè)重大變化，但與天然氣市場的三分之一是跨境交易類似。

 

IRENA的《2022年世界能源轉(zhuǎn)型展望》預(yù)計(jì)，到2050年，氫氣將占全球能源需求的12%，并減少10%的二氧化碳排放。如果成本下降，到2050年：

 

1.每公斤1美元以下的綠色氫將能夠滿足世界能源需求的10%。

2. 一半的氫氣將通過目前現(xiàn)有的、重新利用的天然氣管道進(jìn)行交易，這大大降低了運(yùn)輸成本。

3. 成本約為每1000公里每公斤0.10美元，這將是3000公里以下的最具成本效益的選擇。

相比之下，通過新管道運(yùn)輸?shù)某杀緦⑹乔罢叩膬杀丁５@仍低于以綠色氨的形式運(yùn)輸超過3000-5000公里，后者將占全球氫貿(mào)易量的另一半。據(jù)分析，氨航運(yùn)將成為洲際氫氣貿(mào)易的主要形式。根據(jù)氫的最終用途，首先將其轉(zhuǎn)化為商品，然后運(yùn)輸商品，而不是去運(yùn)輸氫氣本身，這樣可能更符合成本效益。這可能對(duì)氨（作為化學(xué)原料和燃料）、甲醇、鋼鐵和合成燃料具有吸引力。對(duì)于后三種情況，將不進(jìn)行氫的再轉(zhuǎn)化。

 

未來的管道貿(mào)易將集中在兩個(gè)區(qū)域市場，即占85%的歐洲和占15%的拉丁美洲（見圖7）。歐洲的主要貿(mào)易伙伴將是北非和中東，而澳大利亞可以主要供應(yīng)亞洲。新的貿(mào)易市場將導(dǎo)致能源參與者扮演不同的角色。到2050年，一些最大的潛在管道氫出口國是智利、北非和西班牙，占管道貿(mào)易市場的近四分之三。像中國和美國這樣的主要消費(fèi)國能夠在國內(nèi)生產(chǎn)大部分氫。非洲、澳大利亞和北美占全球出口的四分之三。在進(jìn)口方面，日本、韓國和歐盟預(yù)計(jì)將通過進(jìn)口來滿足它們的大部分氫氣需求。

 

圖7 2050年氨、甲醇、鋼鐵和長途運(yùn)輸需求量最大的九大地區(qū)

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