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全球能源轉(zhuǎn)型自主化和清潔化發(fā)展，氫能是能源變革不可或缺一環(huán)
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-09-02

能源向自主化和清潔化發(fā)展，推動(dòng)零碳電力+氫能能源體系變革

多重因素驅(qū)動(dòng)下，帶來全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)更迭。

1900~1975 年：技術(shù)驅(qū)動(dòng)“煤轉(zhuǎn)油”。在石油開采初級(jí)階段，石油這一新品種在能源效率和運(yùn)輸便捷性優(yōu)勢(shì)，逐漸對(duì)煤形成替代。

1970~2000 年：地緣政治惡化、去依附目標(biāo)驅(qū)動(dòng)“油轉(zhuǎn)氣”。兩次“石油危機(jī)”引發(fā)石油供應(yīng)減少；歐美發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體受影響較大、尋找替代能源意愿較強(qiáng)。

2000~2010 年：中國下游需求驅(qū)動(dòng)“用煤回升”。中國的資源稟賦決定了“以煤為主”的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，隨著 2000 年以來重工業(yè)發(fā)展，中國處在經(jīng)濟(jì)騰飛階段，中國煤炭消費(fèi)占全球的權(quán)重上升。

2010 年至今：ESG+多因素驅(qū)動(dòng)可再生能源發(fā)展?？稍偕茉凑急燃铀偬嵘?，一方面全球?qū)夂蚰繕?biāo)達(dá)成共識(shí)，帶來 ESG 投資風(fēng)氣；另一方面新能源技術(shù)突破、新的地緣政治問題出現(xiàn)等多因素引發(fā)了全球范圍內(nèi)新一輪的能源轉(zhuǎn)型。

美國近 20 年能源去依附成效顯著。隨著本國的資源稟賦被發(fā)現(xiàn)，使得美國擺脫了對(duì)外依附，在油氣方面成為了能源凈出口國。

歐洲正在積極轉(zhuǎn)型可再生能源，降低對(duì)外依附。歐盟委員會(huì)公布“歐盟再生能源計(jì)劃”(REPowerEU Plan) ，并將其在“Fit for 55” 計(jì)劃下的可再生能源目標(biāo)從之前的40%提高到 2030 年的 45%。為了減少對(duì)俄羅斯化石燃料的依賴，歐盟計(jì)劃在 2025 年前實(shí)現(xiàn)超過 320GW 的交流太陽能光伏并網(wǎng)目標(biāo)，并到 2030 年進(jìn)一步擴(kuò)大到 600GW。

中國對(duì)外依存度增速放緩。中國為產(chǎn)煤和用煤大國，在積極的去煤化過程中。煤炭對(duì)外依附逐步降低；由于貧油貧氣，油氣對(duì)外依存度仍分別接近 50%和 60%，但占比增速放緩。

清潔化是不變的轉(zhuǎn)型方向之二。自 1980 年代至今，全球范圍內(nèi)能源清潔化進(jìn)程是向前發(fā)展的，包括核能、水利、光伏、風(fēng)電、生物質(zhì)能等在內(nèi)的非化石能源消費(fèi)比重提升顯著。尤其是 2010~2020 年的近 10 年來，得益于新能源技術(shù)的大發(fā)展，10 年占比提升幅度接近 1990 年的歷史高值（當(dāng)時(shí)三代核電技術(shù)發(fā)展、核電占比提升起到拉動(dòng)作用）。

在自主化（去依附）及清潔化的大背景下，發(fā)展零碳電力+氫能成為能源體系變革的方向。我國能源發(fā)展總體思路是在保證能源安全的前提條件下，持續(xù)推進(jìn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型。發(fā)展可再生能源不僅將實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)的降碳，還將有效減少對(duì)油氣的進(jìn)口依存度。對(duì)應(yīng)下游能源消費(fèi)領(lǐng)域的降碳，大規(guī)模電氣化是重要的抓手之一，例如交通領(lǐng)域的電動(dòng)汽車替代燃油汽車，建筑領(lǐng)域的電采暖取代傳統(tǒng)鍋爐采暖等。

但能源電氣化存在新能源波動(dòng)、能源時(shí)空轉(zhuǎn)移不便和應(yīng)用場(chǎng)景覆蓋不全等問題。此時(shí)，氫能作為具備能源燃料、工業(yè)原料和儲(chǔ)能介質(zhì)等多重屬性的二次能源，適用于與電能一起作為能源樞紐，共同建立互聯(lián)互通的現(xiàn)代能源網(wǎng)絡(luò)，以提高能源供應(yīng)體系的效率、經(jīng)濟(jì)性和安全性。開發(fā)氫能先進(jìn)技術(shù)和推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)化，也正在成為深入推進(jìn)能源供給和消費(fèi)革命的重要方向。

頂層定調(diào)、地方政策不斷跟進(jìn)，多重屬性支撐氫能應(yīng)用空間

頂層定調(diào)發(fā)展氫能，氫能被中央層面多次提及重要性。中央層面加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，今年兩會(huì)期間，加快前沿新興氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展首次被寫入政府工作報(bào)告，氫能作為重要產(chǎn)業(yè)之一，發(fā)展重要性被中央層面多次提出，氫能是未來國家能源體系的重要組成部分不容置疑。

地方政策不斷跟進(jìn)出臺(tái)，推廣氫能應(yīng)用。頂層定調(diào)氫能地位，各省市積極跟進(jìn)出臺(tái)各類氫能發(fā)展政策。今年以來，氫氣的政策管理?xiàng)l例開始逐步松綁，氫能能源屬性政策破冰，并且在下游上不斷推進(jìn)和拓展氫能應(yīng)用領(lǐng)域，政策不斷。

氫能的原料、燃料和儲(chǔ)能介質(zhì)等多重屬性，支撐其應(yīng)用場(chǎng)景和發(fā)展空間。

支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)。氫能既可以作為儲(chǔ)能側(cè)的“穩(wěn)定器”，也可以作為用電側(cè)的“燃料源”，是未來新型能源系統(tǒng)的重要補(bǔ)充。氫能可成為部分場(chǎng)景下相較于電力更優(yōu)的脫碳選擇，為能源轉(zhuǎn)型提供更高的靈活轉(zhuǎn)換能力。燃料電池?zé)犭娐?lián)供綜合效率高，是發(fā)展綜合能源的重要技術(shù)手段。針對(duì)海島、邊防等偏遠(yuǎn)地區(qū)，可構(gòu)建分布式電—?dú)漶詈锨鍧嵐┠芟到y(tǒng)，利用分布式電源制取氫氣，利用燃料電池進(jìn)行熱電聯(lián)供，滿足用戶多種用能需求。

推動(dòng)難脫碳領(lǐng)域深度脫碳。在工業(yè)領(lǐng)域，鋼鐵、冶金、石化、水泥的生產(chǎn)過程中需要大量的高位熱能，可利用綠色氫能燃燒熱值高的特性，作為工業(yè)領(lǐng)域深度脫碳的重要抓手。在建筑領(lǐng)域，綠色氫能供熱將成為未來天然氣供熱的替代。在現(xiàn)有天然氣管道中摻雜氫氣，可滿足建筑領(lǐng)域供熱需求，同時(shí)減少碳排放量，是氫能連接電網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)的重要途徑，也是氫氣大規(guī)模普及的重要渠道。在交通領(lǐng)域，主要包括道路、鐵路、航空和船運(yùn)這四種方式，動(dòng)力電池特性不適用于重型道路交通和船舶、航空等場(chǎng)景，上述交通方式需要更多依靠氫能等方式滿足脫碳需求。

氫基合成綠色燃料和材料。氫氣可合成綠色燃料和材料，構(gòu)建零碳工業(yè)產(chǎn)品體系。隨著氫的能量屬性逐漸被重視，作為替代高碳燃料應(yīng)用于高熱值場(chǎng)景的氫基能源，綠氫合成氨、甲醇、甲烷、煤油等載能燃料進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)或綜合利用成為產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)，帶動(dòng)了傳統(tǒng)火電、航運(yùn)、航空等多個(gè)行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施再利用和深度脫碳。

此外，綠氫與二氧化碳合成制取化工產(chǎn)品，提供大規(guī)模二氧化碳利用的機(jī)遇，有望成為重大顛覆性技術(shù)，對(duì)石油化工、煤化工體系產(chǎn)生革命性影響。

隨著新能源消納問題的突出，以及下游領(lǐng)域脫碳到達(dá)“深水區(qū)”，發(fā)展氫能的重要性和迫切性提升。

新能源的波動(dòng)性和棄電量的快速增長，使發(fā)展氫能進(jìn)行長時(shí)、跨區(qū)的大規(guī)模調(diào)節(jié)重要性上升。太陽能和風(fēng)能共占全國發(fā)電裝機(jī)容量和全社會(huì)用電量的比重均創(chuàng)新高，分別達(dá)到 37.3%和 15.3%。但新能源發(fā)電存在波動(dòng)性大、不能連續(xù)穩(wěn)定出力的特點(diǎn)，隨著裝機(jī)容量的提高，雖然全國棄電率維持相對(duì)平穩(wěn)，但棄電總量在高速增長，造成浪費(fèi)。

并且利用率偏低區(qū)域主要集中在西北 5 省，在“源荷分離”規(guī)劃下，西北新能源裝機(jī)高增而本地電量富余，在外送通道約束下消納問題突出。氫作為橫跨電力和非電力領(lǐng)域且具備擁有長時(shí)間、跨區(qū)域和大規(guī)模儲(chǔ)能能力的角色，將和其他儲(chǔ)能方式（抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能等）以及特高壓等共同發(fā)展，以減少新型電力系統(tǒng)的消納壓力和提高電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力?？傮w看分為兩種類型：1）并網(wǎng)制氫：消納棄電保障電網(wǎng)穩(wěn)定性，在下游應(yīng)用廣度和時(shí)空上更具備靈活性；2）離網(wǎng)制氫：自發(fā)自用，保障能源自主化。

下游脫碳到達(dá)“深水區(qū)”，氫能可解決“難以減排領(lǐng)域”問題。我國是工業(yè)化大國，石化、煤化工、鋼鐵等行業(yè)，需要使用化石能源作為還原劑或原料等，提取其中的碳?xì)浣M分。由此，每年產(chǎn)生二氧化碳排放接近 15 億噸，占全國能源碳排放量的 15%左右。這些領(lǐng)域所消耗的化石能源，很難用可再生能源電力來替代，成為“難以減排領(lǐng)域”。

例如，交通行業(yè)目前雖已大規(guī)模推廣電動(dòng)化，但仍存在重卡、航運(yùn)等“難以減排領(lǐng)域”。需發(fā)展氫能協(xié)助能源消費(fèi)側(cè)變革，并且海外碳稅政策已出臺(tái)并開始逐步實(shí)施，出口產(chǎn)品清潔化成為了趨勢(shì)，發(fā)展氫能在石化、煤化工、鋼鐵等行業(yè)降碳迫切性提升。

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