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6系统开发和集成|氢气和...
目标和目标系统开发与集成（SDI）子程序会导致有针对性的氢和燃料电池系统集成和演示活动，以使H2@Scale 55 Vision能够支持美国国家清洁氢策略和路线图，56，并与在途径中确定的通路中确定的机会与商业升降机：清洁氢57报告。SDI与氢和燃料电池技术子系统和系统集成的RD＆D中的其他HFTO子程序紧密坐着。它还与其他DOE办公室合作，包括与两党基础设施法所述的区域清洁氢集线器计划的合作。58法律中清洁氢枢纽的规定旨在使清洁氢生产商，潜在消费者和结缔组织基础设施网络的演示和发展。枢纽本身旨在提高清洁氢的生产，加工，交付，存储和最终使用，从而实现可持续和公平的区域福利以及市场升降。
澳大利亚氢气市场研究
生产绿色氢气的一个关键挑战是管理电力供应的波动性。与具有连续电力供应的系统相比，波动性和/或间歇性更大的系统需要更大的电解厂来生产相同数量的氢气。平均产量与电解槽尺寸的比率称为“负荷系数”。这项研究表明，在短期内，负荷系数更高的系统设计可以在当前可再生能源市场价格和电解槽容量之间提供最具成本效益的平衡。从长远来看 - 到 2050 年 - 可再生能源发电成本的降低和绿色氢气生产的国际广泛采用可能会降低电解槽成本并提高能源效率。这可能会使具有较低负荷系数的绿色氢气生产具有成本效益；仅使用太阳能制氢可能会变得具有成本效益。
欧洲对氢气的立场
近几个月来，氢能在欧洲能源转型中的作用已成为重要辩论话题。本文旨在阐述欧洲气候行动网络在氢能问题上的立场，包括生产、适当的最终用途和基础设施考虑。为了符合科学和《巴黎协定》的 1.5°C 目标，欧洲需要在 2040 年实现气候中和。要实现经济的全面脱碳，欧盟需要在 2050 年前将能源需求减半，并将可再生能源的一次能源供应增加两倍，并将大量可再生能源整合到所有行业（工业、建筑、交通等）。这意味着到 2030 年实现温室气体减排至少 65%、能源节约 45% 和可再生能源占比 50% 1。这还需要在供暖、制冷和运输部门实现高水平的直接电气化。实现这些目标的先决条件是融入循环经济方法。即使欧盟实现上述气候和能源目标并实施重要的循环利用和减少资源使用努力，某些领域的能源需求仍将无法通过直接电气化来满足。氢及其衍生物2可在2050年满足欧盟最终能源需求的五分之一（从2030年的566 TWh，即欧盟最终能源需求的6%，上升到2050年的1109 TWh）3。如果由可再生电力生产氢气，则是满足这一需求最有前途的技术之一。然而，由于可再生氢不是主要能源，而是一种需要从可再生电力转换而来的能源载体，这意味着大量的能源损失，因此我们可以认为它是一种有限的资源，需要反思它的开发和使用，以及它以必要的规模和速度交付的能力。鉴于目前几乎所有的氢气都来自化石燃料，欧洲氢能行业很有可能无法完全转向可再生氢能，而成为继续投资化石燃料和维护原有或建设新基础设施的一种方式，而这些基础设施本应退役。
GCC 中的氢气
• GCC 国家使用大量基于天然气的“灰色”氢气，约 8.4 公吨/年，占世界总量的约 7%。其中一些可能适合通过碳捕获、利用和储存 (CCUS) 进行改造。大多数氢气装置是炼油厂、钢厂和石化设施的一部分。气转液 (GTL) 约占该地区 H 2 消耗量的 39%，其次是石油炼制 (27%)、氨生产 (21%)、甲醇生产 (9%) 和钢铁制造 (4%)。 • GCC 拥有充足的低成本土地、低资本成本、现有的工业产能、优质的太阳能和（部分）风能资源，以及与增长市场的地理位置接近，使其处于成为绿色氢气生产商的绝佳位置。同样，其低成本的天然气和易于碳捕获、利用和储存 (CCUS) 使其能够生产具有成本竞争力的蓝色氢气。 • 目前，氢气生产并不是该地区石油和天然气公司 1 的首要任务，而是公用事业、发电厂开发商和行业的关注重点。海湾合作委员会有一个先进的大型绿色氢气生产项目，即由 Acwa Power 和 Air Products 开发的位于沙特阿拉伯西北部、投资 50 亿美元、年产 237 000 吨的 Neom Helios 项目。 • 目前氢气生产成本因技术和地区而异，预计长期来看会发生变化。随着技术的进步和碳定价的日益普及，“绿色”氢气可能比“蓝色”氢气更便宜。预计绿色氢气成本将从 2020 年的 3.5-7.5 美元/公斤降至 2030 年的 1.6-2.2 美元/公斤。 • 脱碳政策（尤其是在欧洲）对海湾合作委员会的碳氢化合物和能源密集型材料的出口构成风险。氢气可以直接出口，或者海湾合作委员会国家可以出口用蓝氢或绿氢制成的脱碳材料，如氨、钢、玻璃和化肥。•欧盟潜在的碳边境税可能会使石油、钢铁和木浆出口利润减少 10-65%，对欧盟和非欧盟商品生产商均有影响。海湾合作委员会国家被认为是受欧盟碳定价计划影响最大、抵御能力最差的国家之一。这可能鼓励增加氢衍生材料的产量，以减少出口到欧洲的能源密集型材料的碳足迹。•预计全球对绿色氢的需求将在中期内迅速增长至 5.3 亿吨，到 2050 年将取代 104 亿桶油当量，或占 2020 年全球石油产量的 37%。这应该促使海湾国家瞄准低碳出口产品。 • 管道运输氢气通常是长距离大量运输最具成本效益的方法，可以根据当地法规或合同以纯氢气形式或混合天然气形式进行运输。 • 然而，虽然管道将北非与南欧连接起来，但目前还没有从海湾合作委员会到欧洲的管道。液氢运输成本高，而液态有机氢载体的重量密度低且供应链复杂。氨价值链似乎是长距离运输 GCC 氢气最实用、最具成本效益的方法，而这也是 NEOM 所追求的方法。• GCC 地区在科威特、沙特-科威特中立区、阿联酋和阿曼拥有许多位置合适的盐矿，这些盐矿的洞穴可以提供低成本的氢气缓冲储存。• GCC 国家已开展了许多研发项目，包括针对不同用途的蓝氢和绿氢的可行性研究和试点项目。然而，需要分配更多的研发投资来加强技术专长、推动电解成本降低、创建基础设施网络和改进出口业务模式。 • GCC 应 (i) 将氢经济纳入 2020 年底巴黎协定国家自主贡献 (NDC) 的修订中，(ii) 建立欧盟与 GCC 之间的技术合作，协调法规和标准，(iii) 制定碳定价机制，和/或与包括欧洲 ETS 在内的其他碳定价计划建立联系，以鼓励使用氢气并刺激需求，从而创造扩大 H 2 市场的商业机会。 • 鉴于该行业处于早期阶段，对 GCC 氢能感兴趣的欧盟公司必须自行启动和开发项目，最有可能与大型海湾国家能源公司和战略投资工具合作。同时，他们应该促进支持性政策和意识建设。 • 欧洲的氢能战略主要侧重于绿色氢能。然而，为了实际实现其目标，至少在中期内，它将需要大量低成本的蓝色氢能。GCC 国家石油公司 (NOC) 可以瞄准这个欧洲市场，但需要参与以实现支持性法规和低碳材料出口的定价。 • 在绿色氢能方面，海湾合作委员会各国政府及其国家公用事业和工业界可以提议创建发电厂（电解槽）的下游项目，并生产氢衍生材料（可能是氨和钢铁）用于出口，其中欧盟实体将是独家承购商（自有需求）。包括针对不同用途的蓝氢和绿氢的可行性研究和试点项目。然而，需要分配更多的研发投资来加强技术专长，推动电解成本降低，建立基础设施网络并改进出口业务模式。 • GCC 应 (i) 将氢经济纳入 2020 年底《巴黎协定》国家自主贡献 (NDC) 的修订中，(ii) 建立欧盟-GCC 技术合作和协调法规和标准，(iii) 开发碳定价机制和/或与包括欧洲 ETS 在内的其他碳定价计划建立联系，以鼓励使用氢气并刺激需求，从而创造扩大 H 2 市场的商业机会。 • 鉴于该行业处于早期阶段，对 GCC 氢感兴趣的欧盟公司必须自己启动和开发项目，最有可能与大型海湾国家能源公司和战略投资工具合作。同时，他们应该促进支持性政策和意识建设。 • 欧洲的氢战略主要侧重于绿色氢。然而，为了切实实现其目标，至少在中期内，它将需要大量低成本的蓝氢。海湾合作委员会国家石油公司 (NOC) 可以瞄准这个欧洲市场，但需要参与争取支持低碳材料出口的法规和定价。• 在绿色氢方面，海湾合作委员会政府及其国家公用事业和工业可以提议在发电厂（电解器）的下游项目上进行创建，并生产氢衍生材料（可能是氨和钢铁）用于出口，其中欧盟实体将是独家承购商（自有需求）。包括针对不同用途的蓝氢和绿氢的可行性研究和试点项目。然而，需要分配更多的研发投资来加强技术专长，推动电解成本降低，建立基础设施网络并改进出口业务模式。 • GCC 应 (i) 将氢经济纳入 2020 年底《巴黎协定》国家自主贡献 (NDC) 的修订中，(ii) 建立欧盟-GCC 技术合作和协调法规和标准，(iii) 开发碳定价机制和/或与包括欧洲 ETS 在内的其他碳定价计划建立联系，以鼓励使用氢气并刺激需求，从而创造扩大 H 2 市场的商业机会。 • 鉴于该行业处于早期阶段，对 GCC 氢感兴趣的欧盟公司必须自己启动和开发项目，最有可能与大型海湾国家能源公司和战略投资工具合作。同时，他们应该促进支持性政策和意识建设。 • 欧洲的氢战略主要侧重于绿色氢。然而，为了切实实现其目标，至少在中期内，它将需要大量低成本的蓝氢。海湾合作委员会国家石油公司 (NOC) 可以瞄准这个欧洲市场，但需要参与争取支持低碳材料出口的法规和定价。• 在绿色氢方面，海湾合作委员会政府及其国家公用事业和工业可以提议在发电厂（电解器）的下游项目上进行创建，并生产氢衍生材料（可能是氨和钢铁）用于出口，其中欧盟实体将是独家承购商（自有需求）。至少在中期内，它将需要大量低成本的蓝氢。海湾合作委员会国家石油公司 (NOC) 可以瞄准这个欧洲市场，但需要参与争取支持低碳材料出口的法规和定价。• 在绿色氢方面，海湾合作委员会政府及其国家公用事业和工业可以提议在发电厂（电解器）的下游项目上进行创建，并生产氢衍生材料（可能是氨和钢铁）用于出口，其中欧盟实体将是独家承购商（自有需求）。至少在中期内，它将需要大量低成本的蓝氢。海湾合作委员会国家石油公司 (NOC) 可以瞄准这个欧洲市场，但需要参与争取支持低碳材料出口的法规和定价。• 在绿色氢方面，海湾合作委员会政府及其国家公用事业和工业可以提议在发电厂（电解器）的下游项目上进行创建，并生产氢衍生材料（可能是氨和钢铁）用于出口，其中欧盟实体将是独家承购商（自有需求）。
基于氢气载体的氢气压缩和储存解决方案的研究和开发
1 德国盖斯特哈赫特亥姆霍兹-赫里翁中心氢能技术研究所 2 日本福冈九州大学机械工程系 3 西班牙马德里自治大学材料物理系 4 美国华盛顿州里奇兰 99352 太平洋西北国家实验室 5 意大利都灵大学 NIS 和 INSTM 化学系 6 希腊雅典圣帕拉斯凯维 NCSR“Demokritos” 7 希腊哈尼亚克里特技术大学环境工程学院可再生和可持续能源系统实验室 8 日本筑波国家先进工业科学技术研究所 (AIST) 9 美国科罗拉多州戈尔登国家可再生能源实验室 10 英国诺丁汉大学机械、材料与制造工程系 11 劳伦斯利弗莫尔国家实验室材料科学部利弗莫尔，加利福尼亚州，94550，美国 12 马克斯普朗克智能系统研究所，斯图加特，德国 13 HySA 系统能力中心，南非先进材料化学研究所（SAIAMC），西开普大学，南非贝尔维尔 14 技术系统系，奥斯陆大学，凯勒，挪威 15 地热能源研究所，希腊研究与技术基金会（IG/FORTH），希腊克里特岛哈尼亚 16 昆士兰微纳米技术中心，格里菲斯大学，内森，澳大利亚 17 能源技术研究所，凯勒，挪威 18 新能源与环境解决方案与技术（NEEST），希腊雅典圣帕拉斯凯维 * 任何通讯均应寄给作者。
