碳经济学：供应安全与能源资本支出的回归
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碳经济学：
供应安全与能源资本支出的回归
本文译自Carbonomics：Security of Supply and the Return of Energy Capex 以飨读者。
报告结论：
我们认为，俄乌冲突是能源行业的一个转折点，与2011年同时发生的福岛核事故和利比亚内战的情形类似，而且可能会更严重。与2011年类似，我们预计美国页岩和全球液化天然气建设将加速。然而，7年的碳氢化合物投资不足（2015-2021年）和对脱碳的持续关注意味着这种能源投资周期将会有所不同。在本报告中，我们详细分析了能源资本支出的回归，并得出了五个关键结论：
1) 初级能源资本支出在过去10年里下降了35%，我们预计到2025年将增长60%，达到1.4万亿美元（从2021年的约0.9万亿美元）。
2) 这场欧洲能源危机具有强大的季节性因素（冬季对天然气的需求是夏季的2倍以上），需要进口的液化天然气和氢来补充可再生能源的增长需求。
3) 通过分析全球液化天然气项目计划，我们发现未来5年将有1.56亿吨产能或约1390亿美元的新项目被批准，这些液化天然气项目计划的平均经济效益为8-10美元/mcf。
4) 绿氢是欧洲对供应安全、季节性储存和工业需求安全方面的长期解决方案。RePowerEU的目标是到2030年将目前的绿氢产量提升4倍。
5) 低碳能源开发的平均资本支出强度是碳氢化合物的2倍，所以进一步增加了对能源资本支出的需求；我们估计到2032年每年需要增加1.5万亿美元的资本支出。
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报告摘要：能源资本支出的回归
我们认为，俄乌冲突是能源行业投资周期的一个转折点，与2011年同时发生的福岛核事故和利比亚内战的情形类似，而且可能会更严重。与2011年类似，我们预计美国页岩和全球液化天然气的建设将加速，因为世界恢复了短周期的石油生产和全球可替代的天然气供应。然而，我们也发现了一些不同之处：2011年，该行业进入勘探和大型项目建设周期已有7年，这推动了资源扩张和非石油输出国组织地区增长的复苏。但是目前的情况正好相反：七年来油气投资不足（2015-2021年）、石油储量寿命下降（自2014年以来下降了50%）、不断下降的非OPEC非页岩油产量，这就需要同时在长周期和短周期的生产中实现更加快速的资本支出修复。此外，持续关注脱碳将推动石油和天然气开发的资本成本上升——这意味着能源投资周期将有所不同，其特点是继续强调可再生能源。
清洁能源（可再生能源和生物能源）在全球能源供应总投资中保持约25%的份额，在过去十年里初级能源的资本支出下降了40%，我们预计到2025年将增长60%，达到1.4万亿美元（从2021年的0.9万亿美元）。我们认为，自2014年的高峰期以来，能源行业的投资一直处于不足的阶段，传统能源（石油、天然气上游）的投资较峰值下降61%，全球初级能源投资减少35%，从2014年的1.3万亿美元降至2020年的0.8万亿美元。自2014年以来，许多油气项目的投资决策被推迟，根据我们的估计，2024-2025年液化天然气/石油产量损失为3/10千桶油当量/天。近年来，焦点已转向能源可持续性，但我们注意到，可再生能源投资的总体增长不足以弥补传统能源领域投资的突然下降，因为单位能源产出的规模较小且资本密度较高。低碳能源开发的平均资本密集度约为碳氢化合物的2倍，进一步提高了能源资本支出的需求；我们估计到2032年，每年需要增加1.5万亿美元的资本支出。我们认为，最近对能源安全、弹性和多样化的关注将推动能源投资的新时代，我们认为，到2024年，能源投资应超过每年2万亿美元的历史峰值，用来支持全球不断增长的能源需求。据我们估计，这不仅是因为可再生能源和网络基础设施的资本支出大幅增加，也是因为传统燃料的资本支出出现反弹，特别是天然气(LNG)，而传统燃料是实现更具弹性和更经济的能源转型所必需的。2020年是可再生能源投资超过上游石油和天然气的历史第一年；虽然我们预计这一趋势在2025年之前将继续下去，且清洁能源（可再生能源和生物能源）在全球能源供应投资中保持25%。但我们注意到，能源生态系统的其他部分也必须得到投资支持：近期主要是天然气（能源供给弹性所需，是关键的转型燃料），中期（本十年内）能源网络基础设施和长期清洁氢气。
通往下一个净零的道路：每年在低碳技术和网络基础设施方面调动额外的2万亿美元进行低碳投资。
总的来说，我们到2050年实现全球净零排放（GS 1.5°），估计需要清洁技术基础设施的总投资为56万亿美元。该数字仅关注基础设施投资的增量，不包括维护和其他最终用途资本支出。总的来说，我们估计2021-2050年的平均年度的脱碳投资约为1.9万亿美元，2036年将达到峰值（2.9万亿美元），占全球GDP的2.3%（而在GS <2.0°情景下，每年1.6万亿美元，2041年达到峰值2.5万亿美元）。我们估计，约50%的脱碳依赖于清洁发电，包括运输过程中和各种工业流程中的电气化以及供暖用电等。总的来说，我们预计随着脱碳进程的推进到2050年全球净零情景下的发电需求将增长三倍(与2019年相比)，并超过70，000 TWh。基于我们的GS 1.5模型，到2040年之前(在GS <2.0的情况下为2055年)发电几乎完全脱碳。
这场欧洲能源危机有很强的季节性因素（冬季对天然气的需求是>2倍于夏季），需要进口液化天然气和氢气来补充可再生能源发电的增长需求。
可再生能源发电是实现净零碳之路的一个关键驱动力。然而，它有两个需要解决的关键问题：间歇性和季节性。天然气消费的季节性:欧盟6月/7月/8月的月均消费量约为200亿立方米，而12月/1月/2月的月均消费量约为450-500亿立方米，这将使俄罗斯天然气很难被可再生能源替代，特别是具有反季节性的太阳能发电。随着可再生能源增长的加速，日内和季节性的波动必须通过储能解决方案来解决。为了实现煤炭和天然气的完全替代以及电力市场的脱碳，我们认为有两项关键技术将可能有助于解决能源储面临的挑战：公用事业储能电池和氢能，它们各自具有互补的作用，其中电池解决间歇性问题，氢气解决季节性问题。然而，这种低碳的基础设施将需要几十年的时间才能建设起来。与此同时，液化天然气仍然是一种关键的过渡燃料，它既提高了供应的安全性，又是燃煤发电的低碳替代品。我们分析了全球液化天然气项目计划，确定了未来5年内将批准的1.56亿吨/年或约1390亿美元的新项目，平均经济效益为8-10美元/mcf。我们的项目分析表明，新一波的液化天然气项目可能会以相对于历史而言非常有竞争力的成本水平出现。(在卡塔尔、加拿大和美国等地，2022-2025年为10-21亿美元/mtpa，2015-2016年为40亿美元/mtpa），导致2022年的成本曲线比2014年明显降低。
绿氢是欧洲对供应安全、季节性储存和工业需求的长期解决方案。
绿氢（可再生）被认为是在未来几年内帮助进一步释放天然气的多样化的关键技术，REPowerEU提案包括将 ‘Fit for 55’的目标，在基于本地生产和进口产品的组合的情况下，在同一时间框架内到2030年将可再生氢气目标由560万吨提升到2000万吨。根据该文件，这代表着该地区已经雄心勃勃的将目标上调了约4倍，并到2030年每年替代250-500亿立方米，占进口俄罗斯天然气量的16%-32%。在本报告中，我们概述了我们认为该技术将在加强欧洲的能源安全和能源复原力方面发挥的关键作用：
(1) 对电气化和可再生能源的推动加速了对季节性能源储存的需求，绿氢是最佳解决方案。
(2）可再生氢气和沼气是能源密集型工业过程中能源供应多样化的化石气体的自然继承者：我们认为氢气和沼气是高温工业过程中天然气的关键自然继承者。欧洲（欧盟27国+英国）约30%的天然气需求来自于工业流程，包括钢铁、化工厂、水泥和其他。鉴于许多这些工艺所需的高能量强度（温度），直接电气化往往是不可行的，这使得氢气和沼气成为取代化石气的两个自然分子的继承者。较高的欧盟天然气现货价格使绿色（可再生能源）与蓝色和灰色（以天然气为基础）氢气的天平倾斜，为已安装的电解设备和技术创新方面上提供了上升空间：按照目前的欧洲天然气现货价格，绿色氢气在欧洲的主要地区已经实现了与灰色（以化石为基础）氢气的成本平价（绿氢项目依赖于PPAs，不受电力价格波动的影响）。这使得绿色氢气与灰色氢气和蓝色氢气的天平发生倾斜，导致对全球电解装机容量的估计上升，并鼓励电解领域的进一步技术创新。
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能源投资的复兴:
扭转能源行业七年来投资不足的局面
自2014年的高峰期以来，能源行业一直处于投资不足的阶段，主要是在碳氢化合物方面，但也在可再生能源方面，因为其每单位产出能源的资本密度度较高。
我们认为，自2014年的高峰期以来，能源行业一直投资不足，对传统能源（石油、天然气上游）的投资从高峰期下降了61%，并推动全球一次能源投资减少35%，从2014年的13万亿美元降至2020年的8万亿美元。近年来，重点已转向能源的可持续性方面，但我们注意到，鉴于传统能源领域的投资规模较小，每单位能源产出的资本密集度较高，可再生能源投资的总体增长不足以弥补其投资的突然下降。
我们认为，现在是扭转这一趋势的时候了，可以用以支持能源弹性和安全。
我们认为，最近对能源安全、弹性和多样化的关注将推动能源投资进入一个新时代，我们认为到2024年，能源投资应超过每年20万亿美元的历史峰值，用来支持全球不断增长的能源需求。根据我们的估计，这是由可再生能源发电和网络基础设施资本支出的大幅增长所驱动的，但也是由传统燃料资本支出的复苏所驱动的，特别是天然气（LNG），这是促进向更有弹性和可负担的能源转型所需要的。2020年是可再生能源投资超过上游石油和天然气的第一年，同时我们预计这一趋势将继续下去，清洁能源（可再生能源和生物能源）占全球能源供应投资总量的25%。但我们注意到，能源生态系统的其他部分也必须得到投资支持：近期主要是天然气（能源供给弹性所需，是关键的转型燃料），中期（本十年内）能源网络基础设施和长期清洁氢气。
石油和天然气的投资不足现在开始逆转，特别是天然气和液化天然气方面。
过去几年，随着全球二氧化碳排放量持续上升，投资者在推动气候变化辩论中发挥了主导作用，推动油气生产商的企业管理层将气候变化行动纳入他们的商业计划和战略。据公司介绍，自2011年以来，与气候有关的股东提案数量增加了一倍多，选择支持的股东比例同期增加了两倍。这反映在该行业投资规模的结构性转变（在过去6年里，长周期资本支出承诺与前6年相比下降了45%）及其混合结构（更多关注天然气和棕地开发，而较少关注长周期绿地开发）。根据我们的分析，我们的世界上最大的油气开发项目数据库-头部项目（可采资源/生产）的资源寿命下降到2022年为25年，2014年为50年，比2004-14年“超级周期”结束减少了一半。然而，即使在较低的布伦特原油和天然气价格假设下，经济状况也要健康得多：根据我们的估计，按布伦特原油价格计算，70%的未开发资源实现盈利，而2014年仅为18%。我们认为，这是新的 "约束时代 "的到来，由于高风险溢价，市场对未开发资源的估值较低，而价值则归于那些能够自我融资开发并通过大型多元化投资组合管理其风险的并具有规模效益的公司。我们相信，随着重点从能源可持续性转向能源安全和可负担能力方面，能源行业的投资将会复苏，以支持更经济和包容性的能源转型。虽然我们预计碳氢化合物行业不会回到2014年的投资水平，但我们确实相信，投资正在实现正常化，尤其是在天然气行业。
投资决策已处于历史低谷，导致2025年液化天然气/石油产量损失3/10千桶油当量/天。
我们通过查看我们目前的头部项目石油和液化天然气产量与我们在2014年的最初预期，显示了自上一次油价下跌开始以来，由于FID延迟而导致的未来石油产量损失。随着油价从上一次低迷中复苏后的下跌，以及国家石油公司/国际勘探开发公司退守国内盆地以来专注于资产负债表管理，一些项目的FID已经被推迟.根据我们的估计，在2024-2025年将损失3/10千桶油当量/天的液化天然气/石油产量。2020年的宏观商品低迷加剧了这一情况，此前我们曾预计该行业的项目计划会赶超，这使得延迟项目又延迟了两年。这已经开始明显加剧石油和液化天然气的市场紧张程度，这从我们目前正在经历的结构性上涨的大宗商品价格中可以看出。我们认为这一趋势需要扭转，图19显示，长周期大型项目的石油生产速度有可能从这里开始适度加快，从2022年开始恢复到约30-60万桶/天。
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可持续能源的未来需要大力
加速清洁能源投资，推动资本支出上升
虽然对清洁能源（可再生能源和生物能源）的投资一直呈上升趋势，但我们认为需要大大加速，因为低碳能源技术与它们所取代的碳氢化合物相比，每单位能源产出需要2-3倍的资本支出。
新清洁能源项目的资本成本继续下降，提高了清洁能源的可负担性和竞争力。相反，长期碳氢化合物开发的金融条件不断收紧，造成进入更高的壁垒，活动减少，在我们看来，最终石油和天然气供应减少。绿色基础设施将在未来的能源投资中发挥重要作用，一般来说，清洁技术（全球平均成本）与它们所取代的传统能源（碳氢化合物）相比，平均来说是更密集的资本，但在正确的监管框架下，也能受益于更低的资本成本，使它成为一个成功的促进增长的公私伙伴关系。由于对能源多样化和低碳强度的需要，将进一步加快对低碳的投资。此外，我们估计，平均而言，与传统的碳氢化合物来源和技术相比，清洁能源需要单位输出能源的资本支出约为2-3倍，这进一步加剧了为支持不断增长的能源需求而进行更多投资的需要。
在接下来的展示中，我们展示了每种发电和运输技术的每单位能源产出的资本强度（capex）。我们以每单位能源的资本支出（美元/峰值能源能力）和资产寿命期间的每单位能源（美元/焦耳）为单位来展示结果。这表明随着我们转向清洁的发电和运输方式，每单位能源的资本密集度更高。然而，这并不一定转化为消费者更高的成本，因为与传统的碳氢化合物开发相比，有廉价的融资（在一个有吸引力和稳定的长期监管框架下）和较低的运营成本。
通往下一个净零的道路：每年在低碳技术和网络基础设施方面调动额外的2万亿美元进行低碳投资。
总的来说，我们到2050年实现全球净零排放（GS 1.5°），估计需要清洁技术基础设施的总投资为56万亿美元。该数字仅关注基础设施投资的增量，不包括维护和其他最终用途资本支出。总的来说，我们估计2021-2050年的平均年度的脱碳投资约为1.9万亿美元，2036年将达到峰值（2.9万亿美元），占全球GDP的2.3%（而在GS <2.0°情景下，每年1.6万亿美元，2041年达到峰值2.5万亿美元）。我们估计，约50%的脱碳依赖于清洁发电，包括运输过程中和各种工业流程中的电气化以及供暖用电等。总的来说，我们预计随着脱碳进程的推进到2050年全球净零情景下的发电需求将增长三倍(与2019年相比)，并超过70，000 TWh。基于我们的GS 1.5模型，到2040年之前(在GS <2.0的情况下为2055年)发电几乎完全脱碳。
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冬季能源危机：迫切需要季节性的
能源存储，以支持其可靠性
在缺乏能源存储基础设施的情况下，从天然气向可再生能源的快速转变以及电气化的兴起，对能源的可靠性构成了风险。
在当前地缘政治发展、天然气价格和供应不确定性的背景下，尤其是在欧洲，政策制定者专注于通过加快可再生能源的推广（海上风电、陆上风电和太阳能）方面减少对天然气的依赖。根据我们的碳经济学成本曲线分析，发电目前在碳减排成本谱的低端占主导地位，可再生能源技术已经大规模开发，成本在过去十年中迅速下降，使其在全球许多地区与化石燃料发电技术相竞争。然而，可再生能源发电存在两个需要解决的关键问题：间歇性和季节性。在下面的图表中，我们强调了天然气消费的季节性，欧盟6月/7月/8月的月平均消费量约为200亿立方米，而12月/1月/2月则约为450-500亿立方米。此外，我们显示，在欧盟层面和国家层面，太阳能和风能发电的季节性明显高于天然气和煤炭，特别是德国和西班牙。
随着可再生能源发电的加速增长，日内和季节性的变化必须通过储能解决方案来解决。
为了实现煤炭和天然气的完全替代以及电力市场脱碳，我们认为有两项关键技术将可能有助于解决储能挑战。公用事业规模的储能电池和氢能，两者相互补充。我们将这两种技术纳入我们的净零排放之路。随着发电需求的加速增长，储能和对大规模网络基础设施的需求是特别重要的考虑因素，以确保全球能源生态系统的弹性。虽然电池是目前最发达的日间发电储存技术，但我们认为氢是更适合季节性储存的技术，这意味着两种技术都需要创新和发展。例如，电池特别适合阳光充足的气候，在那里太阳能光伏发电全年都很稳定，可以储存起来供晚上使用。另一方面，氢，以及以化学形式储存能量并通过燃料电池将其转化为电力的过程，可以用来抵消电力需求和可再生能源产出之间的季节性错配。在相关的能源存储基础设施(网络和智能电网)和技术(公用事业规模的储能电池和氢能)准备好支持日益电气化的能源经济之前，我们认为天然气和核电在短期内都可以发挥作用，实现平稳的能源过渡，并有助于避免电力短缺。解决欧洲的能源危机：LNG资本支出和产能在需要时恢复增长。
REPowerEU:对液化天然气和氢气的政策推动
鉴于最近的地缘政治事件，欧盟委员会公布了 "REPowerEU "计划的大纲，旨在减少欧洲在本十年（2030年）结束前对俄罗斯化石燃料的依赖。该计划概述了一系列联合行动，这些行动可以为该地区提供出更实惠、安全和可持续的能源，应对欧洲能源价格的上涨，重点是为明年冬季补充天然气库存，但也要使天然气供应多样化，加快推广可再生气体，并在供暖和发电中取代天然气。欧盟委员会提议制定一个REPowerEU计划，以提高欧盟的抵御能力。欧盟范围内的能源系统，通过提高液化天然气（LNG）和来自非俄罗斯供应商的管道进口，以及大量的生物甲烷和可再生氢气生产和进口，实现天然气供应的多样化。REPowerEU计划旨在减少至少1550亿立方米的化石气体使用，这相当于2021年从俄罗斯进口的数量。三分之二的削减目标是在2022年前完成。我们在下文中总结了根据该提案的天然气多样化的来源。
过去两年的行业的鲜明特点：维持资本纪律，由于COVID-19的影响，FID推迟，资本支出减少。2021年的资本支出在行业中仍然处于非常低的水平，无论是石油还是液化天然气。我们的主要项目分析表明，2021年的总资本支出与2020年相比增加了6%，但仍比2015/2016年的水平低约31%/16%，在上一个商品下行周期中，随着行业对降低资本支出水平的反应加快，出现了更突然的变化。在2022年，我们预计主要项目的整体资本支出水平将按年增加约13%，但仍远低于历史和正常化水平（与2019年相比为-12%）。展望2022-2024年，我们认为液化天然气可能是资本支出增长的一个领域；这主要是由于已经承诺的资本支出主要用于过去2-3年批准的液化天然气项目，其中许多项目在2020年的经济衰退期间面临延迟。正如本报告前面所强调的，液化天然气受益于更低的资本成本，使其成为一个更强大的资本支出增长领域并有利于环保，并符合欧洲在中短期内拜托俄罗斯石油和天然气的多样化的计划。我们的主要项目分析表明，如图6所示，新一波液化天然气项目的成本水平相对于历史而言非常有竞争力（2022-2025年为10-21亿美元/mtpa，2015-2016年为40亿美元/mtpa），卡塔尔、加拿大和美国等国的项目与2014年相比2022年的成本曲线显著降低。
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解决欧洲的能源危机：绿色氢革命
我们相信最近的地缘政治事件使欧盟在其能源政策的优先事项发生了一些改变，上周（3月8日）与欧盟委员会出版的“REPowerEU”计划概述一系列联合行动来减少欧洲对俄罗斯天然气进口的依赖，为了更实惠、更可持续和更安全的能源供应增加投资以及开展变革。虽然能源政策的重点似乎已经转移到能源安全上，但欧盟面临的一个关键问题是加速可再生能源和电气化的建设，以及快速跟踪可再生气体的推广：氢气和生物气。
绿色（可再生能源）氢气被确定为一项关键技术，在未来几年内帮助摆脱天然气进一步多样化；这个提议包括对’Fit for 55’计划目标的一个重要更新，就是基于本地生产和进口量需要到2023年将560万吨可再生氢的目标升级到2000万吨。据该文件显示，这是对该地区已经雄心勃勃的目标的3.5倍，到2030年可以替代250-500亿立方米，约占俄罗斯进口天然气量的16%-32%。我们在下面概述了我们相信该技术将在增强欧洲能源安全和能源弹性方面上发挥的关键作用：
（1）对电气化和可再生能源的推动加速了对季节性能源存储的需求，绿色氢是最佳的解决方案，我们相信：我们之前曾争论过绿色氢与可再生电力高度相连，是更高可再生能源普及率和电气化的关键推动因素。它作为电力行业转型驱动力的作用在于成为季节性能源储存的清洁能源载体，在日益电气化的经济中提供缓冲和弹性。随着可再生能源在欧洲能源结构中的份额增加，间歇性和季节性问题变得越来越突出。特别是随着电气化在供暖方面的势头增强，导致不同季节的电力需求变化。虽然电池、超级电容器和压缩空气也可以使之平衡，但它们缺乏解决季节性失衡所需的电力容量或者存储时间跨度，使氢气成为关键的季节性能源存储解决方案，是可以支持日益电气化的能源生态系统。电解可以在电力过剩时转化为氢，产生的氢可以在电力不足时期提供备用电力，防止电力崩溃，以增强能源系统的弹性。
（2）在能源密集的工业过程中可再生氢和沼气是能源供应多样化的天然继承人：我们认为氢气和沼气是高温工业过程中天然气的主要自然继承者。欧洲(欧盟的27个国家和英国)约30%的天然气需求来自工业过程，包括钢铁、化工厂、水泥等。鉴于2022年3月17日所需要的高能量强度（温度），直接电气化往往是不可行的，使氢气和沼气成为替代化石气体的两个天然分子。天然气网络中的氢混合已经开始，尽管所占比例很小，我们相信，随着欧洲逐渐加强能源供应多样化，天然气网络中的氢混合可能会加速。这可能导致天然气电网基础设施重新配置。
（3）欧盟天然气价格上涨，有利于绿色（可再生）vs蓝色和灰色（天然气）氢相对的性价比，且为安装电解能力和技术创新提供了优势：以目前欧洲天然气现货价格来看，绿色氢已经在欧洲关键地区实现了与灰色（化石）氢的成本平价（拥有低成本可再生能源的绿色氢项目不受电力价格波动）。这使得其倾向于绿色、灰色和蓝色氢，最终导致全球安装电解容量的估计值上升，并鼓励电解空间进一步的技术创新。
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绿氢是电气化的关键推动因素，
具有季节性能量存储能力和电网缓冲能力
氢气目前在发电过程中起着很小的作用。但是其正在经历一个彻底的转变--氢可能成为该行业的一项关键技术。补充可再生资源可以解锁季节性能源存储能力，并日益增强电气化的能源系统的弹性。在我们看来，发电的作用在未来几十年可能会增强，随着电气化的普及和各个行业的迅速增长，（包括道路运输、建筑供暖、工业制造工艺和低温工业热），它们逐渐找到属于自己的去碳化道路。供暖加速电气化的发展可能导致巨大的电力需求和供应失衡，使分子季节性储能解决方案的作用变得至关重要。我们确定了清洁氢在发电工业中的三个关键作用，它们可以增强系统的弹性，并使可再生能源的吸收能力增加：
(a) 大规模季节性储能：我们相信氢将是解决长期储能的首选方案，因为氢可以使发电需求的季节变化得到平衡；特别重要的是，通过热泵为住宅供暖成为一个更突出的特点，并在总发电需求占据的份额逐渐上升。虽然电池、超级电容器和压缩空气也可以支持平衡，但它们缺乏解决季节性不平衡所需的电力容量或存储时间的能力，如氢气委员会的概述和表12所示。
虽然抽水水力发电为大规模、长期储能提供了氢气的替代方案且占全球储能的95%以上，是迄今为止首选的储能解决方案，但其剩余的未开发潜力取决于当地地理条件。氢气存储方案的主要缺点是其往返效率低，电解后转化为电的过程中会消耗总能量的60%。然而，考虑到该分子的丰度（宇宙中最丰富的），我们认为，在缺乏替代分子、清洁的季节性能源存储解决方案的情况下，较低的效率的方案应该更广泛的推广。
(b) 柔性发电：燃氢燃气轮机和混合循环燃气轮机可以作为电力系统的一个灵活来源(替代天然气)，增加可变可再生能源(VRE)的份额，帮助解决间歇性问题。燃料电池可以使用的电气效率通常超过50%-60%（类似于涡轮机），而且固定式燃料电池市场在过去十年中一直在稳步增长。然而，燃料电池通常比燃气轮机有更短的技术寿命和更小的功率输出，会使它们更适合分布式电力。在电力部门，可变电力供需的时机并不匹配，需要更多的操作灵活性。解决这种间歇性问题可以有很多办法，如电网基础设施升级或短期或长期供需平衡技术（动态电网）、灵活的备份生成、需求侧管理或能源存储技术。鉴于目前关注减少欧洲天然气需求，氢涡轮机可以帮助补充可再生电力组合，与低成本的绿色氢气(由RES固定PPAs生产，LCOE<30美元/兆瓦时)相比，欧洲的现货天然气价格已经使得天然气和燃气涡轮机的成本更不具备竞争力。
(c)缓冲电源、备用电源和离网电源：氢具有价值属性，可以使其成为发电系统备用的关键解决方案，因为电解可以在供应过剩的时期将过剩的电力转化为氢。所生产的氢可在停电时提供备用电力，也可用于运输、工业或住宅等其他部门。氢气提供了一个集中或分散的初级或备用电源的来源。此外，电解槽可以为电网提供辅助服务，如频率调节。因此，燃料电池与存储相结合，很可能会被认为是去替代柴油的一种脱碳并具有成本效益的发电方式（目前通常用于备用电源）。
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氢是天然气的自然继承者，可以使在能源密集的工业过程中的能源供应多样化
更高的天然气价格导致欧洲关键地区的绿色氢成本与灰色氢成本（以天然气为基础）持平，推动了绿色氢革命的第一步：在现有工业应用中取代灰色氢。天然气的工业使用约占欧洲天然气总消耗量的30%，因为该商品在整个工业过程中既被用作燃料（能源使用）和原料（主要用于化学品）。虽然这些工业子部门中有许多实现电气化的可能性（机械制造、运输设备、纺织品、食品、饮料和烟草），但该地区50%的天然气消耗来自重工业，且其运行时通常需要较高的温度，直接电气化是不可行的。因此，我们认为，可再生气体将是在次工业领域中取代天然气的关键。其中包括高温化工和石化制造、钢铁和非金属矿物（粘土、石灰石、水泥）。
绿色氢与灰色氢的成本持平的步伐正在加速，我们预计将在2030年之前可在再生能源成本低的地区实现这一目标。当前我们注意到大宗商品价格上涨的宏观环境，特别是欧洲天然气和碳价格，正在欧洲形成一个独特的绿色氢成本平价动态。由于目前生产的大多数氢都来自该地区的天然气，从经济的角度来看，该地区目前的天然气价格明显较高，规模正在偏向绿色氢。在不考虑欧洲ETS的碳排放价格的情况下我们估计，该地区目前较高的天然气价格环境所隐含的碳价格相当于US$200/tnCO2eq（当占范围1、2、3天然气碳强度），尽管近期有所回落，但目前仍高于 50美元/tnCO2eq2。在欧洲地区，因为绿色氢由专用的RES和低于70美元/MWh的可再生能源LCOE进行生产，这足以使欧洲地区的灰色氢成本和绿色成本联系起来。
目前，氢气主要用作许多关键工业过程中的原料，因此在能源转型中发挥着非常有限的作用，因此我们仍需释放氢作为能源载体和燃料的潜力，这是欧盟希望前进的方向。根据国际能源署的数据，2020年全球氢的需求约为9000万吨。这包括超过7000万吨氢气作为纯氢使用，主要用于炼油和氨生产，以及少于2000万吨氢气混合含碳气体，主要用于甲醇生产和钢铁制造。这不包括用于供热和发电的工业过程中残留气体中存在的约2000万吨的氢气。我们认为，清洁氢革命始于现有氢的终端市场的去碳化，因为成本平价只需要在这些行业的产氢阶段达到即可。因此，我们认为清洁氢经济的起点是目前7000万吨/年的化石燃料专用氢的生产过程中进行的脱碳。
网络混合化：氢气的主要潜在市场，对各种受益于现有基础设施的天然气终端用户很重要。为了使欧洲的工业和供暖需求（住宅和商业）多样化，我们相信另一个强大的工具是天然气网络中的混合氢气，这也提供了一个独特的机会来利用面临陷入零净世界风险的现有资产。此外，网络混合可以帮助广大的天然气客户实现脱碳化。目前，包括工业、建筑和发电公司，这导致了一个比建筑供暖本身所显示的要大得多的潜在市场。总的来说，根据我们的估计，由于在现有基础设施上需要增添一些站，以及更高的运营成本，除氢生产的成本之外，可能会增加约0.2美元-0.5美元/kg 氢气的成本。尽管如此，即使是很小的氢混合体积率也会对潜在市场产生重大影响。然而，必须解决的挑战：
(a) 氢的单位体积能量密度约为天然气得三分之一，这意味着更大的气体体积。
(b)氢分子的尺寸较小，这意味着通过钢制管网泄漏的风险更高，这表明需要以超过20%-30%的混合速率进行基于聚合物的改造。
(c)可燃性的风险增加和气体无味、无色的性质，导致对火焰探测器和监测的需求增加。
(d)混合到气流中的氢气体积的变化，可能对设备的运行产生不利影响，设备的设计对不同气体的适应性范围较窄。
欧洲是在制定氢气混合的监管框架方面领先的国家之一。例如，德国规定，在没有CNG充气站连接到网络的情况下，氢气的最大比例为10%。目前，欧洲有许多项目正在研究现有天然气网络中氢气混合的潜力，包括法国的GRHYD，以及英国的HyDeploy、H21和Hy4Heat。“European Hydrogen Backbone”是一发表于2020年专门的氢基础设施研究报告，由11家天然气基础设施公司撰写，描述了如何在欧洲的大部分地区创建专门的氢基础设施的愿景。这描述了截止至2030年建设6800公里的管网，到2040年进一步扩大到23000公里，依据75%的天然气管道改造和25%的新管道延伸的假设，估计需要270-640亿欧元。假设主干网配备了一个强大的压缩系统，到2040年，所提议的网络应该能够满足欧洲每年1130太瓦时的氢气需求。
最近，在2021年12月，欧盟委员会提出了一个新的欧盟框架，以使天然气市场去碳化并促进氢气的推广和减少甲烷排放。市场规则将在2030年之前和之后分两个阶段实施，主要包括氢气基础设施的使用，氢气生产和运输活动的分离，以及关税的制定。将建立欧洲氢运营商网络(ENNOH)形式的新治理结构，以促进专门的氢基础设施、跨境协调和互联网络建设，并阐述具体的技术规则。新规定将使可再生气体和低碳气体更容易进入现有的天然气电网，并在2022年3月17日降低关税。他们还创建了一个低碳气体的认证体系，以完成在可再生能源指令中开始的关于可再生气体认证的工作。根据该文件，在其最近的提案REPowerEU中，欧盟委员会将进一步制定相关的监管框架，以促进欧洲氢气市场支持发展天然气和氢气综合基础设施、储氢设施和港口基础设施，并强调新的跨境基础设施应与氢气兼容。
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