圖表 全球氫能需求及占比（2020年）
圖表 G7成員氫能需求（2050年）
發(fā)展現(xiàn)狀：2020年，加拿大生產(chǎn)了約300萬噸氫氣，其中約80%來自化石能源，其余來自于煉油廠（作為副產(chǎn)品）；應(yīng)用方面，煉油和化工平分秋色。電力來源方面，2021年，60%為水力發(fā)電，14%為核能發(fā)電，由發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳排放量很低（69克/千瓦時(shí)）。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)14.3吉瓦，太陽能光伏裝機(jī)3.6吉瓦，合計(jì)占電力結(jié)構(gòu)的6%。
發(fā)展展望：加拿大致力于在2030年之前實(shí)現(xiàn)比2005年減少40%至45%溫室氣體排放，在2050年之前達(dá)到凈零排放。根據(jù)加拿大能源監(jiān)管機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，到2050年，加拿大氫氣需求預(yù)計(jì)將至少增加4,700萬噸，其中，65%用于工業(yè)部門，25%用于運(yùn)輸部門，10%用于住宅和商業(yè)部門。生產(chǎn)方面，配套CCUS的化石能源制氫占供應(yīng)量57%，輔之以33%的離網(wǎng)電解和9%的并網(wǎng)電解。風(fēng)能和光伏發(fā)電的凈增量在100吉瓦至150吉瓦之間。
現(xiàn)有和計(jì)劃中的基礎(chǔ)設(shè)施：加拿大有近150公里的氫氣管道（80%在阿爾伯塔省）。當(dāng)前沒有大型氨氣港口，但聯(lián)邦承諾在未來5年內(nèi)開發(fā)5個(gè)氫氣中心。省級(jí)氫谷將為不列顛哥倫比亞省（西海岸）的零碳能源出口（包括氨）提供新的重點(diǎn)。加拿大在魁北克和溫哥華有2個(gè)小型甲醇碼頭。五個(gè)液氫工廠累計(jì)能力達(dá)到80噸/天。有一個(gè)30噸/天的液氫工廠計(jì)劃于2024年在阿爾伯塔省開始運(yùn)行，氫氣將被用于公路運(yùn)輸。
發(fā)展現(xiàn)狀：2020年，歐盟（包括G7成員國法國、德國和意大利）生產(chǎn)了770萬噸氫。其中約87%來自化石能源，其余為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品。應(yīng)用方面，煉油占比51%，化工占比40%。電力來源方面，2021年，45%為化石燃料，19%為核能發(fā)電，36%為可再生能源，由發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳排放量較低（230.7克/千瓦時(shí)）。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風(fēng)電裝機(jī)86.4吉瓦、海上風(fēng)電裝機(jī)7.4吉瓦，太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)62.2吉瓦，合計(jì)占電力結(jié)構(gòu)的20%。
發(fā)展展望：對(duì)11種情景的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，到2050年，氫氣（衍生物）的平均估計(jì)需求量為3,500萬噸/年（大多數(shù)情景位于700萬噸/年至4,500萬噸/年之間），使得氫氣（衍生物）在最終能源需求中的份額在11%和19%之間。歐盟委員會(huì)設(shè)想到2050年氫氣流量達(dá)到6,000萬噸/年到6,560萬噸/年。電解槽產(chǎn)能達(dá)到528吉瓦至581吉瓦，用于生產(chǎn)氫氣；另有80吉瓦至95吉瓦用于合成甲烷，40吉瓦至50吉瓦用于合成燃料。到2050年，氫氣占?xì)怏w供應(yīng)的46%至49%，保持在與2015年類似的水平。大約15%乘用車、22%貨車和23%-26%重型貨車使用燃料電池。工業(yè)中氫氣應(yīng)用相對(duì)較小，大約8%的能源需求是以氫氣的形式的出現(xiàn)的，另外8%是合成甲烷。
現(xiàn)有和計(jì)劃中的基礎(chǔ)設(shè)施：歐盟有近1,600公里的氫氣管道（95%在西北歐）。荷蘭計(jì)劃在2027年之前建立一個(gè)全國性的氫氣網(wǎng)絡(luò)，由85%的再利用天然氣管道組成，容量為10吉瓦，需要15億歐元（14.8億美元）的投資。荷蘭有2個(gè)擴(kuò)大氫氣網(wǎng)絡(luò)的項(xiàng)目：1）HyWay27的目標(biāo)是到2026年建成國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，到2028-2030年建成與鄰國的國際網(wǎng)絡(luò)；2）三角洲走廊連接鹿特丹和北萊茵威斯特法倫（德國）。歐盟有24個(gè)合成氨碼頭和17個(gè)甲醇碼頭。鹿特丹港目標(biāo)是到2030年年進(jìn)口氫氣4,600萬噸。對(duì)于氨，到2025年將會(huì)有新的綠氨專用碼頭。對(duì)于液態(tài)有機(jī)氫載體，計(jì)劃在2023年進(jìn)行試點(diǎn)，到2025年進(jìn)行小規(guī)模進(jìn)口。位于Maasvlaakte（荷蘭）的ACE終端預(yù)計(jì)將于2026年準(zhǔn)備好進(jìn)口可再生氨。歐盟唯一的液氫工廠（除G7成員外）位于荷蘭，是一家5噸/天的工廠，于1987年投入運(yùn)行。
發(fā)展現(xiàn)狀：2020年，法國生產(chǎn)了大約90萬噸氫氣。其中約79%來自化石能源，其余為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品。應(yīng)用方面，煉油占比49%，化工占比35%。電力來源方面，2021年，69%為核能發(fā)電，12%為水力發(fā)電，由發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳排放量是G7中最低的（36克/千瓦時(shí)）。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風(fēng)電裝機(jī)18.7吉瓦、太陽能光伏裝機(jī)14.7吉瓦，合計(jì)占電力結(jié)構(gòu)的10%。
發(fā)展展望：法國2050年氫氣需求有廣泛的潛在結(jié)果。在更依賴CCS的情況下，需求可能保持在與當(dāng)前水平相似的水平，到2050年達(dá)到110萬噸/年，這使其成為對(duì)工業(yè)更有吸引力的選擇。CCS的使用也需要發(fā)展二氧化碳運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施，這使得直接空氣捕集加上CCS更有吸引力。最大的用途是用于航空的合成燃料（40萬噸氫氣/年），其次是合成氨（20萬噸氫氣/年）和交通（20萬噸氫氣/年）。在另一個(gè)極端，氫氣可以達(dá)到近300萬噸/年，由P2G、鋼鐵和甲醇驅(qū)動(dòng)。該方案主要依靠電解（占比89%，需要29吉瓦電解槽），并將利用法國在鹽穴中的儲(chǔ)存潛力，開發(fā)1.65億噸儲(chǔ)存容量。歐洲天然氣運(yùn)營商也評(píng)估了2050年是潛在供應(yīng)和需求。就法國而言，2050年，氫氣需求量約為600萬噸/年，需求的三分之一來自燃料和高價(jià)值化學(xué)品，其次是運(yùn)輸，為120萬噸/年。
現(xiàn)有和計(jì)劃中的基礎(chǔ)設(shè)施：法國有近300公里氫氣管道，在法國西部有4個(gè)氨氣終端和3個(gè)甲醇終端。法國只有一個(gè)液氫工廠，日產(chǎn)量10噸，于1987年投入運(yùn)行。法國正在開發(fā)Lacq氫氣項(xiàng)目，該項(xiàng)目將利用重新利用的管道從西班牙進(jìn)口可再生氫（來自太陽能光伏）。法國還參與了MosaHYC項(xiàng)目，該項(xiàng)目涉及法國、盧森堡和德國之間的100公里管道，并使用70公里的再利用化石氣體管道。該項(xiàng)目最終投資決定預(yù)計(jì)在2022年晚些時(shí)候做出，2026年投入使用，到2030年氫產(chǎn)能將達(dá)到6萬噸。
發(fā)展現(xiàn)狀：2020年，德國生產(chǎn)了大約170萬噸氫氣。其中約79%來自化石能源，其余為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品。應(yīng)用方面，煉油占比42%，化工占比40%。電力來源方面，2021年，41%為可再生能源發(fā)電，12%為核能發(fā)電，由發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳排放量為355克/千瓦時(shí)。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風(fēng)電裝機(jī)56吉瓦，海上風(fēng)電裝機(jī)7.7吉瓦，太陽能光伏裝機(jī)58.5吉瓦，合計(jì)占電力結(jié)構(gòu)的29%。
發(fā)展展望：2021年5月，德國提高了其氣候雄心，確立到2045年實(shí)現(xiàn)凈零排放的目標(biāo)。大多數(shù)為氫氣前景提供見解的研究，要么考慮到2050年的凈零排放目標(biāo)，要么甚至考慮到之前的2050年80%至95%的溫室氣體減排。對(duì)12項(xiàng)研究中的37種情況進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)到2050年的氫氣需求范圍為0-2,400萬噸/年，平均需求為720萬噸/年。當(dāng)研究到2050年的氫氣（衍生品）份額時(shí)，合成燃料的份額高于氫氣本身。通過使用更雄心勃勃的氣候目標(biāo)，該份額也明顯增加。到2050年溫室氣體減少80%到95%將導(dǎo)致氫氣（衍生物）的市場份額增加1.5-3倍，占最終能源需求的10%-30%。對(duì)于凈零排放情景，氫氣需求量為1,800萬噸/年至3,600萬噸/年，合成燃料的需求量為0至2,250萬噸/年。在供應(yīng)方面，自2022年初以來，德國一直在尋求大幅減少對(duì)天然氣進(jìn)口的依賴，這一立場使得德國唯一考慮的路線是可再生能源。
現(xiàn)有和計(jì)劃中的基礎(chǔ)設(shè)施：德國有近390公里的氫氣管道，在該國北部有2個(gè)氨氣終端，在凱爾、漢堡和奧伯豪森有三個(gè)甲醇終端。對(duì)于液氫，德國有2個(gè)液氫工廠，設(shè)計(jì)產(chǎn)能達(dá)到近10噸/天。有15個(gè)IPCEI項(xiàng)目專門用于基礎(chǔ)設(shè)施，將增加1,700公里的氫氣管道。H2ercules項(xiàng)目設(shè)想在2026年建設(shè)一個(gè)1,500公里的氫氣網(wǎng)絡(luò)。通過歐洲天然氣運(yùn)營商建模，到2050年將需要一個(gè)13,300公里的氫氣網(wǎng)絡(luò)，使用11,000公里重新利用的化石天然氣管道。在通過航運(yùn)進(jìn)口的終端方面，德國RWE能源公司計(jì)劃在該國北部建造一個(gè)終端，到2026年進(jìn)口30萬噸氨，Uniper計(jì)劃在2030年建造一個(gè)進(jìn)口可再生氨（有可能是液氫）的終端，進(jìn)口30萬噸氫。
發(fā)展現(xiàn)狀：2020年，意大利生產(chǎn)了大約50萬噸氫氣。其中約89%來自化石能源，其余為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品。應(yīng)用方面，煉油占比75%，化工占比20%。電力來源方面，2021年，65%為化石燃料，35%為可再生能源，由發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳排放量為261克/千瓦時(shí)。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風(fēng)電裝機(jī)11.3吉瓦，太陽能光伏裝機(jī)22.7吉瓦，合計(jì)占電力結(jié)構(gòu)的16%。
發(fā)展展望：到2050年，意大利政府預(yù)計(jì)，氫氣可以滿足高達(dá)20%的最終能源需求，應(yīng)用于運(yùn)輸、工業(yè)、發(fā)電和一些住宅和商業(yè)部門的使用。長途重型卡車的燃料電池滲透率可達(dá)到80%。意大利三大天然氣運(yùn)營商之一的SNAM研究估計(jì)，2050年氫需求量為950萬噸/年，由發(fā)電（300萬噸/年）驅(qū)動(dòng)，其次是運(yùn)輸部門（260萬噸/年）和建筑部門（210萬噸/年）。歐洲天然氣運(yùn)營商也評(píng)估了2050年的潛在供應(yīng)和需求。就意大利而言，到2050年，氫氣需求量約為740萬噸/年，需求的幾乎一半來自工業(yè)用途，其次是發(fā)電（280萬噸/年）和運(yùn)輸（70萬噸/年）。
現(xiàn)有和計(jì)劃中的基礎(chǔ)設(shè)施：意大利只有一條8公里的氫氣管道。它在該國北部有2個(gè)氨氣終端和2個(gè)甲醇終端。意大利沒有任何氫氣液化廠。SNAM已經(jīng)測試了高達(dá)10%（體積）的氫氣混合，并聲稱其70%的網(wǎng)絡(luò)（2021年總共3,2600公里）是與氫氣兼容的。
發(fā)展現(xiàn)狀：2020年，日本生產(chǎn)了大約200萬噸氫氣。其中約50%來自化石能源，45%為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品，5%來自煤炭。應(yīng)用方面，煉油占比90%，氨氣生產(chǎn)占其余部分。電力來源方面，2021年，22%為可再生能源，6%為核電，由發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳排放量為461克/千瓦時(shí)。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風(fēng)電裝機(jī)4.4吉瓦，太陽能光伏裝機(jī)74.2%吉瓦，合計(jì)占電力結(jié)構(gòu)的6%。
發(fā)展展望：日本目標(biāo)是到2050年氫氣的年需求量達(dá)到2,000萬噸，這與2030年的300萬噸/年的目標(biāo)相比是一個(gè)相對(duì)快速的提升。進(jìn)口氫氣的主要用途之一是發(fā)電，它需要的氫氣成本水平約為1.50美元/千克。發(fā)電的一個(gè)替代方法是煤摻氨燃燒。目前正在進(jìn)行測試，以便在2024年之前實(shí)現(xiàn)20%混燒的大規(guī)模示范，并在2020年代后半期開始商業(yè)運(yùn)營，到2028年完成50%或更高的混燒的技術(shù)示范。此外，單一燃料燃燒的測試將在2030年前完成。
現(xiàn)有和計(jì)劃中的基礎(chǔ)設(shè)施：日本目前沒有任何氫氣管道。日本有13個(gè)氨氣終端和2個(gè)甲醇終端。對(duì)于液氫，日本是世界第三大生產(chǎn)國（僅次于加拿大和美國），擁有近40噸/天的產(chǎn)能。日本是HySTRA項(xiàng)目的進(jìn)口方，該項(xiàng)目使用澳大利亞的褐煤來生產(chǎn)液氫，并將其運(yùn)往日本。該項(xiàng)目在2022年2月實(shí)現(xiàn)了試點(diǎn)規(guī)模（1,250立方米）的首次航行。HySTRA目標(biāo)是到2030年擴(kuò)大到完全商業(yè)規(guī)模（16萬立方米船舶）。日本還在2020年的AHEAD項(xiàng)目中示范了使用來自文萊達(dá)魯薩蘭國的液態(tài)有機(jī)氫載體（210噸/年），并在2020年從沙特阿拉伯進(jìn)口了40噸藍(lán)氨。日本公司在2021年和2022年從阿拉伯聯(lián)合酋長國購買了藍(lán)氨。
發(fā)展現(xiàn)狀：2020年，英國生產(chǎn)了大約50萬噸氫氣。其中約89%來自化石能源，其余為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品。應(yīng)用方面，煉油占比52%，化工占比40%。電力來源方面，2021年，27%為可再生能源，15%為核電，由發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳排放量為268克/千瓦時(shí)。可再生能源方面，截至2021年底，海上風(fēng)電裝機(jī)12.7吉瓦，太陽能光伏裝機(jī)13.7吉瓦，合計(jì)占電力結(jié)構(gòu)的25%。
發(fā)展展望：英國是一個(gè)先驅(qū)，在2019年制定了到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放的目標(biāo)。該國認(rèn)為氫氣對(duì)實(shí)現(xiàn)其凈零排放目標(biāo)具有關(guān)鍵作用。到2050年，在凈零排放的情況下，氫氣需求估計(jì)為750萬噸/年至1,380萬噸/年，占最終能源需求的20%至35%。氫氣衍生品是工業(yè)和運(yùn)輸（包括航運(yùn)）的主要解決方案，其需求量可能達(dá)到300萬噸/年至740萬噸/年。電力需求相對(duì)較小（75萬噸/年至120萬噸/年），但在為電網(wǎng)提供靈活性和整合可變可再生能源方面至關(guān)重要。
最大的不確定性在建筑部門，氫氣需求從0到630萬噸/年。造成這種不確定性的原因是，政府仍在從研發(fā)項(xiàng)目和試驗(yàn)中收集證據(jù)，以便為2026年關(guān)于100%氫氣在熱力脫碳中的作用的決策提供信息。
在供應(yīng)方面，有三種途徑的組合：配套CCUS的天然氣重整，可以供應(yīng)氫氣30萬噸/年到1,000萬噸/年；電解可以供應(yīng)氫氣60萬噸/年到400萬噸/年；以及配套CCUS的生物質(zhì)氣化，可以供應(yīng)氫氣150萬噸/年到300萬噸/年。之所以范圍寬泛，是由于每種技術(shù)的成本和性能在一段時(shí)間內(nèi)存在不確定性。
現(xiàn)有和計(jì)劃中的基礎(chǔ)設(shè)施：英國有近40公里的氫氣管道，4個(gè)氨氣終端和5個(gè)甲醇終端。它目前沒有任何氫氣液化能力。英國氫氣儲(chǔ)存目前主要包括現(xiàn)場地面儲(chǔ)存，在蒂賽德有一個(gè)運(yùn)行中的地下鹽洞儲(chǔ)存設(shè)施，容量為0.025太瓦時(shí)。目前的基礎(chǔ)設(shè)施只能促進(jìn)氫氣在工業(yè)過程中的使用，而不是在能源系統(tǒng)中使用。
英國戰(zhàn)略設(shè)想了一個(gè)最終的區(qū)域性（甚至是全國性）管道網(wǎng)絡(luò)，有多個(gè)入口和出口，并由一些大規(guī)模的地質(zhì)存儲(chǔ)設(shè)施支持。英國政府正在審查2020年及以后對(duì)氫氣網(wǎng)絡(luò)的要求，包括經(jīng)濟(jì)監(jiān)管和資金，它正在審查不同基礎(chǔ)設(shè)施選項(xiàng)的可行性、成本和效益，以便在2026年就100%氫氣供熱的作用做出戰(zhàn)略決策。有幾個(gè)可行性研究和試點(diǎn)為這一決定提供信息，包括Project Union，一個(gè)在2030年代早期完成2,000公里（約占天然氣網(wǎng)絡(luò)的25%）氫氣骨干網(wǎng)的概念；H21，一系列由行業(yè)主導(dǎo)的項(xiàng)目，通過發(fā)展對(duì)所需技術(shù)變革和安全考慮的理解，將化石天然氣網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為氫氣；HyNet，專注于工業(yè)應(yīng)用的藍(lán)色氫氣；未來電網(wǎng)計(jì)劃，在離線設(shè)施中演示氫氣運(yùn)輸，并幫助制定安全標(biāo)準(zhǔn)；以及H100，從2023年開始在一個(gè)小型（300戶）網(wǎng)絡(luò)中演示氫氣用于住宅供暖。還有幾個(gè)處于試點(diǎn)/試驗(yàn)階段的項(xiàng)目，旨在消除混合的風(fēng)險(xiǎn)（將在2023年做出決定），如HyDeploy。
到2050年，英國可能需要11太瓦時(shí)至56太瓦時(shí)的氫氣儲(chǔ)存，提供系統(tǒng)的靈活性并平衡供需的錯(cuò)位。在公共領(lǐng)域有幾個(gè)計(jì)劃中的大型地下儲(chǔ)氫項(xiàng)目，這些項(xiàng)目正處于規(guī)劃階段。
發(fā)展現(xiàn)狀：2020年，美國消費(fèi)了大約1,100萬噸氫氣。其中約80%來自化石能源，其余為鋼鐵、蒸汽裂解和氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品。應(yīng)用方面，煉油占比2/3，其次是合成氨。電力來源方面，2021年，61%為化石燃料，19%為核電，20%為可再生能源，由發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳排放量為377克/千瓦時(shí)。可再生能源方面，截至2021年底，陸上風(fēng)電裝機(jī)132.7兆瓦，太陽能光伏裝機(jī)93.7兆瓦，合計(jì)占電力結(jié)構(gòu)的12%。
發(fā)展展望：美國承諾到2030年實(shí)現(xiàn)50%至52%溫室氣體減排（與2005年相比），到2050年達(dá)到凈零排放。到2050年，情景分析，估計(jì)國內(nèi)氫氣需求可能增長到3,600萬噸/年到5,600萬噸/年。盡管各部門有不同的估計(jì)，但情景分析顯示，運(yùn)輸將成為最主要的應(yīng)用，占總需求的45%（1,900萬噸/年），工業(yè)（鋼鐵、合成氨、甲醇）其次，占需求的25%，輔之以能源儲(chǔ)存（21%）和摻氫天然氣用于供暖（9%）。達(dá)到這些需求水平的一個(gè)基本要求是在終端使用點(diǎn)實(shí)現(xiàn)低氫氣生產(chǎn)成本。氫氣生產(chǎn)需要達(dá)到1.00美元/千克至2.00美元/千克的平準(zhǔn)化成本，以便在技術(shù)上最具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用中具有競爭力。氫氣供應(yīng)取決于對(duì)天然氣價(jià)格和電解槽成本的假設(shè)。2050年，若天然氣成本較低（全美平均6.6美元/百萬英熱），而電解槽成本較高（400美元/千瓦），則氫氣供應(yīng)將由帶有CCS的化石能源制氫做主導(dǎo)（85-100%）；若天然氣成本較高（全美平均11.3美元/百萬英熱），而電解槽成本較低（100美元/千瓦），則氫氣供應(yīng)將由電解水制氫份額將會(huì)提升至40-90%。
現(xiàn)有和計(jì)劃中的基礎(chǔ)設(shè)施：美國擁有世界上最廣泛的氫氣管道基礎(chǔ)設(shè)施，近2,700公里。只有250公里位于德克薩斯州以外。美國有15個(gè)氨氣終端和14個(gè)甲醇終端（這兩種商品在墨西哥灣沿岸有10個(gè)）。美國擁有世界上最大的氫氣液化能力，接近310噸/天。此外，美國擁有世界上最大的用于儲(chǔ)存氫氣的鹽穴，位于墨西哥灣沿岸。有多個(gè)液氫工廠計(jì)劃，包括由普拉格能源負(fù)責(zé)的俄克拉荷馬州H2OK項(xiàng)目。項(xiàng)目計(jì)劃在2025年之前投入運(yùn)行，日產(chǎn)液氫90噸/天，并計(jì)劃到2025年擴(kuò)至500噸/天、到2028年擴(kuò)至1,000噸/天。
