3.充当能源缓冲载体以提高能源系统的韧性
氢能有助于将全球的能量储存与不断变化的能源需求相关联。由于其能量密度高、可长期储存以及用途广泛等特点，氢能非常适合作为能源缓冲载体和战略储备。
如今，全球能源约有90 EJ（占每年终端用能的24%）的能源储备，几乎全部以化石燃料的形式存在。氢能理事会认为，未来能源储备量不太可能大幅减少。
然而，随着能源消费者和电力部门开始转向替代能源，以化石能源存在的储备量可能会缩减，因为消耗化石能源的应用场景是有限的。最有效的能源缓冲载体将会变得多样化，它们可以直接用于（或转化为）终端用能场景。这样的能源缓冲载体将包括化石燃料、生物燃料/生物质/合成燃料，还有氢气。
4.降低交通运输过程中的碳排放
燃气电池电动汽车（FCEVs）在降低交通运输过程中的碳排放中具有重要意义。当前，石油在全球交通运输消耗的燃料中占绝对地位，汽油和柴油占纵然了消耗的96%和全球碳排放量的21%（如图5所示）。
混合动力汽车（HEVs）和插电式混合动力汽车（PHEVs）等高效混合动力汽车已经有效地降低了汽车尾气排放。但是，为了完全实现交通运输过程中的零排放，需要采用氢驱动的燃料电池电动车（FCEVs）和蓄电池电动车（BEVs），或者二者的混合形式。交通出行领域的技术进步和新的发展趋势（如车联网、自动驾驶技术、共享汽车）将对新技术的应用和转型速度水平产生影响。
图5 燃料电池车将在交通碳减排领域起到关键作用
两种电动车采用了类似和互补的技术，且分别适合不同的细分市场和用户。除了降低CO2排放，它们还能有助于改善当地空气质量和减少噪音。
燃料电池车在多个方面有重要好处。首先，它能在不中途加注燃料的情况下长距离行驶（已经超过500公里），续航里程是消费者非常关注的一个方面。其次，类似于目前的汽油/柴油车，给燃料电池车加注燃料也非常快捷（3~5分钟），这给消费者提供极大的便利。第三，由于储氢系统的能量密度非常高（与蓄电池相比），燃料电池车动力系统成本和重量受储能容量（kWh）的影响不大。这使得该技术受到了需要存储大量能量的车辆类型的青睐（如重载能力和/或长距离/高频使用的车辆类型）。最后，燃料电池车的基础设施可以建立在现有的汽油分销和零售基础设施之上，形成成本优势并保留当地就业和资产投入。
燃料电池车将出现在多个细分市场领域。考虑到上述有点，该技术将对降低碳排放的交通运输领域尤为重要，包括乘用车（如中、大型小汽车、运输车、出租车）、中型运输车、公共汽车和非电驱动列车。目前，还有研究致力于将氢气制成的合成燃料用于船舶和航空领域（如图6所示）。
在乘用车领域，燃料电池车的总拥有成本（TCO）目前还高于内燃机（ICE）车，但在日本其行驶成本（每公里氢能费用）已经接近混合动力车（HEVs）。当燃料电池车达到大规模商业化的时候，我们相信两种技术在中、大型乘用车的总拥有成本（TCO）方面可以达到相当的水平。
图6 在该领域领先的部分西方和亚洲国家计划在未来十年内大规模推动氢能基础设施的建设。加氢站（HRS）数量分布示意图。
燃料电池运输车和公共交通配套的基础设施部署往往更简单、成本也更低，因此特定的运输车和公共交通将更快地实现平价推广。
主要汽车企业正在寻求零碳排放汽车的解决方案。三家领先的汽车制造商已经率先推出了商业化应用的燃料电池车，而其它制造商也已经宣布有意尽快推出自己的燃料电池车。燃料电池车正在逐步实现商业化，日本和美国的燃料电池车保有量已超过一千辆，欧洲也有几百辆。多家代加工厂商（OEMs）拥有燃料电池车生产线，每年可生产几千辆燃料电池车。到本世纪20年代初，预计将出现大幅增长，代加工厂商将有能力每年商业化生产几万辆乘用燃料电池车。这与多个国家发展燃料电池车的目标是相一致的。例如，中国的目标是到2025年在路上行驶的燃料电池车达到5万辆，到2030年达到100万辆。日本预计到2025年达到20万辆，到2030年达到80万辆。
燃料电池车开始进入公交和货物运输领域。虽然目前燃料电池公交车的市场份额仍然很小（全球上路的约有500辆），但最近的投资数据显示，公交领域开始应用燃料电池车方案的势头越来越猛。例如，连云港海通公交公司（中国）计划投入1500辆燃料电池车，欧洲已宣布到2020年将部署总共600~1000辆燃料电池车，韩国也计划在2030年前替代2.7万辆CNG公交车。目前，几个代加工厂商将目标锁定在商业化的重型车辆上。德国还宣称他们将投入使用一批氢燃料电池列车。燃料电池列车与燃油机车相比已经具备价格竞争能力（从总拥有成本的角度来看）。
在该领域领先的西方和亚洲国家计划在未来十年内大规模建设氢能基础设施。在欧洲，加氢站预计每两年就翻一番，到2023年尽在德国就会有400座加氢站，美国加州到2020年的目标是拥有100座加氢站。日本投入运营的加氢站已经超过了80座，韩国和中国计划建立一个氢能网络，目标到2025年总共达到830座加氢站。预计到2025年，全球将有超过3000座加氢站来满足约200万辆燃料电池车的永清需求。经过这一阶段的发展后，加氢基础设施将实现自然增长。
5.降低工业用能领域的碳排放
如今，工业过程中大量消耗天然气、煤炭和石油等化石能源，产生了全球20%的二氧化碳排放。工业领域亟需提高能效（包括余热回收利用），从而减少能源消耗。水蒸汽电解技术可以帮助将废热转化为氢气。不论是低品位，还是高品位的用热，工业领域都需要针对其工艺用热进行脱碳处理。
为了减少低品位热的碳排放，工业领域可以选择的技术方案有很多。热泵和电锅炉在一些地区有供热优势，而当氢能是来自于化工副产品或者特定工业需要配备不间断电源和热源（可由燃料电池提供）时，氢能显然具有更大的优势。氢气可以在氢燃烧器中燃烧，也可以用于燃料电池，是一种零排放的供热方案。
对获取高品位热能（高于400°C）的过程进行碳减排更具挑战。根据当地条件，燃氢锅炉可以对电加热进行补充，以产生高品位的热能：考虑到电加热系统在设计方面的限制，一些地区和领域更倾向于使用氢技术。
当前低品位用热领域氢气已经得到了应用，如工艺加热和干燥等。未来，随着氢气燃烧器和燃料电池的应用，工业领域从低到高不同品位的用热负荷均可以通过氢能来满足。燃料电池与燃烧器相比效率更高，且能同时提供热量和电力，但是部署燃料电池初投资较大。而燃烧器只需要对现有设备进行改进。
6.将捕集的碳用作原料
氢基化学可以作为碳汇，降低石化价值链的碳排放，并成为其中的一部分。当前，原油（衍生物）被用作化工产品、燃料、塑料和医药产品的生产原料。几乎所有这些产品都含有碳和氢。如果碳捕集和利用（CCU）技术实现大发展（作为循环经济和替代碳存储的一部分），该技术将通过利用（绿色的）氢能把捕集的碳转化为可用的化学品，如甲醇、甲烷、甲酸和尿素等。氢的这些应用使得碳捕集和利用（CCU）技术成为其他难以实现脱碳的行业（如水泥和钢铁）中可行的实施方案，将有助于降低部分石化价值链的碳排放。
使用氢和捕获的碳来生产化工原料的技术目前处于研发阶段，正在开展初试验证。冰岛有一座正在运营的地热电站，该电站利用产生的电能制氢，并和CO2结合制取甲醇。据称这种甲醇共产方法在电价为30欧元/兆瓦时的条件下具有成本竞争力，不同的当地条件可能会导致不同的结果。瑞典已计划开展一个类似的项目，将对钢铁行业中捕集的CO2加以利用。德国将钢铁生产中排放的碳与来来自过剩电力的氢结合，以生产化学品。该项目仍处于概念阶段，预计将在15年内达到规模发展。
7.降低建筑采暖的碳排放
采暖和生活热水约占居民住宅能耗的80%。每年大约50 EJ的能量用于全球住宅供暖，贡献了全球碳排放量的12%。氢能将成为降低建筑采暖碳排放方案中的一个重要选项。当地条件决定了方案的选择。
建筑采暖可以通过直接燃烧氢气或者氢能利用技术来满足，甚至可以将二者相结合：氢能利用技术有燃料电池微型热电联产等。这一技术可以高效地提供热能和电能（效率大于90%）。氢气本身也可以作为燃料使用（纯氢或与其他气体混合使用，部分降低气体管网的含碳量）。对于那些与天然气管网相连的住宅，改用氢气燃烧供热将有可能继续使用现有的气网。通过一些小的投资改造，现有气网可安全地输送氢气和天然气的混合气体。要想实现完全脱碳，需要全部转向氢气，也就是像英国利兹天然气管网的发展目标一样。
在全球范围内，大约19万座建筑已经使用了氢基燃料电池微型热电联产系统来供热。大多数的这种热电联产系统（效率高于95%）位于日本，其中大约一半是用甲烷与重整器相结合的方式产生氢气。该项目表明了这种微型热电联产系统足以满足居民用热和用电需求。预计到2030年，将有约530万户的日本家庭使用这种微型热电联产系统。规模经济已经让这种设备的价格降低了50%以上，从2009年的2.4美元/瓦到2014年的1美元/瓦。
第三章 全面发展氢能面临的挑战与机遇
长期来看，发展氢能的多方面好处是非常值得关注的，它为能源转型提供了一条可行的实现路径。在过去三年，氢能发展明显增速，各个行业的商业化应用也越来越多。氢能价值产业链的各个环节都在致力于提高技术相关的价格成本竞争力和产品性能（如图7所示）。
图7 氢能全产业链的持续进步（氢能技术的典型场景）
然而，当氢能在能源转型过程中充分发挥所有优势之前，还需要克服很多的障碍。这些障碍包括：对其在能源转型的重要作用认识不足，缺乏减轻和分担初始大规模投资长期风险的机制，缺乏对利益相关方行动的协调统一，对正处于发展阶段的技术缺乏公平的经济性待遇，可带动规模经济的相关技术标准有限。
多数氢能相关的投资需要10~20年的长期投资。尤其是在发展早期，在消费需求增长之前，就需要相应的基础设施投资。目前缺乏明确且有约束力的碳减排目标和刺激政策，这削减了潜在投资者承担长期风险的意愿和决心。日本已经开辟了降低这些风险的道路。政府和工业企业共同制定了长期的“氢能社会”发展路线图。
氢能在交通运输领域的应用需要跨行业的协调努力，以解决基础设施部署（加氢站）和氢能需求（燃料电池车）之间不匹配的问题。德国的氢气交通运输行业在这方面就做了大量努力。该行业联盟计划与德国政府一起投资3.5亿欧元， 在2023年前建立400座燃料电池车加氢站。另一个例子是加利福尼亚州燃料电池合作伙伴关系，它是由汽车制造商、能源公司、燃料电池技术公司和政府机构共同建立的合作关系，致力于在加利福尼亚州实现燃料电池车和氢能的商业化应用。虽然已经取得了这样一些成绩，但为了全面推广氢能的应用还需要在全世界范围内采取类似的协调举措。
很多新兴技术经常从一些优惠经济政策和政府指导意见中受益，如可再生能源上网电价和可再生能源义务许可证（ROCs），还有欧盟成员国的可再生能源发展目标。然而，相关法规并没有体现发展氢能的好处。例如，德国的法规对氢储能中电能的输入和输出征收双重税，导致发电企业没有太大积极性去发展氢储能以利用丢弃的电量。
燃料电池和制氢系统的成本竞争力及性能水平近年来有所提升（例如，燃料电池的成本下降超过50%），但由于建立的行业标准仍然有限，燃料电池性能的提升并未充分发挥其潜力。推进能源转型需要针对燃料电池和氢能体系建立统一的地区和行业标准，以便在研发、应用（RD&D）和制造等方面实现规模经济。氢能理事会成员单位计划将投资从研发和应用向商业化转移（如图8所示）。
图8 氢能理事会成员单位计划计划增加针对氢能市场开发的投资。氢能理事会成员单位投资情况，单位：十亿欧元/年。
推动氢能发展的政策建议
我们氢能理事会的各成员单位相信，氢能在能源转型中起着关键作用。相应技术产品已经成熟，并达到了商业化应用的条件。
我们认为需要更多的投资来推动氢能相关的产品发展。仅氢能理事会成员在未来五年计划投入的资金就已经达到了100亿欧元。
我们邀请各国政府与我们一起来认识氢能对能源转型的重要作用，并支持氢能理事会和致力于推动氢能发展的其他相关团体。
为了使氢能在能源转型过程中积极发挥作用，我们提出以下政策建议：
1.提供长期、稳定的政策支持，引导全行业的能源转型（能源、运输、工业和建筑）。我们将在各个行业提供专业化的、可行的碳减排解决方案。
2.制定相应的协调和机理政策，鼓励尽早实施氢能方案和民营资本的进入。这些政策应对行业政策形成补充，并提供充分挖掘氢能优势的手段。
在运输行业，充分协调政府（引导发展方向）、汽车制造商（生产制造燃料电池车）、基础设施运营商（投资建设和运营氢气供应及分销网络）和消费者（购买燃料电池车）之间的关系。
确保在上网电价、限电管理、季节性平衡电量收益以及税收方面的能源市场改革取得成效，并充分考虑氢能给能源系统带来的好处。
提供金融工具，在公共担保的保障条件下，利用民营资本降低早期项目的风险。
推动各地区和各部门行业标准的协调统一，以实现氢能技术的规模化发展并降低成本。
