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2024-07-18 來源:中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)氫能產(chǎn)業(yè)專業(yè)委員會(huì) 瀏覽數(shù):378
近年來,在全球能源轉(zhuǎn)型的大勢(shì)下,多數(shù)國(guó)家都將氫能視為實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵能源,而綠氫則是他們追求“氫經(jīng)濟(jì)”的終極目標(biāo)。南美擁
近年來,在全球能源轉(zhuǎn)型的大勢(shì)下,多數(shù)國(guó)家都將氫能視為實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵能源,而綠氫則是他們追求“氫經(jīng)濟(jì)”的終極目標(biāo)。南美擁有豐富的油氣資源和可再生能源,具備氫能發(fā)展的資源基礎(chǔ)。
南美的四大經(jīng)濟(jì)體,即巴西、阿根廷、哥倫比亞和智利,都已制定國(guó)家級(jí)氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略,希望憑借全球氫能發(fā)展勢(shì)頭形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn),既能助力全球脫碳,也能為國(guó)家?guī)砜捎^的收入。南美正尋求在新的能源格局下,成為全球氫能需求大戶的重要供應(yīng)商。
南美四國(guó)的氫能“野心”
許多有意在21世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)的國(guó)家都將以氫氣替代化石能源視為重要的解決途徑,而為了激勵(lì)清潔氫的發(fā)展,各國(guó)學(xué)者、企業(yè)和政府都非常重視清潔能源配套技術(shù),如可再生能源結(jié)合水電解制氫、蒸汽甲烷重整(SMR)結(jié)合碳捕集與封存(CCS)技術(shù)等。
基于可再生能源的綠氫是許多國(guó)家追求新興氫能經(jīng)濟(jì)的最終目標(biāo),但也有能源研究人員和實(shí)踐者認(rèn)為,結(jié)合SMR和CCS的藍(lán)氫,因?yàn)閮r(jià)廉且易得是理想的過渡替代品,甚至可以有效促進(jìn)綠氫的發(fā)展。
從應(yīng)用上看,理論上清潔氫的應(yīng)用范圍非常廣泛,但其在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和輸送方面有一定的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)門檻,目前大部分國(guó)家的相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施、政策、社會(huì)接受度和其他配套尚不成熟。在一些社會(huì)實(shí)踐中,如在住宅供暖或個(gè)人陸路交通等領(lǐng)域,也都體現(xiàn)出直接使用電力或其他低碳能源的便利性。在這種情況下,許多專家認(rèn)為,應(yīng)先從難以減排的行業(yè)入手推動(dòng)清潔氫的應(yīng)用,這些行業(yè)包括煉油、化肥和鋼鐵生產(chǎn)、電力長(zhǎng)期儲(chǔ)存,以及長(zhǎng)途重型陸地運(yùn)輸?shù)取?/p>
在氣候變化和脫碳成為關(guān)注焦點(diǎn)的當(dāng)下,不同的地區(qū)或國(guó)家對(duì)將清潔氫納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)的興趣也各異。具體而言,目前最重視氫能及其可持續(xù)性發(fā)展的地區(qū)為歐洲(包括歐盟國(guó)家、挪威、英國(guó)等)、北美和東亞(中國(guó)、日本、韓國(guó))。這其中不少國(guó)家還不具備發(fā)展清潔氫并通過使用清潔氫實(shí)現(xiàn)脫碳的條件,如歐盟國(guó)家、日本、韓國(guó)等都在積極探索與其他潛在氫能資源國(guó)的合作可能性。
而南美國(guó)家擁有豐富的油氣資源,具備開發(fā)CCS和可再生能源的巨大潛力,有可能憑借綠氫或藍(lán)氫的發(fā)展勢(shì)頭形成新的增長(zhǎng)點(diǎn),不僅能助力全球脫碳,而且能為國(guó)家?guī)砜捎^的收入。為此,很多南美國(guó)家發(fā)布了氫能戰(zhàn)略,以尋求在新的能源格局下,成為氫能需求大戶的重要供應(yīng)商。
此外,發(fā)展氫能還有助于南美國(guó)家實(shí)現(xiàn)工業(yè)脫碳和氣候目標(biāo)。一方面,南美最富足和經(jīng)濟(jì)最多元化的國(guó)家恰好也是最大的二氧化碳排放國(guó),擁有大量使用化石燃料但難以轉(zhuǎn)化為電力的工業(yè),如煉鋼、煉油或化肥生產(chǎn),他們本身就有用氫需求。另一方面,當(dāng)下遠(yuǎn)距離大規(guī)模輸氫的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性仍有待研究和確認(rèn),本地生產(chǎn)、就近消費(fèi),短期內(nèi)更具經(jīng)濟(jì)性。
南美四大經(jīng)濟(jì)體,即巴西、阿根廷、哥倫比亞和智利正是這樣的國(guó)家,年碳排放量大且主要來自難以減排的行業(yè)。出于這些原因,南美四國(guó)似乎也是目前南美大陸發(fā)掘清潔氫潛力最積極的國(guó)家,都制定了國(guó)家級(jí)的氫產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略,短期內(nèi)以實(shí)現(xiàn)自身脫碳為主要目的,長(zhǎng)期則瞄準(zhǔn)主要?dú)淠芄?yīng)地區(qū)和國(guó)家的地位而努力。
巴西
巴西是南美最大的經(jīng)濟(jì)體和世界第12大經(jīng)濟(jì)體,擁有所有南美國(guó)家中最具可持續(xù)性的能源資源組合,總能源消耗的近一半都源自可再生能源,2023年可再生能源發(fā)電量占比更是高達(dá)93%。鑒于該國(guó)在可再生能源領(lǐng)域的巨大優(yōu)勢(shì),2023年11月,巴西承諾,到2025年,將溫室氣體凈排放量限制在1.32吉噸(1吉噸=10億噸)碳當(dāng)量(比2005年的排放量減少48.4%);到2030年,將溫室氣體凈排放量限制在1.2吉噸碳當(dāng)量(比2005年減少53.1%)。
巴西政府很早就意識(shí)到電氣化的局限性和相關(guān)難減排產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要性,因此提前布局,在積極探索低碳?xì)浣鉀Q方案和相關(guān)產(chǎn)業(yè)脫碳的同時(shí),希望通過出口來獲取穩(wěn)定的收入。巴西強(qiáng)大的可再生能源發(fā)電能力使其更有可能在未來“主打”綠氫生產(chǎn),但也不會(huì)完全放棄天然氣制氫與CCS相結(jié)合生產(chǎn)藍(lán)氫。
有分析師估算,巴西憑借廣泛和多樣化的可再生能源,到21世紀(jì)中葉,或有潛力每年生產(chǎn)高達(dá)1.2億噸的綠氫。2013年以來,巴西國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金(FNDCT),以及電力和油氣監(jiān)管機(jī)構(gòu)分別發(fā)起或資助了幾十項(xiàng)與氫能相關(guān)的研究項(xiàng)目。然而,由于氫氣生產(chǎn)成本較高,這些項(xiàng)目中的大多數(shù)未能成功轉(zhuǎn)化為大規(guī)模商業(yè)項(xiàng)目,氫氣的競(jìng)爭(zhēng)力也因此低于其他可替代燃料。2021年,巴西有42個(gè)正式注冊(cè)的綠氫項(xiàng)目,但迄今為止這些項(xiàng)目中的多數(shù)仍處于簽訂諒解備忘錄階段,只有少數(shù)幾個(gè)小規(guī)模試點(diǎn)工廠投入運(yùn)營(yíng)或正在建設(shè)。
巴西目前對(duì)氫氣的未來需求仍缺乏了解,同時(shí)又未能建立有力的監(jiān)管框架,這兩個(gè)短板可能是該國(guó)實(shí)施大規(guī)模氫氣項(xiàng)目的障礙。根據(jù)巴西的官方資料,目前計(jì)劃上馬的綠氫項(xiàng)目有6個(gè),分別是Suape綠氫項(xiàng)目,以太陽能發(fā)電為驅(qū)動(dòng),主要用于食品、化學(xué)劑、石化行業(yè);Bahia綠氨項(xiàng)目,以風(fēng)力發(fā)電和PPA(電力購買協(xié)議)驅(qū)動(dòng),主要用于化肥制造;Pecem Verde氫能項(xiàng)目,以太陽能發(fā)電驅(qū)動(dòng),用途待定;Itumbiara項(xiàng)目,以太陽能發(fā)電驅(qū)動(dòng),主要用于季節(jié)性存儲(chǔ);USP大巴氫能項(xiàng)目,為圣保羅大學(xué)大巴供氫;Santa Catarina氨項(xiàng)目,主要用于咖啡種植園。這些項(xiàng)目每年可實(shí)現(xiàn)約450萬噸的氫產(chǎn)量,但需要約30吉瓦的電解槽容量和超過300億美元的投資,目前多處于諒解備忘錄和前端工程設(shè)計(jì)前期階段。
據(jù)能源咨詢公司伍德麥肯茲2021年的估算,到2040年,巴西綠氫潛在需求介于720萬~900萬噸。當(dāng)下暫無巴西氫氣消費(fèi)的最新信息,該國(guó)大部分氫氣是在巴西國(guó)家石油公司的煉廠生產(chǎn)和使用的,而且由于氣價(jià)高企且面臨低價(jià)進(jìn)口尿素的競(jìng)爭(zhēng),以天然氣為原料生產(chǎn)氫氣的化肥廠已閑置多年。國(guó)際能源署(IEA)的數(shù)據(jù)顯示,2019年巴西煉廠的灰氫消費(fèi)量為40萬噸/年,化肥廠灰氫消費(fèi)量為13萬噸/年。
表1 巴西綠氫項(xiàng)目(41個(gè)) 資料來源:Chilean Hydrogen Association,截至2023年8月 阿根廷 阿根廷于2023年9月發(fā)布國(guó)家氫經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略提到,阿根廷目前每年生產(chǎn)40萬噸常規(guī)氫(以天然氣為原料生產(chǎn)的灰氫)以滿足內(nèi)需。這一產(chǎn)量約等于南美氫需求量的9%,全球氫需求量的0.4%。阿根廷國(guó)內(nèi)氫氣有60%用于化肥廠和煉廠,前者用于生產(chǎn)合成氨和尿素,后者用于燃料的加氫和脫硫;15%用于甲醇生產(chǎn);16%用于鋼鐵工業(yè);9%用于各種化學(xué)品制造業(yè)。 阿根廷在消費(fèi)大量灰氫的同時(shí),還確立了宏大的綠氫生產(chǎn)目標(biāo),計(jì)劃從零開始快速發(fā)展,以便到21世紀(jì)中葉達(dá)到500萬噸的年產(chǎn)能。要實(shí)現(xiàn)這一產(chǎn)量水平,阿根廷需要在現(xiàn)有的16.4吉瓦產(chǎn)能基礎(chǔ)上安裝至少30吉瓦的電解槽,以及增加55吉瓦的可再生能源(主要是風(fēng)能和太陽能)發(fā)電裝機(jī)容量。此外,阿根廷生產(chǎn)綠氫的近80%,相當(dāng)于每年400萬噸,將專門用于出口。2030年開始,阿根廷對(duì)低排放氫的消費(fèi)量預(yù)計(jì)持續(xù)增長(zhǎng),到2035年達(dá)到10萬噸/年,到2045年達(dá)到50萬噸/年,到2050年達(dá)到100萬噸/年。這些需求中至少有一部分需通過本地生產(chǎn)藍(lán)氫來滿足。 表2 阿根廷綠氫項(xiàng)目(10個(gè)) 資料來源:Chilean Hydrogen Association,截至2023年8月 哥倫比亞 哥倫比亞可再生能源資源非常豐富,再加上優(yōu)越的戰(zhàn)略地理位置(臨近巴拿馬運(yùn)河)和務(wù)實(shí)的政府,被稱為南美最有前途的綠氫生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)之一。 哥倫比亞2021年發(fā)布了氫路線圖,確立了到2050年的藍(lán)氫和綠氫生產(chǎn)目標(biāo)。哥倫比亞政府在氫路線圖中估計(jì),風(fēng)電制綠氫將極具成本競(jìng)爭(zhēng)力,預(yù)計(jì)到2030年生產(chǎn)成本可低至1.7美元/千克;到2050年可低至1.1美元/千克。這意味著,在哥倫比亞生產(chǎn)氫氣及其衍生物(氨和甲醇)具有很高的效益,或許能成為全球最便宜的氫,有利于其向德國(guó)出口。 表3 哥倫比亞綠氫項(xiàng)目(26個(gè)) 資料來源:Chilean Hydrogen Association,截至2023年8月 智利 智利在油氣資源稟賦上略遜于其他3個(gè)國(guó)家,但在可再生能源領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)無可匹敵。智利2020年發(fā)布的國(guó)家綠氫戰(zhàn)略顯示,將僅專注于綠氫生產(chǎn),主要通過風(fēng)能和太陽能發(fā)電制取綠氫,不同于其他3個(gè)國(guó)家采取的多管齊下的制氫策略。 智利能源部估計(jì),未來將建設(shè)太陽能發(fā)電裝機(jī)容量2071吉瓦,陸上風(fēng)電裝機(jī)容量79吉瓦。總體來看,智利的可再生能源潛力較國(guó)內(nèi)當(dāng)前需求高出70~85倍。國(guó)際能源署2019年發(fā)布報(bào)告稱,智利擁有優(yōu)質(zhì)的可再生能源,疊加未來太陽能和風(fēng)能技術(shù)成本的不斷下降,智利北部和南部地區(qū)將成為世界上最具吸引力的可再生氫氣生產(chǎn)基地之一,預(yù)計(jì)到2030年智利的制氫成本將為2.5~3.5美元/千克。 智利最好的太陽能資源也在北部地區(qū),特別是靠近阿塔卡馬沙漠的地帶,太陽輻射水平是全世界最高,為綠氫生產(chǎn)提供了保證。此外,智利南北綿延4000多公里,非常適合發(fā)展陸上風(fēng)電,尤其是智利南部地區(qū)。 表4 智利綠氫項(xiàng)目(50個(gè)) 資料來源:Chilean Hydrogen Association,截至2023年8月 南美四國(guó)都具備發(fā)展清潔氫產(chǎn)業(yè)的巨大潛力,都將生產(chǎn)清潔氫并出口日本、韓國(guó)、歐盟以換取收益作為重要的國(guó)家戰(zhàn)略,與此同時(shí),他們也意識(shí)到清潔氫還有助于其實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)。但由于不同的自然稟賦和各自的工業(yè)特點(diǎn),巴西、阿根廷、哥倫比亞和智利似乎對(duì)建立清潔氫產(chǎn)業(yè),以及所產(chǎn)清潔氫的應(yīng)用領(lǐng)域有不同的理念。 以巴西為例,該國(guó)極可能采取綠氫和藍(lán)氫齊頭并進(jìn)的方式推動(dòng)氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展。一方面,巴西水力發(fā)電潛力極大,非常適宜以水電驅(qū)動(dòng)電解槽的方式發(fā)展清潔氫產(chǎn)業(yè)。另一方面,巴西也擁有豐富的油氣資源和實(shí)施CCS項(xiàng)目的條件,非常適合生產(chǎn)藍(lán)氫。但考慮到氣價(jià)較高且巴西陸上天然氣資源量并不是特別豐富,該國(guó)目前屬于“投石問路”,正在考查這兩種方式的可行性,并不單純“押寶”其中之一。 阿根廷和哥倫比亞與巴西的情況差別不大,所以也都在考慮相似的氫產(chǎn)業(yè)路徑。智利則與其他三個(gè)國(guó)家非常不同,智利的風(fēng)能和太陽能潛力極大,且未得到充分利用,因此綠氫成為其主攻的氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)象。 南美四國(guó)難脫碳行業(yè)對(duì)氫的利用情況也存在差異。研究顯示,如果氫的價(jià)格能達(dá)到1~1.5美元/千克,則巴西的鋼鐵和化肥行業(yè)對(duì)清潔氫有最高的潛在需求。阿根廷的情況也類似,除了鋼鐵和化肥行業(yè)外,該國(guó)煉油的脫碳也需要大量的氫,并且有成為航空和海運(yùn)氫燃料生產(chǎn)國(guó)的雄心。哥倫比亞地理位置上靠近巴拿馬運(yùn)河,也將利用這個(gè)地緣優(yōu)勢(shì)成為船用氫燃料制造中心。智利明確表示,將把重點(diǎn)放在開發(fā)豐富的可再生能源潛力上,因此最有可能將氫用于化學(xué)品合成、長(zhǎng)期和季節(jié)性電力儲(chǔ)存、氫燃料電池等領(lǐng)域。 附南美其他國(guó)家氫能項(xiàng)目情況 表5 秘魯綠氫項(xiàng)目(5個(gè)) 資料來源:Chilean Hydrogen Association,截至2023年8月 表6 烏拉圭綠氫項(xiàng)目(6個(gè)) 資料來源:Chilean Hydrogen Association,截至2023年8月 表7 哥斯達(dá)黎加綠氫項(xiàng)目(7個(gè)) 資料來源:Chilean Hydrogen Association,截至2023年8月 表8 墨西哥綠氫項(xiàng)目(9個(gè)) 資料來源:Chilean Hydrogen Association,截至2023年8月
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