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高盛EMEA自然资源研究主管Michele Della Vigna表示,氢在任何向净零排放过渡的过程中都可以发挥重要作用,并预计氢能可能会发展成为每年价值超过一万亿美元的市场。

Della Vigna指出,投资氢有两种方式,一种选择是收购纯电解槽公司,另一种选择是投资已将氢作为其正在进行的业务的一部分的企业,包括能源服务公司、工业天然气公司和石油和天然气公司。

氢之所以能给高盛带来无限的想像空间,是因为其可提供无排放的能源,没有与可再生能源相关的间歇性,可以部署在广泛的行业中。

Della Vigna称:“氢是一种非常强大的分子。我们可以将其用于重型运输,可以用于供暖,还可以用于重工业。最关键的是,氢能在不排放二氧化碳的情况下产生,这就是为什么我们要讨论绿色氢和蓝色氢。”

据了解,氢被国际能源署描述为“一种多功能的能源载体”,氢气可以通过多种方式生产。一种方法包括使用电解,用电流将水分解成氧气和氢气。如果这个过程中使用的电力来自风能或太阳能等可再生能源,那么有些人称之为绿色或可再生氢。

而另一种方法则是指使用天然气生产的氢气(蓝色氢),也就是标准中的“低碳氢”和“清洁氢”。蓝色氢在捕获和储存过程中产生二氧化碳排放,关于蓝色氢在碳中和中的作用一直存在激烈的争论。

对此,Della Vigna表示:“无论是通过电解还是碳捕获,我们都需要以清洁的方式产生氢气。一旦我们拥有一个解决方案,它可能会成为全球能源市场的至少15%的来源,这意味着它将每年有超过一万亿美元的市场。这就是为什么我认为我们需要专注于氢作为天然气在净零世界的继任者。”

DellaVigna的评论与高盛研究最近一份报告中的分析相呼应,该报告称,预计到2050年,氢能发电的潜在总市场规模将超过1万亿美元,而目前的市场规模约为1250亿美元。

01

2月4日,高盛全球投资研究部门发布了碳中和报告《清洁氢革命》(The clean hydrogen revolution)(以下简称“《报告》”)。笔者认为,比较IEA和氢能理事会、四大等多个机构报告,该报告核心亮点是首次从金融投资机构的角度,系统分析了全球净零排放目标下,清洁氢的产业政策、技术及成本变化和市场空间、投资规模等产业发展关键驱动要素的现状、趋势和未来的预测。

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报告原文:Carbonomics:The clean hydrogen revolution

链接:https://pan.baidu.com/s/1oVnpd6OtsyeH7wpJZrKRow

提取码:3505


清洁氢气已经成为任何有抱负的全球净零排放道路的关键支柱,我们估计,它有助于全球GHG排放量的15%的去碳化,仅氢气生产就有可能到2030年翻一番,达到2500亿美元,到2050年达到1万亿美元以上。  我们认为,现在是重新审视清洁氢主题的时候了,因为政策、可负担性和可扩展性似乎正在为清洁氢经济创造前所未有的动力。

全球范围内的政策支持正在加强,超过30个国家的氢能战略和路线图承诺,与2020年相比,本十年清洁氢能装机容量将增加400倍以上,并支持年均绿色氢能新建速度增加约50倍。可扩展性已经彻底改变了绿色氢项目管道,平均项目规模将增加100倍以上,从2020年的2MW增加到2025年的200MW以上,到2030年达到GW规模,到2025年电解器系统的成本降低40%,与过去五年电池的成本降低幅度相似。价格承受能力正在迅速提高,到2025年绿色氢在优势地区的价格可能与灰色氢持平(1.5美元/千克H2),最早到2027年,氢在长途重型公路运输中的价格可能与柴油持平。  我们认为清洁氢气可以发展成为一个主要的全球市场,影响能源供应的地缘政治模式,我们研究了国际贸易的情况,得出的结论是全球氢气量的30%有可能涉及跨境运输,高于天然气。  中东北非、拉美、澳大利亚和伊比利亚等地区可能会成为主要的清洁氢气出口国,而中欧、日本、韩国和华东地区可能会成为主要进口国。

根据我们的估计,清洁氢气供应链需要5.0万亿美元的累积投资,我们研究了11家与该主题有越来越多接触的工业集团的氢气案例,并开始报道三个领先的纯氢气公司。

从内容框架看,首先,《报告》中将清洁氢定义为绿氢和蓝氢,认为清洁氢是全球实现净零排放路径的关键和各国能源结构的关键支柱,依靠清洁氢路径可以减少全球温室气体排放量的15% (二氧化碳排放量的20%);其次,《报告》认为,政策、市场规模和经济性三个关键因素正在同时发力,共同驱动清洁氢市场进入快速发展阶段,未来具有10倍甚至100倍以上增长空间;最后,为实现净零排放目标,在清洁氢供应链赛道上累计投资需要5万亿美元。

从《报告》预测结论看,氢云链认为,高盛采信的数据和模型与IEA的接近,而氢能理事会与彭博新能源财经的预测模型更加相似。


02

氢云链梳理《报告》7个要点的分析如下:

1、政策浪潮。全球范围内超过 30 个国家推出氢战略和路线图,承诺到2030年时,清洁氢的装机容量对比2020年增加 400 倍以上,并保障绿氢的年均增长速度提高50倍。

图1 目前各国氢战略中承诺的清洁氢产能情况(2030年)

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数据来源:高盛全球投资研究


(1)国家层面规划目标。伴随国家氢能政策浪潮的出现,全球氢能产业中心再次开始转移。在2017-19年期间,亚洲地区主导全球氢能发展,在2020年后,欧洲站在了氢能舞台的中心。欧盟的2x40GW的电解槽容量计划是迄今为止全球最大的区域绿色氢能力目标。

(2)碳税和碳价政策工具。除了产业政策外,各国还通过碳税和碳价缩短清洁氢与灰氢的成本差距,以推动清洁氢的快速发展。

一个有意思问题是,图1中为什么缺少中国、美国?因为中国、美国没有国家层面规划,缺少对于绿氢规模的承诺,因此图1没有将这两个最主要的国家收录。

由于全球原材料价格(尤其是天然气)和碳排放价格均在上涨,这将加快实现绿氢实现与灰氢平价——由此推断,通过政策对碳价的引导,能够在全球范围内推动清洁氢的平价。

《报告》认为,需要更多的机制和政策工具来弥补这一差距,并鼓励清洁氢在这些市场的渗透。《报告》还提供了一些关键的市场和非市场、直接和间接的机制的案例,这些机制可以鼓励更广泛地采用清洁氢。

《报告》估计,全球范围内,绿氢与灰氢的成本差距需要70-250美元/吨的碳价来弥补,而蓝氢则为50-120美元/吨。这意味着,欧盟排放交易体系(ETS)当前的碳价格,可能已经足以弥补欧洲低可再生能源成本地区的清洁氢与灰氢的成本差距。

2、市场规模。政策、市场规模和经济性等关键因素似乎正在互相融合、互相影响,为氢经济发展提供规模化生产机遇。未来市场、项目规模分析如下:

(1)氢气市场规模

根据2050年全球变暖控制在1.5度、2.0度这两个节点划分,《报告》将全球实现净零排放目标下的未来的清洁氢市场前景分为三类,即牛市、平实和熊市。在目前全球氢需求规模约为9000万吨基础上,熊市情况下,市场清洁氢需求增长2倍;牛市情况下,市场清洁氢需求增长7倍。

图2 全球制氢、运输和储存的潜在市场规模
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数据来源:高盛全球投资研究

(2)平均项目规模


除了绿氢市场总体规模上升以外,项目平均规模也将大幅提升。氢能市场预期已经彻底改变了绿氢和电解槽市场的原有发展轨迹,图3所示,根据各国产业规划,电解水制氢项目的平均规模将增加100 倍以上,从 2020 年的2兆瓦增加到2025 年大于200兆瓦,到2030 年将达到GW级别的规模。项目规模增加将导致到 2025 年电解槽系统的成本缩减 40%

图3 各国氢战略已宣布/计划项目的电解槽容量和平均项目规模(单位:GW)
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数据来源:高盛全球投资研究


3、经济性(成本)。根据各地区的天然气价格趋势,《报告》提出,绿氢有望在本个十年末之前达到与灰色氢同等的成本。随着全球碳价格的上涨,加快成本平价的速度。到2025年,绿氢在可再生能源优势地区的成本可能与灰氢(1.5美元/kg)持平。

图4 灰氢、蓝氢和绿氢随时间变化的LCOH(单位:美元/kg)

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数据来源:高盛全球投资研究


(1)蓝氢成本下降途径

《报告》认为,决定蓝氢平均成本的两个关键变量:(a)天然气价格,因为每千克氢通常需要2.5-4千克甲烷;(b)CCUS成本(包括资本支出和运营支出)。其中,这两个参数在全球不同地区之间差异很大,包括存储捕获的二氧化碳的能力和成本(陆上存储比海上存储更具成本竞争力,枯竭的油气田比其他地区是更好的存储位置)。

《报告》给出了LCOH对天然气价格和CCUS成本的敏感性分析,见下表。

图5 蓝氢成本敏感性分析

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数据来源:高盛全球投资研究


可以看出,蓝氢的扩大完全依赖于碳捕获、利用和存储技术的广泛采用和集成。

(2)绿氢成本下降路径

《报告》认为,电力成本是目前绿色氢生产成本中最重要的因素,占LCOH的一半以上;其次是电解系统的成本,目前占总成本的四分之一左右。虽然水是唯一的原材料,但它的成本对总LCOH的贡献相对较小,其他运营成本同样影响较小。

除了电力和电解槽系统的成本,电解槽的满负荷运行小时数以及电解槽效率对LCOH也有显著的影响。

电力降成本主要依赖可再生电力的发展,在设备降成本方面,《报告》认为碱性电解槽和PEM电解槽每年复合减少7%/10% ,从长期来看,碱性和PEM电解槽的成本可能会下降到300-400美元/kW (2030E)左右。

此外,电解槽的较高的使用率有利于降低LCOH,但一旦超过4000个小时,降成本的效果就不那么显著了,并且随着电解槽成本的下降而同步下降。

4、技术创新。《报告》指出,去碳化过程正从一个维度(可再生能源和电气化)演变为一个多维的生态系统,如资本市场、企业和政府扩大了可持续发展的努力,并将重点放在更广泛的、下一个前沿领域的清洁技术上。有四种相互关联的技术正在成为革命性的技术,在实现碳中和的道路上发挥着主导作用:可再生能源、清洁氢、碳封存和电池储能。

(1)可再生能源:该技术是主导“低成本”的技术,也是第一个吸引投资者、企业和监管机构兴趣的转型清洁技术。

(2)清洁氢:这是一项用于长期能源储存的革命性技术,能够在发电中越来越多地使用可再生能源,并有助于提高能源利用率,并一些难以减排的行业(钢铁、长途运输、供暖、石油化工等)去碳化。

(3)电池储能:各类电池,如锂电池扩展了储能能力,对通过电气化实现道路运输的去碳化至关重要。

(4)碳捕集技术:它们对生产清洁氢(“蓝氢”)至关重要,同时也有助于目前在替代技术下无法减排的工业子领域的去碳化。

《报告》主要了讨论清洁的氢和碳捕集技术,并对相关的技术创新、经济、政策、潜在的全球市场和项目规模进行了深入探讨。

图6 四种关键的技术创新

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图片来源:高盛全球投资研究

5、投资规模。如图7所示,《报告》预测,要实现净零排放,需要在清洁氢供应链上累计投资5万亿美元。其中,2030年仅用于绿氢制备的电解槽投资潜在市场总额就有可能翻一番(达到2500亿美元),到2050年将达到1万亿美元。


图7 产业链投资规模(单位:十亿美元)

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图片来源:高盛全球投资研究

对氢工业的投资已经开始显著增加,特别是在生产技术方面。通过关注清洁氢的直接供应链,包括其生产(分别用于绿色和蓝色氢的电解槽和CCUS)、存储、分销、传输和全球贸易所需的投资,《报告》估计,总体而言,要实现净零排放,需要在直接清洁氢供应链上累计投资5万亿美元。

《报告》指出,5万亿美元只是清洁氢直接供应链的资本支出投资,不包括与终端市场(工业、交通、建筑)相关的资本支出,也不包括与绿色氢发电所需的发电厂相关的上游资本支出。与此同时,到2030年,单是氢发电的潜在总市场(TAM)就有可能翻一番,从目前的1250亿美元增至2500亿美元,并有可能达到1万亿美元

6、对自然资源的影响

《报告》认为,整体看,在各类主要资源中,清洁氢的发展对可再生电力和金属的市场的供需关系有一定影响,对水资源市场供需的影响则相对较小。


在电力方面,在“牛市”情形下,到2050年,至少需要增加5000GW的可再生能源装机容量才能满足绿氢生产带来的电力需求增长,为此,每年的新增可再生能发电量中用于用于绿氢制备的比例可能占全球新增总量的5%-15%(5%为“熊市”情况,15%为“牛市”情况)。

在矿物和金属方面,若仅仅从电解槽环节而论,碱性电解槽没有使用贵金属,对相关金属市场影响微小。PEM对铂、铱等贵金属存在依赖。考虑到技术创新速度,PEM对贵金属的负载量一直在下降,预计未来PEM电解槽的扩产对贵金属市场供需的影响也有限。

在水资源方面,在“牛市”情景下,制氢用水估计将达到全球能源行业用水的15%,从全球角度来看,支持清洁氢经济崛起的水资源供应不太可能成为一个关键制约因素。水资源供应更多是一项区域挑战。因此,海水淡化技术很可能是清洁氢经济规模扩大的关键。

7、氢能贸易。

《报告》认为,清洁氢是全球市场,未来将影响能源供应的地缘政治格局。决定一个地区能否成为主要清洁氢出口地区的关键有两个:(1)在考虑绿氢的情况下是所需可再生资源的成本与规模,在考虑蓝氢的情况下则是原料(如天然气)和CCUS技术的成本;(2)清洁氢产能大于本地需求,这对全球最大的氢需求中心(美国、欧洲、日本、韩国和中国)尤为重要。

基于上述两个原因,《报告》认为,全球氢市场的30%可能会参与到国际贸易(跨境运输)中,作为对比,天然气市场则为25%。其中中东和北非、拉美、澳大利亚和伊比利亚等地区可能成为主要的清洁氢出口国,而中欧、日本、韩国和华东地区可能成为主要的进口国。

图8 蓝氢和绿氢的LCOH(2021,单位:美元/kg)

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数据来源:高盛全球投资研究

氢能在诸多工业流程中都发挥着重要作用,包括在钢铁企业取代煤炭、作为一些主要化工原料的基础原料、以及在高温加热工艺流程中成为一种清洁能源选择。

高盛认为,清洁氢(绿氢)已成为实现全球净零排放的关键支柱,有助于减少全球温室气体排放的15%。

目前,全球范围内的氢能政策支持正在加强,30个国家的氢战略和路线图承诺在本十年中,清洁氢的装机容量将比2020年增加400倍,并支持将绿色氢的年平均新建速度提高50倍。

高盛预计,在制氢方面,是绿氢发电的潜在总市场(TAM)就有可能在2030年翻一番,达到2500亿美元,而到2050年TAM将达到1万亿美元。


03

绿氢是去碳化的最终解决方案

绿氢已经成为全球净零排放的关键支柱,高盛利用全球GS净零排放模型和碳经济成本曲线构建了三种全球氢排放情况。

将三种全球氢需求路径分别命名为:牛市、平市和熊市,如果从现在到2050年全球变暖1.5°C,达到净零的氢需求较大(约为7倍),称为牛市;如果到2050年全球变暖小于2.0°C,达到净零的氢需求约为4倍,称为平市;而熊市情况下,到2050年全球将变暖2.0°C,氢需求在达到净零的路径上至少需增加2倍。

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与此同时,全球各地的政策支持正在加强,30个国家出台了氢战略,承诺在这十年中将清洁氢的装机容量较2020年增加400倍,并支持将每年平均新建绿氢的速度提高50倍。

近年来在制氢行业的投资开始显著增加,特别是在生产技术部署方面,包括生产(分别用于绿氢和蓝氢的电解槽和CCUS)、存储、分销、传输和全球贸易所需的投资。

高盛估计,如果到2030年要实现净零排放,那么需要在绿氢供应链上累计投资5万亿美元。

而这5万亿投资仅是绿氢直接供应链的资本支出,不包括与终端市场(工业、运输、建筑)和绿氢发电所需的发电厂相关的上游资本支出。到2030年,单TAM就有可能翻一番,从目前的1250亿增加到本世纪末的2500亿美元,到2050年可能达到1万亿美元。


04

绿氢影响的产业链

高盛认为,到2020年底,用于制绿氢的电解槽总装机容量只有约0.3GW,但该行业正在以惊人的速度发展,按照目前正在进行的项目测算,到2030年底,电解槽总装机容量将接近80GW。

同时由于规模增大,2025年的电解槽系统成本将下降40%,与过去5年观察到的电池成本类似。

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氢项目管道的规模将增加100倍以上,2020年的氢项目管道平均规模为2MW,高盛预计到2025年将大于200MW。

并且高盛估计到2025年,部分氢燃料充足地区的绿氢燃料成本将与灰氢燃料平价(1.5美元/kgH2),而到2027年,将实现长途重型公路运输中氢燃料成本将与柴油平价。

绿氢的崛起还将对全球电力、水、金属和矿产需求产生影响。高盛预计清洁氢革命可以导致全球电力需求增加超50%,并且从2030年开始,全球平均每年新增可再生能源装机容量的1/3用于生产绿色氢。此外,高盛估计,到2050年,生产清洁氢所需的水可能会达到70亿立方厘米,而电解器和燃料电池的制造将导致镍和铂的平均年需求分别增加5%和18%,而更适合生态位的矿物铱的年需求也将增加数倍。

高盛认为,绿氢可以在全球市场内发展,影响能源供应的地缘政治,并研究了国际贸易的情况得出结论:全球30%的氢量有可能涉及跨境运输,高于天然气。中东、拉美、澳大利亚和伊比利亚可能成为绿氢的主要出口地区,中欧、日本、韩国和中国东部部分地区可能成为绿氢的主要进口地区。

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05

碳封存:碳捕获——碳中和难题中缺失的关键一环

我们设想了两条互补的途径来使世界达到净零排放:保护和封存。前者指能够减少温室气体排放总量的所有技术,后者指通过从大气中减去碳来减少净排放量的自然汇和碳捕获、使用和储存技术(CCUS)。需要技术突破来释放目前无法通过现有保护技术减少的排放的潜力,这使得封存在解决气候变化挑战和引领世界以尽可能低的成本实现净零碳排放方面的作用成为难题的关键部分。

碳封存努力对全球碳中和路径至关重要,因为它们可以

(a)在最难减排的行业中实现减排,在这些行业中,技术净零替代品尚未开发出来,或者仍然非常低效和昂贵,重型、高耗能的工业流程是一个突出的例子,

(b)避免年轻的工厂和资产过早退役,从而有助于在去碳化时代围绕闲置资产的辩论,以及

(c)将大气中温室气体的总负荷减少到所需的碳预算,从而纠正任何超标,直接空气碳捕获是减少直接从大气中排放和累积的排放量的关键技术。

碳封存工作可以大致分为三大类:(1)自然碳汇,包括能够清除二氧化碳的天然碳库。这些努力包括重新造林、植树造林和农林实践。(2)碳捕获、利用和储存技术(CCUS),涵盖适用于工厂排放的浓缩CO2流、碳利用和储存的所有碳捕获技术。(3)直接空气碳捕获和存储(DACCS),试点碳捕获技术,可以从空气中回收CO2,释放几乎无限的去碳化潜力,无论CO2来源如何。在报告的这一部分,我们主要关注碳封存的技术方面,包括碳捕获技术(CCUS和DACCS)。

碳捕获:在“失去的十年”后重获动力

对于一些“难以减少”的排放源,CCUS技术可以成为全球去碳化的有效途径:它们可用于显著减少煤炭和天然气发电的排放,以及钢铁、水泥和化学品等“难以减少”排放的工业流程。CCUS还可以促进清洁替代燃料的生产,如前面提到的蓝氢,以及先进的生物燃料(BECCS)。

CCUS拥有一系列技术和工艺,旨在从大型工业点源捕获大部分二氧化碳排放,并随后提供长期储存解决方案或利用。我们已将碳捕获技术纳入全球服务的全球净零模型,在这三个模型下,碳捕获将成为一个主要行业。在我们到2050年实现碳中和的GS1.5路径中,到2050年,CCUS在各行业每年减少约7.2千兆吨二氧化碳,如下表174所示。CCUS减排的最大贡献者是工业,在缺乏技术突破的情况下,水泥、钢铁、有色金属、散逸性和废物排放等部门都需要碳固存技术。其次是工业制氢厂生产清洁氢气(蓝色氢气)所需的CCUS改造。最后,CCUS可以在发电方面改装最新的燃气和燃煤发电厂,并通过使用生物燃料为全面减排做出贡献(我们在分析中假设使用先进的生物燃料,但我们意识到废物和其他先进生物燃料来源的潜在可用性限制,因此我们进一步纳入一些CCUS以补充生物能源的使用)。DACCS是一种潜在的可无限扩展的去碳化技术,补充了特定工艺的CCUS,并有助于到2050年实现c.1GtCO1年度减排。


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无废园区建设指引

进行无废园区建设是我国全面推行绿色发展,实现国家制造强国战略的有力保障。绿盟在中国生态环境部和固体废物与化学品管理技术中心的指导下,联合中国环境科学研究院、北京经开区、“11+5”试点城市生态环境局及试点内工业园区管理机构编制了这本建设的实操性指南,为“无废园区”建设提供指引。

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