2023年香港氢能经济研究及报告

香港氢经济研究与报告 香港绿色运输中氢气使用的市场研究 1 2023年9月 A.执行摘要 在最新政策演讲中，政府承诺减少碳排放，包括探索不同类型的零碳能源和去碳化技术，以努力实现碳中和目标。氢气是一种潜在的能源载体，具有在各种应用场景中替代化石燃料的灵活性。香港清洁空气计划2035（于2021年6月发布）明确识别了六个重点领域，包括绿色交通、宜居环境、综合减量、清洁能源、科学管理以及区域合作。 氢可以在两个主要方向上为实现resilent和可持续的能源未来做出贡献：（1）目前/传统氢气使用实践，主要存在于工业活动（如炼油、钢铁生产、化肥制造等）中，可以采用更绿色的替代方法生产的氢气；（2）氢在新兴应用领域受到关注，主要应用于 发电,加热源and交通运输(i.e.燃料细胞车辆FCV)。在香港的背景下，氢气的使用（2 ）找到了其最终的意义。氢气可以以不同物理状态（包括未压缩气体、压缩气体、液化氢和金属氢化物固态氢）的纯形式储存并直接使用。或者，氢气可以转化为基于氢的燃料，如氨、甲烷或液体酒精燃料。凭借这些多方面的氢气应用，有可能通过氢衍生燃料连接能源系统中的不同部分。 忽视氢气的原始来源，香港在全球其他城市中明显具备优势，因为香港已经建立了遍布全境的氢气混合分布网络。氢气在民用燃气混合物中占据显著比例，并且其广泛的网络可及性使得提取用于特定用途的纯氢变得非常便捷。现有的能够处理氢气混合物的基础架构也为进一步开发用于交通目的的纯氢应用提供了成本效益的可能性。在香港推广氢燃料电池车辆（以及电池供电的电动车辆）有助于减少交通运输领域的碳排放。绿色交通工具（氢燃料和电池供电）两种模式在满足不同能源需求的车辆方面具有互补作用。制定氢气利用的相关政策和法规将是促进香港实际采用氢气的下一步重要努力。 2 B.香港使用氢气的市场分析香港的潜力 《2035年香港清洁空气计划》于2021年6月发布，很可能标志着许多行业的转折点。随着香港致力于通过低碳转型创建更可持续的社会和健康生活，其对低碳能源的关注将日益增加，包括氢能源。在《2035年香港清洁空气计划》涵盖的六大重点领域中，至少有三个领域可能看到氢能源的快速成长潜力，包括绿色交通、综合减排和清洁能源领域。 氢在多个领域已广泛使用了数十年。它在石油精炼、钢铁制造、化肥生产以及塑料、纺织品和染料的生产中作为重要试剂。这些传统用途在香港的工业背景中相对较为遥远，因为这些行业中的氢气含量微乎其微。然而，作为一种实现脱碳化的工具，氢可能在交通运输和电力生成中发挥作用，同时也可作为能源存储的手段。尽管在香港仍处于初期阶段，但氢的部署正显示出积极的势头，并有望在以下领域取得进展。 绿色交通如《香港清洁空气计划2035》所述，绿色交通被确定为一个主要领域，因此氢能源的应用虽然仍处于初期阶段，但也看到了潜在的空间。在亚太地区，政府和私营部门广泛承诺支持交通运输领域的氢能源引入，因为这一领域是主要的排放源之一。尽管电池电动车辆目前是短途小车辆的首选方案，但由于氢能源的能量密度远高于电池，它被认为更适合重型车辆运输。这可能代表绿色交通的一个细分市场，以促进重型运输如公交车、国内拖车和跨境卡车使用氢燃料电池车辆（FCV）的优先增长。日本、中国和韩国均表达了增加氢燃料电池车辆使用的目标和计划。根据日本的基本氢能战略 ，到2025年将有20万辆氢燃料电池车辆，到2030年将增至80万辆，这些数字涵盖了所有类型的车辆 。日本计划到2025年建设320个加氢站。因此，会有更多的参考。of 3 部署来自日本的加氢站，这些加氢站对香港走向氢能的道路可能具有重要价值。为了促进香港通过氢能实现绿色交通，加氢站必须成为推广氢能FCV的基础。氢气加氢站的初始安装地点最有可能位于香港郊区，以避免人口密集区。由于重型车辆的常规行驶路线特点，将氢气加氢站在郊区建设也可能是重型车辆运营商的首选方案。除了道路运输，氢气在港还有潜在的应用作为海运燃料。国内渡轮和中短途渡轮可能是氢气的潜在用户，因为电池技术的电气化似乎还不足以满足渡轮的需求。国际海事组织的新规定自2020年1月1日起限制了海上燃料中硫含量不超过0.5%，尽管这一规定与直接使用氢气无关，但海运私营部门已宣布了一些承诺，旨在探索将氢气用作国际或洲际航运业燃料的可能性。作为世界上最繁忙的港口之一，香港可能受到最新快速采用绿色技术的影响。 电力和供热部门香港目前正在逐步用天然气替代煤炭发电。这已经导致电力公司（如CLP 、港电和镇燃气）的温室气体排放显著且持续减少。offshore天然气终端的建设是香港进一步实现煤炭被天然气替代的重要里程碑。为了在淘汰燃煤发电后实现净零排放，天然气也可能逐步（在一定程度上）被氢气取代。氢气注入现有管道已经成为包括英国、澳大利亚、日本和韩国在内的几个国家氢能战略的一部分。香港公司已参与这些倡议，并可能成为在香港采用该策略的重要贡献者。初步计划是在低混合比例下将氢气与天然气混合注入管道，以避免对管道网络进行重大改造。更高浓度的混合物可能需要对网络进行修改，例如用复合管替换钢制管道或更换压缩机。除了用于输送氢气的管道外，还正在开发更先进的燃气涡轮机，能够接受包含50%或更多氢气的燃料混合物。主要涡轮机制造商正在开发可以运行100%氢气的燃气涡轮机。尽管氢气完全取代天然气用于发电还有很长的路要走，且这样的过渡时间线存在不确定性，但这无疑是向低碳经济迈进的一大步。 4 相比之下，香港✁公用燃气混合物已经采用了高含量氢气（混合物中高达51%）长达数十年。整个香港广泛✁燃气管道网络为其进一步扩展使用提供了明显✁优势，包括提取纯氢用于氢燃料站。需要注意✁是，目前现有✁公用燃气中✁氢气并非来自清洁来源。 短期储能氢可以与可再生能源（太阳能和风能）结合，以解决对可再生能源依赖✁缺点。风力或太阳能发电厂产生✁能源可以存储并从高生产地区（例如海上风电场、农村地区✁光伏电站）运输到高需求地区。否则，可以在低消费时期储存这些能源，直到出现能源需求高峰。当然，氢气✁生产和随后重新转换为电能会带来额外✁成本，并涉及能量损失。然而，随着可再生能源成本✁持续下降，氢气作为长期、季节性和可运输✁储能介质✁可行性仍然可以得到增强。这可能不是长期✁理想情况，但在开发氢气利用✁早期阶段非常重要。香港有多个大规模✁风电场和漂浮式光伏系统部署。这些可再生能源设施产生✁电力在未来中期可能通过氢气这一媒介找到应用机会，因为在短期内直接使用来自风电场/漂浮式光伏发电站✁电力并不方便。 香港✁最新发展 香港正在努力与其它经合组织国家保持在氢能源相关发展和倡议方面✁同步，并且已经开始采取行动（例如，备受期待✁绿色技术基金GTF）。香港政府于2021年设立了绿色技术基金（GreenTechnologyFund,GTF），以提供更好✁、更聚焦✁研发（R&D）资金✯持 ，帮助香港减少碳排放并增强环境保护，以实现其在2050年前达到碳中和✁目标。GTF将涵盖所有类别绿色技术。然而，资金分配✁结果表明了香港政府积极探寻适合城市自身氢能源发展规划方式✁愿景。在第一轮超过190个申请项目中，有14个项目获得批准，其中四个项目专注于氢技术，并涉及数百万港元✁资金规模。 5 香港本地大学领导✁四个➴能重点项目涵盖了绿色➴气生产、➴气储存和➴气应用✁范围 。在绿色➴气生产领域，两个采用新型光催化技术和无膜电解槽✁技术项目被选中进行进一步开发。这两个项目均计划利用水作为➴气来源。另一个项目获批开发固态➴气储存技术，以应对➴气储存问题。此外，一个长寿命➴燃料电池项目也在第一轮GTF（GreenTechnologyFund）申请中获得了名额。 香港在2021年10月发布✁《2050气候行动蓝图》中将绿色➴能源纳入了中期去碳化目标。报告提到，技术✁不确定性将取决于其成熟度、可靠性和大规模应用✁成本效益。除了推广电动车辆（通常指电池驱动✁电动汽车），许多汽车制造商还开发了➴动力车辆（如重型车辆），并计划在未来三年（2022-2024年）与巴士公司合作测试➴燃料电池电动巴士和重型车辆。广东省已经建立了➴气生产设施，可能为香港供应➴气。因此，关于➴燃料运输✁可行性研究以及建设➴加气设施✁工作正在进行或即将启动。在推出《清洁空气计划 》后，政府成立了跨部门工作组，探讨在香港应用➴能✁可能性。香港城市大学（能源与环境学院）与该工作组合作，在此项目中提供了一个有关➴气生产技术✁培训模块，并向跨部门人员进行了讲解。 除了政府✁举措外，香港✁公用事业公司还推出了以➴气为重点✁发展计划。CLP已与GE启动合作，共同为CLP在香港✁燃气发电设施制定脱碳roadmap。CLP和GE探索将天然气和➴气按不同比例混合燃烧✁可能性，直至高达100%✁➴气，以减少黑点发电厂✁碳排放 。港华集团（镇燃气）正在其长期脱碳计划中开发生产零碳➴气✁能力。过去几年，港华一直在开展➴气利用✁试点项目以及设备安装。 6 香港✁限制 尽管➴能源前景广阔，但在全球范围内（包括香港）实现广泛使用仍面临重大挑战。一般来说，➴气已在许多行业大规模应用（例如钢铁制造、石油精炼、化肥生产等）。通过绿色➴气减少工业部门✁碳排放是许多工业化国家不可或缺✁战略之一，因为工业部门✁碳排放量非常大。在香港，工业领域中➴气✁应用基本很少。相反，如前所述，➴能源在新 ✁应用领域，如绿色交通和清洁能源方面具有潜力。以下是香港面临✁部分挑战以及可能 ✁解决方案。 绿色➴是昂贵✁目前，蓝➴或绿➴✁生产成本仍然远高于化石燃料。当前，绿➴✁生产成本估计为每千克➴气2.50至6.80美元，而蓝➴✁生产成本估计为每千克➴气1.40至2.40美元 。为了使绿➴在商业上具有竞争力，其生产成本需要降低到或低于每千克➴气2美元。预计在本十年末之前，绿➴✁价格将降至每千克➴气2美元以下。降低成本✁主要驱动力包括可再生能源电力（尤其是大规模太阳能光伏）成本✁下降以及电解设施价格✁下降（规模化制造带来✁效益）。这一趋势预计将持续下去。碳捕获与封存（CCS）✁成本需要降低，其效率也需要提高。一个常常被忽视或忽略✁关键因素是电解过程所需✁水源问题。如前所述，目前✁电解器技术依赖于碱性水或纯净（去离子级）水进行操作。虽然水资源可能不是一个即时✁问题，但在兆瓦规模生产时，为电解过程提供处理过✁纯净水可能会成为一个长期挑战。 尽管绿色➴气价格昂贵，但政府对➴气✁采用和使用给予了越来越多✁✯持。政府✯持✁形式包括：（1）财政补贴和投资以使➴气更具经济性；（2）碳税或排放交易方案以增加化石燃料✁成本。中国、日本和韩国已经以不同形式实施了排放交易方案。这在新绿色技术，包括➴气✁初始部署阶段尤为重要。➴气补贴方案可能与其他环境激励措施协调进行 。 7 ➴✁运输。如果➴气不是在当地生产，那么➴气✁运输可能会成为最终成本✁重要组成部分。对于较短✁距离（例如，从粤港澳大湾区到香港），➴气可以通过地面运输或升级✁管道进行转移。对于长距离运输（例如，从澳大利亚或智利到香港），目前最现实✁选择可能是液化➴。日本和澳大利亚也认真考虑过以氨作为➴气载体✁可能性。在出口地将➴氮转化为氨时会产生能量损失；而在重新转换回➴气时也会产生能量损失。然而，与极低温条件下液化➴进行超长距离运输相关✁价格相比，这仍可能具有成本优势。在香港，通过水电解在周边设施现场生产➴气可能是理想✁选择。如果生成地点也是使用点，则可以消除运输需求 。在考虑通过海运进行洲际➴气运输之前，从粤港澳大湾区通过管道运输可能是另一个选项 。粤港澳大湾区和香港采用✁标准差异应该得到解决。 缺乏分销基础设施。广泛✁➴气普及使用在香港将需要在分销基础设施方面进行大量✁投资。总体而言，现有✁管道基础设施需要重新改造以接受更高浓度或纯度✁➴气注入。更为关键✁是，为了推动通过➴燃料电池（FCV）实现绿色交通，香港目前没有加➴燃料基础设施。首先，FCV✁成本显著高于配备内燃机✁汽车。如果没有易于访问✁加➴站，FCV✁采用和需求很可能不会出现。面临