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麥肯錫深度報(bào)告解讀氫燃料電池未來(lái)

更新時(shí)間:2018-04-23點(diǎn)擊次數(shù):2785

  電動(dòng)汽車已經(jīng)占據(jù)了很久的頭版頭條,但現(xiàn)在燃料電池也想來(lái)?yè)屢粋€(gè)熱門——這非常合情合理,因?yàn)闅湓诳稍偕茉聪到y(tǒng)和未來(lái)的移動(dòng)出行中將起到至關(guān)重要的作用。

 2015年在巴黎召開的聯(lián)國(guó)氣候大會(huì)(COP21)上,195個(gè)國(guó)家同意將變暖趨勢(shì)控制在2攝氏度以內(nèi)。

 為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo),世界將需要在2050年前將二氧化碳排放量減少60%,即使預(yù)期人口增長(zhǎng)將超過(guò)20億。

 這需要我們的能源系統(tǒng)進(jìn)行大面積改革:大幅提高能源利用效率,轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕鍧嵞茉吹妮d體,從工業(yè)上重新儲(chǔ)存或利用化石燃料所產(chǎn)生的二氧化碳,降低其排放速度。

 

 2017年,聯(lián)國(guó)波恩氣候變化會(huì)議(COP23)舉辦之際,Hydrogen Council(氫能源委員會(huì))的18位企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)也齊聚德國(guó)波恩,在麥肯錫管理咨詢公司的協(xié)助下,發(fā)布了首份氫能源未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)調(diào)查報(bào)告。

 該報(bào)告指出,氫能源是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要方式,并且能夠催生相當(dāng)于2.5萬(wàn)億美元的商業(yè)價(jià)值并同時(shí)創(chuàng)造3000多萬(wàn)人的就業(yè)機(jī)會(huì)。

 氫能源委員會(huì)發(fā)布了明確氫能源未來(lái)愿景的題為“Hydrogen, Scaling up(氫能源市場(chǎng)發(fā)展藍(lán)圖)”的調(diào)查報(bào)告,介紹了氫能源正式普及和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型方面的發(fā)展藍(lán)圖,認(rèn)為氫是向可再生能源系統(tǒng)過(guò)渡的推動(dòng)者,是廣泛應(yīng)用的清潔能源載體。

圖:氫能源市場(chǎng)發(fā)展藍(lán)圖

 在2050年之前,通過(guò)更大規(guī)模的普及,氫能源將占整個(gè)能源消耗量約20%,全年的二氧化碳排放量能夠較現(xiàn)在減少約60億噸,能夠承擔(dān)將變暖控制在2℃以內(nèi)所需二氧化碳減排量中的約20%。

 在需求方面,驗(yàn)算結(jié)果顯示,到2030年要提供1,000萬(wàn)輛至1,500萬(wàn)輛燃料電池乘用車以及50萬(wàn)輛燃料電池卡車行駛所使用的氫氣。此外還有工業(yè)領(lǐng)域,例如工業(yè)方面的工程中用于原材料、熱源、動(dòng)力源、發(fā)電、儲(chǔ)藏等各種用途。

 該調(diào)查報(bào)告指出,預(yù)計(jì)到2050年,氫能源需求將是目前的10倍,相當(dāng)于將變暖控制在2℃以內(nèi)的前提下,2050年zui終能源需求的18%,約80EJ的能量將實(shí)現(xiàn)氫能源化。

 氫能源七大用

 氫是一種用處多多的清潔能源。

 氫能源具有七大作用,其應(yīng)用可以遍及能源系統(tǒng)的主干至終端的低碳應(yīng)用(見(jiàn)表1):

           表1:氫在可再生能源系統(tǒng)中的應(yīng)用

氫提供了一種長(zhǎng)期能源儲(chǔ)存的方式,可使可再生能源大規(guī)模集成到能源系統(tǒng)中。

 

在某些不穩(wěn)定的發(fā)電系統(tǒng)中,如風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi),它可以使能源分布跨越季節(jié)和地區(qū),作為緩沖來(lái)增加能源系統(tǒng)的彈性。

 

如今的交通運(yùn)輸部門幾乎*依賴于化石燃料,其中超過(guò)20%的二氧化碳排放都是由交通運(yùn)輸所產(chǎn)生的。

 

氫動(dòng)力汽車以其高性能和快速加油為人們的生活提供了便利,也可以作為電動(dòng)汽車電池的燃料,以實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸方面的廣泛低碳化。

 

氫還可以用于工業(yè)能源低碳化。在重工業(yè)中,氫可以催化脫碳過(guò)程,有些電氣化過(guò)程很難發(fā)生,并需要較高熱量。

 

氫也可用于發(fā)電機(jī)組以產(chǎn)生熱能和電力。

 在已經(jīng)配置有天然氣輸送管道網(wǎng)的地區(qū),氫可以利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施,提供一種低成本的加熱脫碳方法。

 氫能為工業(yè)提供清潔的原料。目前工業(yè)原料中氫的使用,每年超過(guò)5500萬(wàn)噸,而且氫燃燒的產(chǎn)物僅有水,*不產(chǎn)生二氧化碳。

 因此,氫能源委員會(huì)提到的氫將在交通運(yùn)輸二氧化碳減排中起到重要作用是有據(jù)可依的。通過(guò)對(duì)氫的更多利用,人們將更有可能達(dá)到減排目標(biāo)。

                                 表2:氫能通過(guò)多種方式降低碳排放

 氫能源和電力經(jīng)常被一起提及。這兩種能源互有優(yōu)劣。

 以電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車在整體上的能源利用效率更高,重量更輕,電池尺寸較大,因此電池驅(qū)動(dòng)的電力汽車更適合短距離和輕型車輛。

 氫可以用更少的重量?jī)?chǔ)存更多的能量,因此氫燃料電池適合長(zhǎng)距離和載重型車輛。其快速加油技術(shù)還能使得商業(yè)車隊(duì)中的車輛幾乎無(wú)縫運(yùn)轉(zhuǎn)。

 這些技術(shù)究竟誰(shuí)會(huì)勝出,還有待于電池技術(shù)的發(fā)展,并且有賴于未來(lái)燃料電池生產(chǎn)成本的降低。

          表3:在不同行業(yè)中氫能源的采用將是階段性的

氫能源汽車的商業(yè)化已經(jīng)開始在私家車型中推廣,在這種車型中應(yīng)用氫能源zui為適合。

 三種燃料電池電動(dòng)汽車的車型已經(jīng)在日本、韓國(guó)、美國(guó)和德國(guó)有售,另外還有10款車型預(yù)計(jì)將于2020年上市。

 像共享汽車、出租車服務(wù)這種運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的車型可以推動(dòng)氫能源的早期推廣。這有利于那些制定了雄心勃勃的目標(biāo)的國(guó)家,比如中國(guó)和日本,計(jì)劃在2030年前上路180萬(wàn)輛燃料電池電動(dòng)汽車。

 由于對(duì)環(huán)境污染越來(lái)越多的關(guān)注,尤其是在歐洲、中國(guó)、日本和韓國(guó),氫能源公共汽車也進(jìn)入了人們的視野。

 韓國(guó)計(jì)劃將26000輛公交車改裝成氫能源驅(qū)動(dòng),而上海計(jì)劃在2020年前購(gòu)買和運(yùn)營(yíng)3000輛燃料電池巴士

 貨車和面包車也有望從中受益,得到改裝。

 對(duì)于長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)妮d重卡車,因?yàn)榫€路明確,它們需要的基礎(chǔ)設(shè)施可能更少:一些估計(jì)表明,350個(gè)充電站就可以覆蓋整個(gè)美國(guó)的貨運(yùn)。

 像豐田這樣的老牌制造商,以及像尼古拉汽車公司這樣的新興公司已經(jīng)開始制造重型卡車和長(zhǎng)途貨運(yùn)卡車,以在蓬勃發(fā)展的貨運(yùn)運(yùn)輸業(yè)中占得先機(jī)。

 燃料電池列車也可以替換許多柴油動(dòng)力列車,而且不需要改造軌道。

 *輛氫燃料電池電動(dòng)列車已經(jīng)在中國(guó)開始運(yùn)營(yíng),早在2013年,新能源電動(dòng)機(jī)車“藍(lán)天”號(hào)就已由西南交通大學(xué)研制成功。

 德國(guó)宣布已與法國(guó)的阿爾斯通公司簽署了一項(xiàng)協(xié)議,將在2021年前在該國(guó)建造和使用14架氫動(dòng)力列車。據(jù)悉,這些氫能動(dòng)力車與豐田的氫能汽車相似,只是在運(yùn)行過(guò)程中排放出水蒸汽,使其成為柴油的環(huán)保替代品,不會(huì)產(chǎn)生有害的排放物,也不會(huì)加劇變暖。

 由加州、德國(guó)、日本和韓國(guó)牽頭的許多地區(qū)都正在加快發(fā)展氫能源和燃料電池技術(shù),每年花費(fèi)超過(guò)8.5億美元。其它國(guó)家也在擴(kuò)大自己的生產(chǎn)能力和拓展充電基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。

 在范圍內(nèi),各國(guó)已經(jīng)宣布,到2025年將建造約2800個(gè)氫燃料補(bǔ)給站。與約60萬(wàn)個(gè)加油站相比,這是一個(gè)小數(shù)目,但如果能夠?qū)崿F(xiàn),這就足以覆蓋主要的氫能源汽車市場(chǎng)。

                表4:政府在氫能源和燃料電池項(xiàng)目上的投入

 盡管已經(jīng)有了這么多投資資金,但要達(dá)到一定的生產(chǎn)規(guī)模并降低成本,還需要做更多的努力。

 目前,通過(guò)燃料電池汽車所節(jié)省下來(lái)的每噸二氧化碳的成本估計(jì)超過(guò)1500美元,而且在2030年到2035年之間,要使這種技術(shù)達(dá)到收支平衡,需要更大規(guī)模的推廣。

 降低成本、增加基礎(chǔ)設(shè)施、增加可選車型,這些才是讓消費(fèi)者買賬的先決條件。

 氫能源委員會(huì)估計(jì),到2030年,投資總額將達(dá)到2800億美元。

 大約60%的投資將用于提高氫氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和分配效率,并將30%投入到系列開發(fā)、生產(chǎn)線和新的商業(yè)模式中。

 不到10%——約200億美元——將用于建造范圍內(nèi)的氫能源燃料電池充電設(shè)施,約15000個(gè)充電站,這是目前制約氫燃料汽車推廣的主要瓶頸。

 在德國(guó),建造一個(gè)中型加油站的成本已經(jīng)是五年前的一半,大約100萬(wàn)美元,但還需要進(jìn)一步減少成本,以在大眾市場(chǎng)中進(jìn)行推廣。

 有了較大規(guī)模,氫能源委員會(huì)估計(jì)每個(gè)氫能源燃料電池電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)設(shè)施成本低于1000美元是可能的。同樣,相應(yīng)電動(dòng)車輛的成本也需要進(jìn)一步降低。

 在氫能源行業(yè),總年度投資約為200億美元到250億美元,與此同時(shí),在能源行業(yè)每年投資超過(guò)1.7萬(wàn)億美元,其中包括6500億美元的石油和天然氣,3000億美元的可再生電力,和超過(guò)3000億美元的汽車工業(yè)。

 在投資中期,市場(chǎng)可以自我維持并發(fā)展,營(yíng)業(yè)額超過(guò)2.5萬(wàn)億美元,同時(shí)在產(chǎn)業(yè)鏈上下游創(chuàng)造大約3000萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位——這是根據(jù)現(xiàn)在的乘數(shù)計(jì)算的:在電動(dòng)汽車、設(shè)備、油氣行業(yè)的每100萬(wàn)美元的營(yíng)業(yè)額中就能產(chǎn)生12個(gè)工作,如果這個(gè)關(guān)于2050年的愿景可以實(shí)現(xiàn)的話。

 

 

 

 

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