本文編譯自《U.S. National Clean Hydrogen Strategy and Roadmap》的倒數(shù)第三個(gè)章節(jié)《C: Guiding Principles and National Actions …》其中之：清潔氫發(fā)展的不同階段。盡管國(guó)情不同，但事物的發(fā)展規(guī)律還是大致趨同的，通過(guò)本節(jié)內(nèi)容的了解學(xué)習(xí)，也希望能和我們國(guó)內(nèi)的發(fā)展階段進(jìn)行一些對(duì)照和對(duì)比，研判我們氫能源的發(fā)展處于哪個(gè)階段，以及后續(xù)的推進(jìn)趨勢(shì)！下面展開(kāi)正文！

氫技術(shù)的市場(chǎng)滲透將取決于許多因素，包括：技術(shù)成熟度、成本、基礎(chǔ)設(shè)施可用性、制造和供應(yīng)鏈能力、其他低碳解決方案的成本、政策和監(jiān)管環(huán)境、地區(qū)和國(guó)家倡議、行業(yè)勢(shì)頭和承諾，以及釋放私人資本和投資。

基于兩個(gè)關(guān)鍵因素：一是評(píng)估盈虧平衡和氫作為脫碳解決方案的相對(duì)吸引力；二是利益相關(guān)者的投入，美國(guó)聯(lián)邦政府設(shè)想了清潔氫使用的三個(gè)應(yīng)用階段或“浪潮"。下圖1描述了美國(guó)潛在市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，以及早期、中期和長(zhǎng)期的增長(zhǎng)趨勢(shì)。最終用途應(yīng)用在每個(gè)階段的相對(duì)位置是基于一系列數(shù)量和質(zhì)量基礎(chǔ)，并將隨著工業(yè)和政策格局的演變而不斷更新。

圖1：清潔氫將分階段發(fā)展，取決于每個(gè)最終用途的相對(duì)吸引力。箭頭描繪了氫能有望在美國(guó)大規(guī)模與現(xiàn)有技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)間框架

階段：

階段清潔氫的應(yīng)用將由現(xiàn)有市場(chǎng)啟動(dòng)，這些市場(chǎng)幾乎沒(méi)有用于脫碳的清潔氫替代品，并且可以獲得氫和兼容的最終用途。這包括現(xiàn)有的精煉和氨生產(chǎn)工廠。將大規(guī)模生產(chǎn)與此類應(yīng)用的最終用途放在一起的產(chǎn)業(yè)集群可以幫助降低成本，并創(chuàng)建可在后續(xù)階段為其他市場(chǎng)提供杠桿的基礎(chǔ)設(shè)施。

•倉(cāng)庫(kù)、港口和其他工業(yè)場(chǎng)所的叉車和其他物料搬運(yùn)設(shè)備具有高利用率、可預(yù)測(cè)的加氫位置和快速加氫需求。美國(guó)政府已經(jīng)在美國(guó)孵化這一利基應(yīng)用，使市場(chǎng)上的數(shù)千個(gè)系統(tǒng)和新生的基礎(chǔ)設(shè)施成為可能。

•煉油廠代表著當(dāng)今的用氫市場(chǎng)，并且沒(méi)有其他替代方法來(lái)裂解重質(zhì)原油和脫硫。轉(zhuǎn)向使用清潔氫將在短期內(nèi)創(chuàng)造需求，并立即減少排放。

•公交巴士可能是一個(gè)有吸引力的用例，特別是在需要長(zhǎng)途運(yùn)營(yíng)和高正常運(yùn)行時(shí)間的地區(qū)，以及擁有大型公交車隊(duì)的公交機(jī)構(gòu)，在這些地區(qū)，給單個(gè)電池電動(dòng)汽車充電可能具有挑戰(zhàn)性。。

•長(zhǎng)途重型卡車利用率高，能源需求大，需要快速加注。與中型車輛一起，它們產(chǎn)生的溫室氣體排放量約占美國(guó)交通運(yùn)輸部門(mén)溫室氣體排放量的20%。

•采礦、建筑和農(nóng)業(yè)中的重型機(jī)械可能受益于燃料電池推進(jìn)，因?yàn)樗鼈冃枰吖β?，需要快速加注燃料，并且可能需要遠(yuǎn)離電網(wǎng)運(yùn)行。這些應(yīng)用需要大量的氫氣，并將產(chǎn)生需求。

•合成氨生產(chǎn)使用碳（排放）密集型的氫氣作為原料，現(xiàn)在可以用清潔氫氣代替，而無(wú)需改造工廠。作為僅次于煉油的第二大氫需求市場(chǎng)，氨也可以為清潔氫提供穩(wěn)定的需求。

通過(guò)支持上述多個(gè)市場(chǎng)的示范和基礎(chǔ)設(shè)施，美國(guó)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)可以在有限的地區(qū)實(shí)現(xiàn)大量的用氫，并為弱勢(shì)社區(qū)或工人提供切實(shí)的利益，否則他們將暴露在柴油廢氣和其他污染物中。

第二階段：

在第二階段應(yīng)用中，清潔氫提供了不斷增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值主張，并得到了行業(yè)和政策動(dòng)力的支持。這一階段包括更廣泛的運(yùn)輸應(yīng)用，并擴(kuò)大到包括更多地使用工業(yè)燃料和原料。除了階段應(yīng)用之外，其他應(yīng)用的幾個(gè)例子包括:

•氫燃料電池驅(qū)動(dòng)的中型卡車將越來(lái)越多地大規(guī)模使用，因?yàn)橹匦瓦\(yùn)輸在擴(kuò)大氫氣分配和加氫基礎(chǔ)設(shè)施方面處于先前地位。

•隨著氫燃料電池成本的下降，由燃料電池驅(qū)動(dòng)的區(qū)域渡輪可能會(huì)與內(nèi)燃機(jī)相比具有成本競(jìng)爭(zhēng)力，這些渡輪可以短途運(yùn)輸人員或貨物。

•某些工業(yè)化學(xué)品生產(chǎn)，如塑料工業(yè)，需要高溫?zé)崃浚?/span>這很難通過(guò)電力實(shí)現(xiàn)，或者依賴于化石能源的氫原料。這些部門(mén)可以使用清潔的氫來(lái)產(chǎn)生熱量，并作為原料來(lái)脫碳。

•當(dāng)應(yīng)用于需要無(wú)碳還原劑和高溫的鐵礦石基鋼鐵生產(chǎn)時(shí)，鋼鐵生產(chǎn)可以用清潔的氫脫碳，而電解生產(chǎn)尚不可行。

•能源儲(chǔ)存和發(fā)電可以過(guò)渡到以氫氣和天然氣混合物為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)，以減少化石能源的近期排放。純氫也可以用于生產(chǎn)低氮氧化物的技術(shù)。燃料電池也可以作為一種能量轉(zhuǎn)換技術(shù)。清潔氫可以在季節(jié)性儲(chǔ)存中發(fā)揮關(guān)鍵作用，以使電網(wǎng)脫碳并減少化石燃料發(fā)電。

•航空業(yè)可以過(guò)渡到使用清潔氫、生物質(zhì)和廢物原料生產(chǎn)的可持續(xù)燃料，有助于實(shí)現(xiàn)美國(guó)現(xiàn)階段政府提出的30億加侖可持續(xù)航空燃料的目標(biāo)大規(guī)模生產(chǎn)清潔氫也將為長(zhǎng)期生產(chǎn)電力轉(zhuǎn)化為液體奠定基礎(chǔ)。行業(yè)反饋表明，某些細(xì)分市場(chǎng)可以直接使用氫氣，但由于能量密度要求，可能需要低溫儲(chǔ)存（液氫）。

第三階段：

隨著清潔氫生產(chǎn)規(guī)模的顯著擴(kuò)大、成本的下降和基礎(chǔ)設(shè)施的完善，第三階段應(yīng)用將變得具有競(jìng)爭(zhēng)力。例如:

•來(lái)自燃料電池的備用電源和固定電源可以取代柴油發(fā)電機(jī)，為醫(yī)院和數(shù)據(jù)中心等關(guān)鍵設(shè)施提供24/7的彈性，同時(shí)也提供了優(yōu)勢(shì)弱勢(shì)群體和改善空氣質(zhì)量。備用電源不同于儲(chǔ)能，因?yàn)樗淖饔檬菫閱蝹€(gè)客戶或微電網(wǎng)提供彈性，而儲(chǔ)能支持宏觀電網(wǎng)。

•用清潔氫生產(chǎn)的甲醇也可以直接用作燃料或燃料補(bǔ)充，用于集裝箱船，鐵路或其他海上應(yīng)用，并作為能源載體。

•集裝箱船承載了約90%的全球貿(mào)易量，產(chǎn)生了約3%的全球碳排放量和更大份額的二氧化硫排放量。在第三波浪潮中，潛在的替代品包括清潔氨、清潔甲醇和液化清潔氫。

•水泥可以使用清潔的氫氣來(lái)減少二氧化碳的直接排放，而由于熱量要求高，電氣化不是一種選擇。

•與現(xiàn)有的天然氣網(wǎng)絡(luò)混合可以支持高溫加熱系統(tǒng)的目標(biāo)脫碳，主要用于需要高溫的工業(yè)部門(mén)，如化學(xué)品。雖然這種應(yīng)用程序甚至可以在波啟動(dòng)，但成本必須大幅下降才能在經(jīng)濟(jì)上可行。

清潔氫部署的各個(gè)階段高度依賴于技術(shù)、研究和支持性政策結(jié)構(gòu)的發(fā)展。但是，將努力集中在商業(yè)上更可行、缺乏脫碳替代方法和享有工業(yè)動(dòng)力的部門(mén)將增加公共投資的影響。

系統(tǒng)性分析將繼續(xù)為美國(guó)國(guó)家清潔氫戰(zhàn)略和行動(dòng)提供信息

通過(guò)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界之間的合作完成的強(qiáng)大而透明的分析和建模工作將繼續(xù)為優(yōu)先事項(xiàng)、里程碑和行動(dòng)提供信息，以推進(jìn)優(yōu)先部門(mén)的清潔氫部署。在過(guò)去的幾十年里，包括美國(guó)能源部（DOE）在內(nèi)的聯(lián)邦政府資助了下圖2中列出的工具的開(kāi)發(fā)，以評(píng)估氫在工業(yè)、運(yùn)輸和能源部門(mén)中的作用。未來(lái)幾年來(lái)自實(shí)際部署的數(shù)據(jù)將用于不斷改進(jìn)這些工具，以確保它們反映技術(shù)成本和性能的狀態(tài)。迄今為止，美國(guó)能源部資助的分析工具涵蓋了氫市場(chǎng)的許多不同方面。

圖2:一套工具和模型支持系統(tǒng)分析工作，從基本模型驗(yàn)證和技術(shù)經(jīng)濟(jì)工作，到計(jì)劃、優(yōu)化和集成分析。

基礎(chǔ)工具用于評(píng)估單個(gè)技術(shù)的成本和性能，如氫氣生產(chǎn)或基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備。然后，技術(shù)評(píng)估可以用于供應(yīng)鏈分析，并描述一個(gè)地區(qū)某項(xiàng)應(yīng)用的總成本和排放量。然后，供應(yīng)鏈分析為市場(chǎng)采用分析提供信息——例如，估計(jì)氫能源儲(chǔ)存的價(jià)值主張和燃料電池卡車的銷售。

所有的分析都用于支撐RDD&D活動(dòng)，來(lái)自技術(shù)演示的實(shí)際數(shù)據(jù)被反饋到基礎(chǔ)模型中，以改進(jìn)未來(lái)的評(píng)估。

正在進(jìn)行的政府資助和政府主導(dǎo)的分析正在利用全球變化分析模型(GCAM)和國(guó)家能源建模系統(tǒng)(NEMS)等跨部門(mén)工具，確定到2050年實(shí)現(xiàn)全經(jīng)濟(jì)凈排放的途徑。美國(guó)能源部目前正在為這些工具的更新提供資金，以代表多種氫氣生產(chǎn)、分配和利用方法，這些方法有望在短期內(nèi)大規(guī)模部署。使用這些模型完成的跨部門(mén)分析可以為該路線圖的未來(lái)版本中的策略提供信息。

通過(guò)與Mission Innovation等國(guó)際伙伴關(guān)系的合作，美國(guó)能源部還資助了指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)，這些指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)可用于確定氫部署對(duì)可持續(xù)性的影響，如用水量、就業(yè)機(jī)會(huì)、空氣質(zhì)量改善等。

美國(guó)能源部對(duì)區(qū)域清潔氫中心的征求也根據(jù)環(huán)境合理的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)申請(qǐng)人進(jìn)行評(píng)估，例如社區(qū)效益。這些標(biāo)準(zhǔn)和影響將在路線圖的未來(lái)版本中進(jìn)一步描述。

文章來(lái)源：氫眼所見(jiàn)
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