阿尔斯通氢能生产线在意大利开始测试

《TheFutureofHydrogen》是国际能源署（IEA）为2019年日本担任G20主席国期间编写的关于氢能源的报告，主要对氢能源的现状、潜力以及发展策略进行了全面分析下面是对文章中的一些数据进行提取氢能源生产与消费数据生产情况全球产量：2018年全球氢气年产量约为7000万吨（70Mt），其中约60%来自天然气，23%来自煤炭，2%来自水电解。生产能耗：生产70Mt氢气每年消耗约2050亿立方米的天然气（6%的全球天然气使用量）和107Mt的煤炭（2%的全球煤炭使用量）。各领域需求工业领域：石油精炼是最大的氢气消费领域，占总需求的33%；其次是氨生产，占27%；甲醇生产占11%；钢铁生产（通过直接还原铁矿石）占3%。其他领域：纯氢需求中，约45Mt用于工业生产，如钢铁和甲醇生产，这些氢气在生产过程中与其他气体混合使用。消费趋势全球需求增长：自1975年以来，全球氢气需求增长了三倍多，目前仍在持续上升。预计到2030年，炼油、化工等行业对氢气的需求将进一步增加。特定领域需求变化石油精炼：随着环保要求的提高，炼油行业对氢气的需求将受到油品硫含量限制的推动。例如，许多国家已将道路运输燃料中的硫含量要求降低，这将增加氢气在炼油过程中的使用量。预计到2030年，炼油行业的氢气需求将增加7%-41Mt。化工行业氨和甲醇需求：预计到2030年，氨和甲醇的需求将分别增长1.7%和3.6%/年。氨主要用于生产化肥，甲醇则用于生产多种化工产品和燃料。新应用需求：随着氢基燃料在新领域的应用开发，如作为运输燃料和能源储存介质，化工行业对氢气的需求有望进一步增长。氢能源生产成本数据不同生产方式成本天然气制氢成本范围：全球范围内，天然气制氢成本因地区和天然气价格不同而有所差异。2018年，中东地区天然气制氢成本低至1美元/千克（USD1/kgH₂），而其他地区如美国、欧洲和亚洲成本较高。影响因素：燃料成本占生产成本的45%-75%，是最大的成本组成部分。此外，资本支出（CAPEX）和二氧化碳捕集成本也对成本产生重要影响。添加碳捕集与储存（CCUS）技术可使成本增加约50%（CAPEX）和10%（燃料成本）。水电解制氢技术成本电解槽成本：目前，碱性电解槽成本约为500-1400美元/千瓦（USD500-1400/kWe），质子交换膜（PEM）电解槽成本为1100-1800美元/千瓦，固体氧化物电解槽（SOEC）成本约为2800-5600美元/千瓦。转换效率与成本：电解槽的效率范围为60%-81%，转换效率和电力成本是影响水电解制氢成本的重要因素。随着电解槽运行小时数的增加，资本成本对氢气成本的影响下降，电力成本的影响上升。能源成本电力成本：水电解制氢的电力成本是关键因素。例如，在日本，使用电网电力电解水制氢时，非常低成本的电力通常仅在一年中的少数小时内可用，这导致电解槽利用率低，氢气成本高。可再生能源电力成本：随着太阳能光伏和风力发电成本的下降，在太阳能资源和风力资源丰富的地区，使用可再生能源电力制氢可能成为低成本的供应选择。例如，在澳大利亚的一些项目中，通过太阳能和风力发电制氢，有望降低成本。未来成本预测成本下降趋势：通过技术创新和规模经济，水电解制氢成本有望降低。例如，通过使用多堆栈系统，PEM电解槽的成本有望降低。同时，随着可再生能源成本的下降，氢基燃料的生产成本也有望降低。成本竞争力：在未来，低排放氢气生产的成本竞争力将受到多种因素的影响，包括天然气和电力价格、碳价格、技术进步等。一般来说，在低天然气价格和高电力价格地区，可再生能源制氢可能更具竞争力；而在高天然气价格地区，天然气制氢与CCUS结合可能更具优势。氢能源存储与传输数据存储数据存储方式地下存储：盐穴、枯竭的天然气或石油储层和含水层是主要的地下存储选择。盐穴存储成本低（低于0.6美元/千克），效率高（约98%），但对设备要求较高。储罐存储：压缩或液化氢的储罐具有高放电率和高效率，适用于小规模应用。目前，研究重点是减少储罐体积，提高存储密度，如开发能够承受800巴压力的地下储罐和使用固态材料存储氢气。存储容量全球规模：全球现有约3000公里的氢管道，以及数百万立方米的地下存储容量。一些国家正在计划或建设大型氢存储项目，如美国的一些盐穴存储系统可以存储数万吨氢气。传输数据传输方式成本管道传输：对于距离较短（约1500公里以内）的传输，管道传输是最经济的方式。输送1500公里左右的氢气，成本约为1美元/千克。随着传输距离的增加，成本会上升，且需要更多的压缩机站。船舶运输液化氢运输：将氢气液化后通过船舶运输成本较高，包括液化成本、储存成本和运输成本。例如，将氢气从澳大利亚运输到日本，运输成本可能占总成本的30%-45%。氨或液有机氢载体（LOHC）运输：对于长距离海外运输，氨或LOHC运输可能更具成本效益，但转换和再转换过程会增加成本。国际运输现状贸易量：目前，全球氢气贸易量较少，主要是氨的贸易，相当于约3MtH₂/年。一些国家和地区正在积极发展氢气贸易，如澳大利亚、智利、中国等，预计到2030年，氢气贸易量将有所增加。贸易路线亚洲太平洋地区：日本、韩国和中国等国家是该地区的主要市场，他们计划通过进口氢气来满足国内需求，同时也在发展本地的氢气生产和出口。例如，澳大利亚计划通过建设电解厂和相关设施，向亚洲国家出口氢气。欧洲地区：欧洲国家之间的氢气贸易潜力较大，通过利用现有天然气管道网络和建设新的氢气传输基础设施，实现氢气的跨境传输。氢能源在各领域应用数据交通领域车辆数量与增长全球汽车数量：截至2018年，全球汽车保有量超过10亿辆，其中燃料电池汽车约11200辆，主要分布在美国、日本、欧洲和韩国等国家。车辆增长趋势：预计到2030年，全球汽车保有量将继续增长，特别是在发展中国家，这将为氢燃料电池汽车的发展提供市场机遇。加氢站数量与分布全球加氢站数量：2018年，全球加氢站总数达到381座，主要分布在日本、德国和美国等国家。地区分布差异：不同地区加氢站的分布密度和发展速度差异较大。例如，中国的加氢站数量在近年来迅速增加，但仍相对较少。成本与竞争力汽车成本：氢燃料电池汽车目前比电池电动汽车成本高，主要是由于燃料电池和燃料罐的成本较高。但随着技术进步和规模经济的发展，成本有望降低。例如，通过提高燃料电池的效率和降低铂含量，成本有望下降。加氢站成本：加氢站的建设和运营成本较高，包括压缩机、储罐和管道等设备的成本。目前，加氢站的成本在0.6-200万美元之间，具体成本取决于加氢站的规模和技术水平。建筑领域能源需求全球建筑能耗：全球建筑部门占最终能源使用的30%，其中近四分之三用于空间供暖、热水生产和烹饪。天然气使用：2017年，全球建筑部门使用的天然气约为620Mtoe，占建筑能源需求的大部分。氢能源应用潜力混合供暖：在一些国家，如加拿大、美国和西欧，将少量氢气（3%-5%体积比）混入天然气中进行供暖，对终端使用设备影响较小，但需要确保系统安全和效率。100%氢气使用：对于大型商业建筑和建筑群，以及区域能源网络，使用100%氢气进行供暖具有吸引力。例如，在英国的一些项目中，计划将氢气供应到建筑物中，为供暖和电力供应提供清洁能源。工业领域钢铁行业氢气需求：钢铁行业是氢气的重要消费领域之一，目前全球钢铁需求预计到2030年将增长约6%。其中，直接还原铁矿石（DRI）工艺是氢气的主要需求来源，占总需求的4MtH₂/年左右。生产工艺变革：为了减少碳排放，钢铁行业正在探索使用氢气作为关键还原剂的生产工艺，如HYBRIT、SALCOS等项目。这些项目旨在实现钢铁生产的低碳化，但需要克服技术和成本挑战。化工行业氨和甲醇生产：化工行业是氢气的第二大消费领域，氨和甲醇的生产是主要应用。2018年，全球氨产量约为31MtH₂，甲醇产量约为12MtH₂。生产过程排放：氨和甲醇生产过程中会产生大量的二氧化碳排放。例如，全球氨生产的平均直接排放强度为2.4吨二氧化碳/吨（tCO₂/t），甲醇的平均排放强度为2.3tCO₂/t。政策支持数据政策数量与目标政策数量增长：越来越多的国家制定了直接支持氢技术投资的政策，截至2019年中期，全球直接支持氢气投资的政策目标、任务和激励措施总数约为50个。政策目标设定：许多国家制定了氢能源发展的目标，如2030年或2050年的氢气产量、使用量和基础设施建设目标。例如，欧盟制定了长期脱碳战略，包括氢能源发展路径；中国提出了在一些城市推广氢燃料电池汽车的目标。投资与补贴政府投资：一些国家政府加大了对氢能源研发和示范项目的投资，如澳大利亚、日本和韩国等。例如，澳大利亚宣布在未来几年内投入超过1亿美元支持氢研究和试点项目。补贴政策：政府通过补贴氢气生产、加氢站建设和燃料电池汽车购买等方式，促进氢能源的发展。例如，美国的45Q税收抵免政策奖励二氧化碳的储存和转化，包括与氢气相关的项目。技术发展数据电解槽技术进步技术类型：目前主要的电解槽技术包括碱性电解槽、PEM电解槽和SOEC电解槽。碱性电解槽技术成熟，PEM电解槽在小型和分布式应用中具有优势，SOEC电解槽具有高温和高效的特点，但目前仍处于发展阶段。技术指标变化效率提升：不同电解槽技术的效率在过去十年中有所提高。例如，PEM电解槽的效率范围从70%-80%（目前）有望提高到未来的63-68%（长期）。规模扩大：电解槽的规模也在不断扩大，平均单元尺寸从2000-2009年的0.1兆瓦（MW）增加到2015-2019年的1.0兆瓦，一些项目的电解槽规模已达到10兆瓦或以上。燃料电池技术发展成本降低：燃料电池成本在过去十年中经历了显著下降。例如，燃料细胞的成本从2015年的约230美元/千瓦下降到目前的约180美元/千瓦，预计未来有望进一步下降到100美元/千瓦以下。耐久性提高：燃料电池的耐久性也在不断提高，目前的燃料电池运行时间已达到10000小时以上，一些先进的燃料电池甚至可以运行80000小时。市场价格数据能源价格对比氢与其他燃料价格：在一些国家，氢燃料的价格与其他能源价格存在一定的竞争关系。例如，在道路运输领域，氢燃料电池汽车的燃料成本与汽油和柴油价格相比，在一定条件下具有竞争力。以美国为例，氢燃料的价格（包括生产、储存和运输成本）在某些情况下与汽油价格相当。氢气价格差异：氢气价格因生产方式、地区和市场需求等因素而异。例如，在欧洲，由于天然气价格较高，氢气价格也相对较高；而在一些可再生能源资源丰富的地区，如智利和澳大利亚，使用可再生能源电力制氢的成本较低，氢气价格也更具竞争力。碳价格影响对生产成本的影响：碳价格对氢能源生产成本有重要影响。例如，在天然气制氢中，添加CCUS技术的成本与碳价格密切相关。当碳价格高于50美元/吨（USD50/tCO₂）时，天然气制氢与CCUS结合在大多数地区在经济上具有吸引力。对市场竞争力的影响：碳价格的变化会影响氢基燃料与化石燃料的竞争力。例如，对于合成柴油和甲烷等氢基燃料，当碳价格较高时，它们与化石柴油和天然气的竞争优势会增强。原文连接：选择文章最后，选择阅读原文下载来源：气瓶设计的小工程师