万亿氢能商场，迸发的临界点终究在哪？
作者 | 险峰长青出资人 骆潇濛
修改 | 雪小顽 苏建勋
最近一向在研讨氢能，有了一些新的考虑，站在个人的视点说说体感。我上一年开端重视氢能（编者注：本文作者曾代表险峰长青独家出资了电解水制氢隔阂厂商刻沃刻科技的千万元级天使轮），首要是看中它的消纳才能：觉得风景资源不安稳，而电解水制氢具有实时呼应才能，且出产进程清洁无污染，所以能够把风景转化成氢能进行存储。
到本年这个逻辑仍然树立。但硬币的另一面，现在职业里也被越来越频频提起，叫做“宜电用电、宜氢用氢”。个人觉得，这是要害的一句话，里边或许包含了未来氢能最大的时机，当然也包含了最大的危险。
代替or互补，脱碳动力下的“氢电之争”
我国的电力技能独步天下、全球榜首，整个供电体系不只价格低廉且十分安稳，咱们每个人都直接获益于这套基础设施带来的盈利。此外，本年我国也大约率将逾越日本，成为全球榜首大轿车出口国，其间电动车的奉献相同功不可没。
因而，站在一般国人的视角，跟着未来“光伏+特高压+储能”循环体系的不断完善，电力将100%代替传统化石动力，这件事似乎是不移至理。
但是站在全球视角下，实践或许并不是这样。
依照国家核算局的数据，2021年，煤炭在我国悉数动力消费中的占比为56%——其间大约一半的煤是用来发电的，所以能够近似了解为，煤电在咱们的动力结构中占比约为28%（为便利核算，此处发电转化率假定为100%，实践上必定达不到）。
再加上其他一次电力（水电+风电+光电+核电）的16.6%，据笔者测算，作为今日全球电气化程度最高的国家，最多也只需45%的动力消费总量用于发电。
险峰长青制图。数据来历：国家核算局
假如把视角扩展到全球——按世界可再生动力组织《GLOBAL RENEWABLES OUTLOOK》陈述中的核算口径：截止到2020年，电力在全球动力中占比大约是20%。换句话说，即便咱们具有黑科技魔法，能在一会儿把世界上一切火电站悉数变成风景电厂，且完全搞定了动摇性问题，最多也只处理了20%的碳排放问题。
究其原因，人类耗能的真实大户来自于物流运送、工业出产以及供暖等，现在这些范畴首要依托化石动力，特别是天然气在支撑，而它们很难被电气化完全代替。
比方，受限于化学电池的能量密度，飞机假如选用纯电作为动力，跑跑中近间隔还能够，但远间隔客运就简直无法完成；同理，电动货轮在续航和本钱上也没有太多竞争力，相似的场景还有电动重卡、电动工程机械等等。
相同，工业范畴100%电气化也是不或许的。比方电加热的原理是，首要加热物体周围的空气，再直接加热物体本身（相似于电烤箱），但关于冶金炼钢这种需求继续高温的场景，直接加热完全无法满意需求。再比方化工职业，现在也只能靠化石燃料焚烧，而不能用电力来组成化工原料——本质上这是个物理学问题，由于咱们不能从电流中随便变出分子。
终端用能以外，另一个很大的问题是运送。
在体系性研讨氢能之前，我关于“输氢”这件事多少是有些成见的：逻辑上，咱们先要把风景电能转化成氢气，再经过管道或许其他方法运到某地，随便添加了损耗。为什么不爽性拉根电线，直接用高压输电呢？
但就像前面说的，这仍是我国人的视角。其实从全球来看，电力的长间隔运送一向都是一件挺困难的工作。
举个比方，欧洲电网是从上世纪就传下来的，全体十分老旧，均匀损耗率是8%至10%，所以他们采纳的战略是尽量削减输电间隔。比方，意大利居民区间隔最近的发电站均匀只需25公里，但他们间隔最近的天然气加工厂则超越1000公里。实践上，在绝大部分的国家里，管道运送的损耗都要比电网低得多。许多人之所以会发生“幻觉”，觉得电网更高效，首要仍是我国电力技能太强的原因。
在运维方面，咱们知道电网每一秒都需求配平，即瞬时发电量与用电量严厉对等，不然就会引发事端。在未来风电光电为主的格式下，电网配平难度会指数级进步。
而假如选用管道运送就要简略许多，遇到需求调理的情况，或许“拧拧阀门就处理了”，也不需求特别杂乱的电控技能，用《氢能革新》里的话来说：“假如前者是‘走钢丝’，那后者就像‘在花园里漫步’相同轻松。”
再加上欧美根本建成了比较齐备的天然气管道体系，特别是欧洲，现已能做到42%的家庭入户，并且这些管道的质量规范也十分高，比方上一年德国莱茵集团现已测验将天然气掺氢水平进步到了20%，为100户德国家庭安稳供能了6个月，中心没有呈现任何问题，十分安全。因而，至少对他们来说，氢能的归纳本钱与功率或许也没有咱们幻想得那么不胜。
此外，我国国土面积广阔，风景资源都十分丰富，但大部分发达国家其实并没有这么优胜的自然条件。假如自己不产风景，又要运用清洁动力，就只能挑选进口，但国与国之间又隔着那么多高山海洋沙漠森林，只靠“拉电线”不或许处理一切的场景，所以日本才会用船从澳洲进口液氢。这种操作咱们初看上去或许无法了解，但假如切换到他们的视角就会发现，这或许才是最经济、也最实践的挑选。
同理，一旦咱们能代入他国的视角，一些“奇葩”的项目就变得十分合理了。比方2021年西门子投入了1.2亿欧元，发动了一个名叫H2Mare的海优势电制氢的项目：他们将电解槽集成到海优势机中，直接在海上出产绿氢，然后经过管道运送到陆地上，其间大部分氢会被用于工业出产，剩余的部分则作为氢燃料电车的供能运用。
西门子H2Mare项目示意图。来历：德国联邦教育及研讨部官网
首要，海上制氢能够远离人群，处理了安全性的问题；其次，氢也是一种十分优质的还原剂，在工业特别是钢铁冶金职业中具有广泛用处。
所以，回到最初的那句话“宜电用电、宜氢用氢”，个人觉得十分有道理。即便电力技能强如我国，未来要完成100%的电气化也是不实践的，更没必要。
未来跟着化石燃料的逐步离场，中心的缺口必定需求用其他脱碳动力来添补，这里边氢会占多少比例，不同人都有不同的判别。比方世界可再生动力组织猜测，到2050年，电能在全球动力结构中的占比会挨近50%，而在剩余的一半里，氢能够占到50%，也便是动力总量的25%——我觉得这个估量偏达观，但哪怕只占10%，对应到动力商场，也是一个万亿级的巨大增量。
氢能迸发的临界点在哪？
现在来看，限制氢能开展的首要因素，归根结底便是一个字：贵。
要处理这个问题，首要依靠三个方面：榜首是绿电本钱的快速下降，比方异质结、钙钛矿代替传统晶硅，现在趋势现已十分显着了。
第二是制氢设备本钱的快速下降。此前我国没有专门的制氢工业链，许多制氢设备并不是专用的，而要先买其他职业的机器，改造之后才能用。但跟着近期氢能职业热度的进步，一大批草创公司和上市公司纷繁入局隔阂和电解槽，未来相关设备规范化定型及量产后，制氢本钱也会显着下降。
举个比方，2022年，清华大学三大动力研讨所曾联合发过一篇重磅论文《依据学习曲线的我国未来制氢本钱趋势研讨》，他们用平准化制氢本钱（LCOH）模型，测算了不同制氢技能未来的本钱改变趋势。
经过历年数据拟合，他们核算得到了光伏的技能学习曲线（learning curve）为14%，风电为7%，电解槽为18%。以此测算，未来光伏+电解水制氢的本钱，将从2020年12000元/kW下降1740元/kW，并于2050年前后成为本钱最低的制氢方法（包含碳排放本钱)。
而这其间，只需33%的本钱下降来自于光伏电力本钱的下降，电解槽本钱下降和运用寿命添加的奉献率则超越57%，可见制氢设备改善关于职业开展的重要意义。
不同制氢体系的技能学习率。材料来历：清华大学三大动力研讨所《依据学习曲线的我国未来制氢本钱趋势研讨》
第三是大规划管道输氢的可行性。
关于管道输氢，现在国内还处于争辩情况，忧虑氢原子渗透到碳钢里，呈现氢脆问题。但前文也说到，现在德国等多个国家都在测验管道输氢，也取得了不错的作用。以咱们近期与多家海外公司沟通下来的体感，至少在欧洲范围内，咱们根本现已达成了开端一致：未来欧洲的氢能将首要依靠在风景资源丰富的区域（如北非和中东）电解水制氢，然后经过管道长间隔+大规划运送到欧洲。
比方2020年，23家欧洲天然气基础设施公司一起发起了一项欧洲氢气骨干网方案（The European Hydrogen Backbone，EHB），包含5条“氢走廊建造规划”，方案到2040年左右构成一个互连的专用氢运送基础设施，并逐步延伸至欧洲一切区域。其间，69%为现有天然气管道改造，31%为新建输氢管道，到时超越1000公里的氢能运送，均匀价格可降至0.11-0.21欧元/公斤，比海运更廉价。
EHB规划的五大氢能供应走廊。图片来历：EHB initiative官网
其间，“西部氢能走廊”（B线）已于2022年开工，这条管道从伊比利亚半岛途径法国进入欧洲中心，估计每年运送绿氢200万吨，约占欧盟绿氢消费量的10%。“南部氢能走廊”（A线）也于2023年5月发动，该线路开端北非，经过意大利，终究进入奥地利及德国，能够将地中海南部区域出产的绿氢输往欧洲，每年运送绿氢400万吨，可满意欧盟2030年氢气进口方针的40%，两条管线悉数方案于2030年前投入运用。
那么，氢能迸发的临界点在哪里？个人觉得，有两个要害节点值得重视：
榜首个节点是2030年。
仍是以欧洲为例，先看消费端，现在德国境内加氢站的均匀零售价为9.5欧元/公斤，但氢能的能量密度更大，1公斤氢大约能够满意一辆家用轿车100公里的续航需求。比较燃油车的话，其时欧洲汽油价格是1.9欧元/升，按一般燃油车百公里5个油核算，其实欧洲的氢能车运用本钱现已与传统燃油车适当。
再来看供应端，2021年12月，标普全球普氏（S&P Global Platts）发布了全球首个“碳中和氢”（Carbon Neutral Hydrogen，CNH）的价格指数。他们选取了美国加州、美国海湾区域（包含得克萨斯州和路易斯安那州）、荷兰（代表欧洲）、沙特阿拉伯（代表中东）、日本（代表远东）、澳大利亚西部（代表澳洲）合计6个区域，算出了各地“碳中和氢”的均匀出厂价格，别离如下：
各区域普氏碳中和氢价格情况。险峰长青制图，材料来历：S&P Global Commodity Insights
比较有意思的是，此处的“碳中和氢”没有限制氢气制取的方法，而是限制了要使碳商场东西（如购买碳配额，CCS等）抵消掉制氢进程中的碳排放，以终究差值作为价格基准。能够看出，在6个区域中，欧洲的归纳制氢本钱是最高的，出厂价与零售价相差无几，扣除运费根本便是亏的，必需求依靠国家补助。
而假如到2030年，“氢走廊建造规划”能够开端建成，意味着欧洲能够以比现在低一半的价格运用北非和中东区域的绿氢，到时，绿氢就能够顺势接受掉欧洲灰氢和蓝氢的商场比例，整个体系就能在不依靠补助的情况下先工作起来，这或许是未来氢能开展的一个转折点，出海方向上或许也会有一波时机。
第二个节点是2美元/公斤。
首要，这是一个能够推翻现有动力结构的价格。由于有燃油税和补助，氢能在交通范畴尚有一战之力，但到了工业范畴就完全不行看了。以钢铁冶金为例，现在我国终端氢能本钱大约在60-70元人民币/公斤左右，补助后约40元人民币。氢想在冶金范畴完全代替天然气或焦炉煤气，必需求到达人民币13元（约2美元）/公斤。这么看来，两者距离十分大。
但换句话说，一旦拐点降临，氢能本钱低于2美元，到时大规划代替化石动力也会变得十分敏捷。
险峰长青制图。材料来历：《氢的大规划制备及在钢铁职业的运用和展望》，《我国冶金》2022年
其次，2美元/公斤也是一个眼力所及能够到达的价格。
关于何时能到达2美元，不同组织有不同测算。比方《我国氢动力及燃料电池工业开展陈述2020》就猜测，到2030年，我国的绿氢本钱将低于2美元（约15元/kg），而依照清华团队的猜测，则是要到2040年之后。上述差异来首要自于咱们对技能学习率的判别，中心原因仍是制氢设备初始装机规划太小，很难依据历史数据做出十分精确的猜测。
比方，关于电解槽本钱下降的猜测，清华大学选取的数据来自1956年-2014年，但要知道其时大部分国家连制氢工业都还不存在，整个电解槽职业都是依附于氯碱出产而存在，在这种情况下学习曲线仍然能够到达18%。所以该团队也在论文中说到，假定学习率比估计基准学习率加速50%，绿氢本钱将于2030年左右低于15元/kg。
总归，科研界与工业界关于绿氢本钱的下降潜力是没有不合的，区别只在于速度。实践上，即便依据一般知识来判别，在如此小的基数下，只需略微添加一些装机量，归纳本钱也会下降许多。
日本反思氢能战略，对我国有何启示？
这几年国内氢能刚刚起步，咱们的重视点仍是在燃料电池上，由于电池装上车立刻就能上路，上路立刻就能挣钱，整个职业很像10年前的锂电，全体还处于比较草莽的时期。
但反观日本企业现已开展到了近乎“拆飞机”的阶段，即每个细分工业链都现已完成了专业分工化，小到一个加氢泵的喷嘴，每个零部件都有一批专业公司，在自己的范畴内打磨和进步技能。能够说在氢能生态方面，日本确实比咱们走得更靠前。不过，归根结底两边的技能距离也只需5至10年，适当于坐着韶光机去看我国氢能5至10年后的情形，有许多东西都是咱们能够学习学习的。
上一年许多人在传，丰田宣告中止研制氢动力车，日本现已完全抛弃氢能道路了。但本年3月我去东京参与世界氢能与燃料电池展（FC EXPO），现场的情况如下图：
图片来历：作者拍照
所以不必置疑，氢能在日本仍然很热，日本开展氢能的决计也十分坚决。至于日本氢能为什么没有开展起来，之前现已有过许多剖析，比方说日本本身商场狭小，但又想自己“吃独食”，许多技能专利握在手里不好别国共享。这些剖析有必定的道理，但我想供应一个新的视角。
依据2020年9月日本可再生动力研讨所（renewable energy institute）发布的一份文件《日本の水素戦略の再検討》，日本自己反思氢能战略之所以失利，是由于战略上的紊乱导致了“失掉的5年”。
日本是石油资源极度匮乏的国家，国内原油自给率只需0.3%。1970年代的两次石油危机，使其时正在高速添加、以重化工业为主的日本经济遭受严重损失，所以从1974年开端，日本推出了“新动力技能开发方案”，大力开展新动力，并提出了“安全、安稳、长时刻和高效供应”这四个要害词。所以从一开端，日本的新动力战略便是为了削减对石油进口的依靠，而不是以脱碳为意图。
榜首个转折点来自1997年的《京都议定书》。日本作为其时首要签约国，许诺要将温室气体排放量削减6%。在这个布景下，日本对氢能的重视开端逐步添加，由于氢燃料电池不需求对现有轿车工业链进行严重改造，只需对内燃机体系稍加改装即可运用，这样有利于坚持和扩展日本在轿车范畴的技能优势。
因而在2003年，日本发布《榜初次动力根本方案》，初次提出“氢能社会”设想，“氢能”成为高频词呈现20次。但这一时期，日本政府关于氢能的实践投入并不太多，首要仍是当作下一代动力来调查和培育，要害技能研制也都沉积在高校之中。
第二个转折点很快到来。2011年福岛核电站发生了严重核泄漏事端，民众谈核色变，日本本来规划50%的动力要来自核电，但在巨大的舆论压力下，政府不得不转而寻求他法，氢能就此迎来了真实的迸发。
2013年，安倍政府提出《日本再复兴战略》，把开展氢动力进步为国策。2017年，日本发布《根本氢能战略》，正式提出建造“氢动力社会”，要求在一切部分推行选用氢能，打造世界上榜首个“氢能社会”。但略微调查也会发现，此刻的日本挑选全面押注氢能，也不过是顺势而为，本质上仍是为了处理核电落潮后的动力缺少，仍然不是为了脱碳。
在这一战略的指导下，日本政府把很多资源用在了补助下流户储和氢燃料电池车的遍及上，比方2010年，日本在家用联供体系（Ene－Farm）的补助金额为67亿日元，到2011年（福岛地震当年）猛增至175亿日元，2012年一跃升至351亿日元。后边几年由于财务原因，补助虽有大幅削减，但也都坚持在数十亿日元水平。
而关于上游，日本则采纳了“多元化动力结构”战略。在2016年版《氢·燃料电池战略道路图》中，日本将构建“氢能社会”划分为3个进程：榜首阶段为推行燃料电池、促进氢能运用，这一阶段首要运用副产氢气，或石油、天然气等化石动力制氢；第二阶段首要运用未运用动力制氢、运送、贮存与发电；到第三阶段才会依托可再生动力，结合CCS技能，完成全生命周期零排放供氢体系。
简略来说，面临氢能的“蓝绿之争”，日本政府挑选了骑墙情绪，关于蓝氢和绿氢一向没有进行区别，既不鼓舞，也不镇压，乃至没有拟定相关的排放规范。
当然，日本也有自己的无法。日本四面环海，国土面积狭小，风景资源天然缺乏，再加上国内电价高企，开展电解水制氢存在天然下风。因而，日本从一开端就把重视要点放在了更廉价的蓝氢上——比方在澳洲和文莱等地挖掘褐煤制氢，然后经过液态储氢的方法船运回日本。
但是，煤制氢进程中会发生很多碳排放和环境污染——均匀每出产1吨氢气，需求耗费6-8吨煤炭，并排放15-20吨的二氧化碳，一起还会发生许多高盐废水及工业废渣，只靠现在的CCS技能，难以支撑煤制氢的大规划开展。而煤化工业副产氢尽管本钱低，但也会不可避免地副产很多一氧化碳（约占焦炉煤气的30%-40%），终究这些一氧化碳仍是会经过各种方法转化为二氧化碳。
日本政府明显也发现了问题，在之后2019年版的《氢·燃料电池战略道路图》中，调整了“多元化动力结构”规划，但仍然保留了树立全球氢能供应链的“蓝氢”途径与依托可再生动力的“绿氢”途径并存的道路图。
日本在蓝氢和绿氢之间重复徜徉，在动力转型上耽误了太多时刻。等五年往后，日本政府才发现氢能关于削减碳排放的奉献远远低于预期，不管经济性仍是环保性，都现已被锂电甩了几条街，终究丧失了在新动力范畴的话语权，才有了前述文件对“失掉5年”的慨叹。
所以在2020年的这份文件中，日本可再生动力署也对氢能战略提出了批改定见，表明要重新建一个supply system，不管是进口氢仍是国产氢，都要聚集到绿氢上，一起进步灰氢和蓝氢的排放规范，把日本的氢能战略和碳中和结合在一起——这其实也和当下我国的氢能战略不约而同。
最终总结一下：
1.未来氢能落地的速度，取决于上述范畴中心技能的打破速度。简言之，一些要害技能的落地速度越快，学习率越高，意味着绿氢本钱下降速度也越快，也就意味着绿氢越早或许替代灰氢，成为干流制氢方法。
2.现在国内关于中游的氢能运送是不是用管道，还存在争辩，但关于上下流现已有了一致：下流首要是工业、燃料电池和储能三大方向；而上游便是电解水，电解水的中心是隔阂和电解槽。
出资战略方面，个人总结为三点：上游高举高打，中游坚持达观，下流适应地利。
假如您重视氢能范畴的科研或创业，可与作者联络沟通（微信：moonyluo）。
来历：作者供图
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