《2050氢能展望报告》100页

Original DNV 中美碳中和

2024-10-08

2022年8月10日，DNV 联合中国城市燃气协会、北京清华工业开发研究院、北京大学能源研究院和中关村氢能与燃料电池创新产业联盟共同举办了《2050氢能展望报告》中文版线上发布会。该报告的英文版于今年6月在挪威发布，报告基于DNV能源转型展望研究中所独立开发的模型，为全球氢能产业面向2050年的发展提供了独特的预测与分析。

在对2050年的氢气发展预测中，报告认为到2030年和2050年，氢在能源结构中将分别仅占0.5%和5%。然而，要实现《巴黎协定》的目标，到本世纪中叶，氢的使用率需要增加两倍，才能满足15%的能源需求。

尽管有雄心勃勃的声明显示氢在能源转型中可能发挥的重要作用，但目前生产的低碳和可再生氢的数量几乎可以忽略不计。这当然会改变。但关键问题是，何时改变以及改变多少？我们发现，到2050年，氢能可能仅满足全球能源需求的5%，比净零路径中应有的份额少三分之二。显然，全球需要更强有力的政策将氢能推向满足《巴黎协定》所需的水平。在这里，参考欧洲的扶持政策是有指导意义的：到2050年，氢可能占能源结构的11%。

全球能源需求的5%意味着超过2亿吨氢转化为能源载体，这仍然是一个巨大的数字。其中五分之一是氨，另外五分之一包括e-燃料，如e-甲醇和清洁航空燃料，其余为纯氢。

氢是宇宙中最富含的元素，但我们只能在化石燃料、气体和水等化合物中制取。释放这些氢分子需要大量的能源—通过对天然气进行蒸汽甲烷重整加以CCS以“蓝氢”形式制取，或者通过电解从水和可再生电力中以“绿氢”形式制取。

到2050年，超过70%的氢将以绿氢方式制取。由于制造绿氢过程中会有能量损失，理想情况下，应首先利用可再生能源在电力结构中替代煤炭，并在一定程度上替代天然气。在实践中，会有一些重叠，因为氢是可变可再生能源的一种重要储存形式。但不可否认，风能和太阳能光伏是绿色氢能的先决条件；我们的雄心越大，这些资源的用途就越大。

与直接电气化相比，氢能价格高昂且效率低下。在很多方面，应该考虑作为最后的低碳能源。但是，氢能又是迫切需要的。在那些难以或不可能电气化的领域，如航空、航运和高温工艺流程，尤其需要氢能。在某些国家，如英国，氢在某种程度上可以通过现有的天然气配送网络以低于转换为电力的批发成本交付给最终用户使用。

由于氢对脱碳至关重要，因此安全不能成为其致命弱点。DNV在这方面处于领先地位∶氢设施可以设计成与广泛接受的天然气设施一样安全或更好。这意味着必须在氢能生产和配送系统中设计安全措施，且必须在其整个生命周期内正确运行和维护。同样的方法必须扩展到作为氢载体的氨，它将被大量用于航运的脱碳目标。就这一方面而言，其毒性是一个重点关注问题，必须进行相应的管理。

对启动和扩大氢能规模的技术和政策进行分析，然后模拟氢如何与其他能源载体竞争并非易事。

正如我们在本报告中解释的那样，将会有许多氢价值链，不仅在成本方面进行竞争，而且在时间、地理、排放强度、风险接受标准、纯度和最终用途的适应性方面进行竞争。对于我的同事们为向您提供这一重要预测报告所做的工作，我深表骄傲，并一如既往地期待您的反馈。

● 到2050年，基于电网的电解成本将大幅下降，届时平均约为1.5美元/千克，在某些地区，专用可再生电解产生的绿氢及蓝氢也将达到这一成本水平。蓝氢的全球平均价格将从2030年的2.5美元/千克降至2050年的2.2美元/千克。在美国等能够获得廉价天然气的地区，成本已经达到2美元/千克。在全球范围内，绿氢将在未来十年内达到与蓝氢的成本平价。

● 在大多数地区，绿氢将越来越多地成为最便宜的生产形式。到2050年，72%用作能源载体的氢及其衍生物将基于电力，28%的蓝氢来自使用CCS的化石燃料，低于2030年的34%。一些天然气价格低廉的地区将拥有更高的蓝氢份额。

● 出于成本方面的考虑，全球超过50%的氢管道从天然气管道重新利用，在某些地区高达80%，因为重新利用管道的成本预计仅为新建工程成本的10-35%。

100多年来，氢作为化学原料在化肥生产和炼油厂中大量使用。然而，目前氢作为能源载体的使用是微不足道的。这是因为制氢本身要先脱碳（目前成本很高），才能在推动能源系统的脱碳中发挥重要作用。尽管做出投资决定并处于建设阶段的项目数量不多，但这一巨大的成本障碍并没有阻止能源行业对氢的兴趣。随着创新渠道的进一步发展，现有技术供应商进行了众多的可行性研究，初创企业正在开发更高效和更大规模的概念。

与直接使用电力相比，通常氢具有明显的成本、复杂性、效率以及安全性等方面的缺点。然而，对于许多能源部门来说，直接使用电力是不可行的，氢及其衍生物如氨、甲醇和e-燃料是主要的低碳竞争者——有时与生物燃料互相竞争。

正在涌现的新共识是，低碳和可再生氢将在未来的脱碳能源系统中发挥重要作用。作用的重要性仍然不确定，但各种估计表明，氢在未来低碳能源系统中占全球能源使用量的10%到20%。DNV的“净零之路”报告预计到2050年，氢将占净零能源结构的13%，届时将迅速提高份额。

本预测中，我们目前的任务不在于说明氢在2050年能源结构中应该占据的份额，而是说明它可能占据的份额。我们发现，到本世纪中叶，氢还没有完全履行其在净零排放中的角色，事实上远未达到。我们的预测显示，到2050年，氢可能仅能满足5%的能源需求。

扩大全球氢使用规模受到一系列挑战的困扰∶可用性、成本、可接受性、安全性、效率和纯度。虽然人们普遍认为为达成《巴黎协定》，需要尽快扩大全球氢的使用规模，而目前其发展速度太慢，远不及我们在可再生能源、电网和电池存储装置中看到的加速发展。但是，利益相关者和媒体对氢的承诺却兴趣盎然。然而，却很少有评论者对可能的全球氢增长路径背后的细节进行冷静仔细的研究。

本报告是DNV年度能源转型展望（ETO）报告系列的一部分。这里提供的结果将成为2022年10月即将发布的2022年版ETO主报告的一部分。我们在本氢预测报告中的洞见和结论基于DNV的ETO模型中更详细的氢能建模，包括用于氢贸易和运输的新模型，以及对新制氢方法和氢衍生物更深入的研究。

氢的投资风险

目前，人们对可再生和低碳氢作为能源载体、燃料和清洁分子能源产生了前所未有的兴趣。然而，还有很长的路要走：首先是投资流向研究和试点项目之外的商业项目，其次是实现许多大型氢项目，以及开发或改造基础设施。

大规模能源用途的价值链需要巨额投资

2021年，全球投资120亿美元用于作为能源载体的氢。到2030年，每年对氢及其衍生物的投资将达到1290亿美元，到2050年将达到4400亿美元，届时氢作为能源载体将迅速增长，并将持续到本世纪下半叶。尽管这些数字令人印象深刻，但仍需要更多的氢投资，以便更快确保符合巴黎标准的能源转型。DNV的《净零排放路径》报告认为2050年氢将占全球能源需求的13%左右，是我们对氢最有可能的未来预测的两倍多。

问题是氢的更快、更大的未来是否可以负担得起。在世界能源支出的背景下，答案是肯定的。我们预测，由于主要与电气化相关的效率提高，能源支出占世界国内生产总值 (GDP) 的百分比将从2019年的3.2%下降到2050年的1.6%。如果当前用于能源支出的GDP比例保持不变，用于清洁能源的盈余资金每年将增长约2万亿美元，到2050年接近63万亿美元――足以为符合《巴黎协定》的转型提供资金，包括脱碳氢所需的规模扩大。

氢投资与更广泛的能源投资趋势有着内在联系

随着能源转型的加速，能源公司正在对其未来做出关键的长期战略决策，许多行业都在进行转型绿色投资。与此同时，金融家们正在重新评估并提出化石燃料的未来风险――担心资产搁浅，并受到ESG、分类法、碳定价以及来自股东和公众的压力等领域的推动。大量资本正在能源转型中寻找新投资方向，但这些资本

不一定会流入氢。石油和天然气项目在融资方面困难重重，38%的石油和天然气资深专业人士表示，他们的组织发现难以为石油和天然气项目获得价格合理的融资。这是基于DNV在俄乌战争之前于2022年1月进行的调研。尽管如此，我们的研究表明，远离化石燃料的驱动因素――脱碳和能源转型――是具有弹性的长期趋势，基本上不受行业周期的影响。

相比之下，至少在发达市场，可再生能源项目受到了极大的关注，并且这些项目有充足的可用资金――可再生能源的瓶颈反而是批准和可投资的项目。然而，对于采用价值链不太成熟的技术的项目来说，融资并不容易。对于氢，虽然兴趣和投资预期都在增加，但资金并不像流入可再生能源那样容易流入氢项目。

降低风险并增加氢投资的吸引力

资金只会流入可融资的项目。能源公司和投资者需要确保氢项目在风险和回报之间取得平衡。这需要长期的稳定性、确定性和视野，可以通过商业模式和长期协议、监管环境、政府支持、合作伙伴关系和技术创新来提升。市场的成熟度也很重要，现在和未来的需求确定性更大，降低了投资风险。对于投资制氢的公司来说，一直存在的担心是未来需求的来源、级别，以及至关重要的是何时有需求。

核心问题是，从融资的角度来看，氢的机遇目前是长期的、低回报的，而且看似高风险的。如果没有政府在创造确定性和通过补贴提供更直接的大力支持，金融家不太可能接受这种风险――这就是我们在市场上看到的情况。在技术推广的初期，成本往往很高，企业必须遵循长期战略，实施短期内可能缺乏利润的计划。但他们这样做是为了在行业中获得市场份额，期望一旦氢供需增加，成本就会下降，利润就会提高。

早期投资是一个挑战。需要初期支持和行业参与，将项目快速推进到风险较低并适合广泛使用的金融机制的阶段。这是一个以更低价格实现大规模低碳氢的安全生产的问题。

目标是发展市场和投资者的成熟度，以便不同的金融家在项目的每个阶段（从概念到完成）都有商业模式和风险偏好。除试点和研发以外，大多数氢项目都处于预开发阶段。这一阶段风险很高，活跃的是开发商和国际石油公司。

需求和供应的确定性

对技术和创新需求的更大确定性可以降低风险并增加投资。但随着关于蓝氢与绿氢、氢与电气化、以及绿氢与储能电池的争论仍在继续，对氢的需求还远未确定。

本报告提供了DNV对2050年氢供需关系的独立预测，可能有助于公司和政府在考虑能源未来和制定氢战略时做出最佳估算。除此之外，还有其他方法可以确保需求的确定性，例如生产者和消费者之间的协议，无论是以绿色氢电购买协议 (PPA) ，还是对氢产业集群的联合投资。大公司的公告，例如主要工业用户在钢铁生产中改用氢，或在航运中使用氨，有助于创造确定性。政府也可以作为氢的主要投资者和消费者带头人，例如通过在公共交通中建立对氢使用的早期需求。政府的另一个选择是引入基于数量的政策来刺激需求面（见第2章的讨论）。

国家氢能战略和政策将发挥关键作用。政策制定者将需要在能源系统层面进行规划，同时制定政策以实现可再生能源发电的规模扩大和CCS价值链的构建。目前，从供应方面来看，氢生产商在生产低碳氢的资源供应面临不确定性，无论是生产低碳蓝氢的的可用且负担得起的低排放供应链天然气，还是电网盈余或专用于绿氢生产的可再生能源（或潜力）。沿着价值链更远处，难以减排行业的消费者――依赖化石燃料作为燃料和原料――正在寻找诸如氢和衍生物等脱碳解决方案，但需要确定他们将能够获得安全且负担得起的低碳替代品供应。

标准、分类法和碳价格

标准和分类法对可持续和符合气候目标的活动和不符合气候目标的活动进行分类，为能源投资提供明确的方向以及激励、标准和法规的基础。分类法，例如欧盟分类法，可以帮助确保资本流入清洁能源项目和技术，并远离未减排或排放量大的化石燃料。这样的分类和标准，以及氢项目和产品符合它们的认证，可以大幅降低投资风险。另一方面，在分类法达成一致并最终确定之前，存在不确定性和风险。例如，除非明确蓝氢是否属于“低碳”投资，否则公司不太可能投资蓝氢。

DNV的研究《低碳能源未来中的蓝氢》（2021年）解决了蓝氢是否可以被视为低碳的问题。我们发现，与欧盟和世界可持续发展商业委员会定义的分类阈值相比，蓝氢的温室气体 (GHG) 足迹更低。然而，这需要将制氢技术和碳捕获相结合，重点关注高转化率和高二氧化碳捕获率，从而降低与工艺相关的二氧化碳和甲烷排放量。此外，二氧化碳和甲烷的天然气供应链排放量必须保持在较低水平。我们的数据显示，这可以通过目前某些地区的天然气供应来实现，但远非如此。氢认证可以在这方面发挥重要作用，将资金引入低碳项目，以及让生产者和消费者都有信心和数据――向氢转型将有助于他们的脱碳努力。

一个有效的碳价格――或者明确何时实施这样的价格――也将激励清洁能源并抑制未减排的化石燃料。所谓有效，我们指的是对排放造成的损害进行适当的定价，但也要以使低碳技术在商业上的可行水平来定价。这样的碳价格将大大降低氢投资的风险。

金融工具

为了降低风险并提高清洁能源机遇的盈利能力，全球范围内政府和市场已经开发出商业模式和金融工具。这些主要是降低风险和创造确定性（例如氢电购买协议或差价合同）或补贴和激励（例如通过上网电价或税收股权融资），以便将项目和技术发展到更传统的融资形式可用的阶段。例如债务和股权融资。

如前所述，氢具有独特的属性组合，使其与电力和化石燃料相似。那么从金融的角度来看，问题是：一旦市场成熟，氢将如何定价？业界对这个问题的看法大致分为五五开。氢的定价方式对最好采用哪种类型的金融机制产生影响。电价通常由监管机构管理，这些机构旨在保护消费者并保证供应商的稳定回报率。化石燃料价格更多地受到自由市场力量的推动，这使得它们更具波动性，但也可能更有利可图。

需要针对区域、国家和部门进行调整，更具体的政策和机制才能发挥作用。实施的可见性、技术法规和支持情况，将提供所需的确定性。我们将在第2章中更详细地探讨氢的政策和战略。