本世纪初以来,一些清洁能源技术已成为主要的新兴产业。虽然太阳能光伏和风力涡轮机的部署最初得到了政府直接支持系统和政策的支持,但目前每年对它们的投资为1240亿美元,主要来自私人资本(IEA, 2019)。目前,电动汽车正沿着类似的道路,从政府支持的研究和试点项目转向一个自给自足的行业。这一经验使今天的投资者更加相信,各国政府有意愿和能力帮助开发氢能源。氢能源是一种潜在的清洁能源技术,目前主要依靠政府资助的项目,其方式和规模也类似。
全球大约有11200辆氢动力汽车已经上路,驾驶员可以从市场上的几款汽车中进行选择。由于氢在仓库使用上的特殊优势,目前使用的氢叉车超过2万辆。2015年,当国际能源署发布其氢燃料电池技术路线图时,第一辆商用氢动力FCEV刚刚推出,仅有80个加油站(IEA, 2015)。目前有381个加氢站在运行(AFC TCP, 2018)。目前,日本已安装了约27.5万套天然气燃料电池热电联产系统,据报道,燃料电池的成本约为2015年水平的三分之一(相当于2005年水平的十分之一)。燃料电池的耐用性可达1万小时,据报道,稳定的燃料电池可运行8万小时。
近年来,用于能源和气候目的的氢生产项目激增。自2000年以来,全球大约有230个项目投入运行,将电能转化为氢气,用于一系列能源和气候应用(图4)。2017年和2018年投入使用的水电解槽的资本成本约为每年2000万至3000万美元,与之相关的储罐、加氢基础设施、管道和其他设备的投资推动了项目总投资的进一步增加。在这些项目中,碱性和质子交换膜C -D电解槽都是常用的:最近的项目倾向于使用 -,这可能反映出许多项目都是为低成熟技术测试环境,这些技术具有很高的降低成本的潜力。固体氧化物电解槽有望提高效率,也正开始进入这一市场。到目前为止,这些已安装项目的电解槽尺寸都不超过10兆瓦(MWe)(模块为2-4 MWe),而且通常要小得多。 然而,一个20MWe的项目目前正在建设中,几个项目建议超过100MWe的里程碑。一些项目已经证明氢进一步转化为合成甲烷、甲醇、氨和其他氢基燃料和原料。
自2000年以来,已有M家工厂开始从以化石燃料为基础的氢生产中收集二氧化碳,用于工业用途,不过预计接下来的此类项目几年内不会启动。在此期间,涡轮机也被开发成100%燃烧氢用CCUS进行煤气化生产。
这些项目大多在北美,但也有法国、日本和阿布扎比的例子。虽然有些企业将捕获的二氧化碳用于工业用途,但大多数企业将其储存在地下,要么通过提高采收率,要么通过专门的地质储存。
虽然大多数这些项目得到了包括研究预算在内的直接公共支持,但它们涉及公共和私营部门的合作伙伴,这些伙伴已证明这些技术是有效的,并对如何管理项目风险和合同方面的考虑有了更多的了解。今天,许多利益攸关方都认为,燃料电池、水电解槽、氢燃料加注和氢涡轮机等技术目前主要是在等待大规模的需求和标准化,而不是进一步的技术发展。
燃料电池的成本,特别是,预计将大大受益于大规模生产。
尽管支持氢投资持续增长的因素比以往任何时期都要强大得多,也更协调一致,但仍需要应对重大挑战。克服这些挑战将是启动有利于其他清洁能源技术的氢的良性循环的关键:
(a)政策支持和监管改革刺激低风险应用领域的先行者;
(b)良好的业绩记录吸引私人资金,使政策能够从直接支助转向以市场为基础的奖励;
(c)对部署的高而广泛的期望打开了公共和私人对长期基础设施和制造业的投资;
(d)创造一个数十亿美元的市场,通过竞争和创新来刺激降低成本;
(e)客户、投资者和供应商相互依赖技术,提供长期稳定。
世界各地的决策者和企业目前正在与广泛的利益攸关方合作,以应对挑战,并降低目前通过上述前两项措施进展缓慢的风险。这些挑战可以分为三类。
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