产能小、成本高、电力技术威胁 氢能已经穷途末路?(图)

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曾几何时,氢能被视为能源领域的下一个重大突破。然而现在,即便是在欧美政府的补贴之下,氢能项目的成本不断上调,氢能利用的增长远比预期缓慢。

此前曾有预计指出,低碳氢气的需求预测从几乎为零增长到到2050年每年800百万吨(Mtpa),约占全球净零能源混合的20%。若按此发展轨迹,全球到2030年需要大约70Mtpa的绿色氢能。

于是,大批项目上马,政府也承诺提供丰厚补贴。但有媒体调查指出,欧洲第一批氢气项目的成本有些甚至翻倍,补贴也无法提供动力。氢气的增长远比预期缓慢,2030年的目标现在看来几乎无法实现。

分析认为,问题不仅仅是扩大氢气生产比预期更困难,氢能实际用途日益增长的不确定性也是一大问题。如今,包括电热电池和热泵等基于电力的技术已经快速发展,成为除了氢能以外的可选项。而如果这些电力技术继续发展,2050年碳排放清零目标中氢气的作用可能只有接近350Mtpa,不到最乐观估计的一半。也就是说,虽然氢能在碳排放清零目标中仍在发挥作用,但指望氢能担当低成本实现碳排放清零主力的愿景已经大幅缩水。

产能微小 成本飙升 无法与传统能源竞争


绿色氢气面临的第一个问题是产量非常有限。

目前使用的氢气主要是所谓的“灰色”氢气,从天然气(CH4)中提取,同时排放碳。每年约有100Mtpa的此类氢气被消耗,主要用于炼油厂和化肥厂。而目前运行的绿色氢气项目只有示范或试点发电站,总的年产量不到0.1Mtpa,还没到2022年预期实现产量的五分之一。 虽然开发商仍在计划项目,让2030年的潜在产能增加到45Mtpa,但投资者不愿意投资,很少有项目能够落地。

分析认为,绿色氢气加速推进的延迟是可以预期的,这部分是因为对这种燃料的期望过高,有些脱离现实。除此之外,第一波项目还因成本上升而受阻。根据麦肯锡的Markus Wilthaner的说法,如今一个电解植物的成本可能高达每千瓦2000美元,各个项目之间因配置不同而存在很大差异。这比氢能委员会预计到目前为止开发商需要支付的成本高出65%。

再加上更高的融资成本,项目的资金需求大幅增加。例如,德国Bad Lauchstädt能源园的30MW项目将需要2.1亿欧元的投资,比最初预期高出50%。在世界许多地区,为电解器供电所需的绿色电力也比预期的要贵。所有这些加在一起,预计短期内绿色氢气的生产成本将在每千克4.50至6.50美元之间。相比之下,最乐观的估计曾预见成本将在同一时间跌至约3美元/千克。

考虑到1公斤氢气含有33.3千瓦时能量,大约相当于每兆瓦时216美元(200欧元)。而这仅仅是生产费用。如果项目需要运输和存储,成本会迅速增加。相比之下,美国的天然气成本为每兆瓦时8美元,在欧洲约为30欧元/兆瓦时。灰色氢气的成本可能为每兆瓦时80欧元,包括其排放的碳价。这意味着,氢气的“绿色溢价”——即现有氢气消费者如炼油厂和化肥生产商转向绿色的额外成本——是每兆瓦时120欧元。 几乎没有人能承担这样的氢气价格。

电力技术强势发展 氢能优势可能将丧失殆尽

除了产能和成本问题,氢气的其他用途前景看起来一直都很不稳定。例如,氢气不是为汽车提供动力的能效之选,而热泵为家庭供暖提供了一个更有效的选择。

问题在于,即便在运输和一些工业部门这些原本认为氢能具有一定优势的领域,机会似乎也在缩小。电力基础技术的进步威胁到氢气在工业热能中的潜在角色。目前,氢在工业中的角色正受到电热电池发展的威胁,这种技术使用电力加热砖块和岩石,然后可用来提供工业高温热。

鉴于电池技术的改进和提供氢气加油基础设施的难度,氢气卡车运输看起来也更具挑战性。氢燃料在运输中的优势本来是,与电池相比,它可以在给定重量内储存更多能量,更适合那些需要携带大量能源的车辆,如飞机、船只和大型卡车。目前电池已经成为小型车辆的首选方案,而随着电池技术的改进,电动卡车的载重量和行使范围也将增加,进一步让氢能的优势减少。同时,随着应用场景的减少,加氢站基础设施的部署成本和复杂性也大幅增加。

氢气还能起死回生吗?

分析认为,虽然氢能的一些优势正在丧失,但电力路线的一些瓶颈也已出现,例如电网过于拥堵。而且在另外一些行业中,氢气仍然是最可行的脱碳选择,包括当前使用灰氢生产氨、肥料等的行业——这些可能到2050年将需要60-85百万吨(Mtpa)的绿氢。此外,可能还有120百万吨的氢气会在需要将氢气作为原料而非仅仅提供热能的行业中使用,例如钢铁制造。

因此,到2050年氢气需求达到350百万吨可能是一个合理的估计。此外,随着可再生电力在能源系统中的角色增加,对能源长期储存的需求也趋于增加,这为氢气在稳定电网中扮演更大的角色打开了大门。

而即使在350百万吨的潜在未来市场,也仍是现在我们使用的所有氢气的三倍多,是世界上所有低碳氢气的400倍,实现这一目标仍可谓是雄心勃勃。

 

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