氢能对中国能源转型和双碳目标实现的重要意义.docx

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1、氢能对中国能源转型和双碳目标实现的重要意义一、氢能对中国能源转型和双碳目标实现的重要意义1.氢能是中国未来低碳能源体系中的重要组成要素2020年9月，中国政府提出了 双碳发展目标，为能源转型和应对 气候变化开创了新纪元，中国的能源结构和体系继续向清洁化、低碳化、 安全化深度转型。其中，可再生电力的大规模供给和消费侧全面电气化 进程将加速，与此同时，重工业和船运、航空等高排放行业对化石能 源存在一定的依赖，在技术可行性和成本的角度看，难以实现大规模可 再生电力替代，其转型路径将依靠以氢能、生物质、合成燃料为代表 的新型清洁燃料。根据课题组研究，零碳情景下，上述几种新型清洁能 源在终端能源需求中的

2、占比将达到30%-35% ,其中氢能约占15%-20%o这意味着中国在实现碳达峰、碳中和的进程中,各类 新型清洁能源特别是氢能将发挥重要作用。SB表1零IMI下答行业时不同豌A星龄线求占比作为一种用途广泛的二次能源，氢能可以在多个生产和消费环节作 为替代能源进行使用，在重工业、交通、建筑、电力行业中均有不同的 应用场景（见图表2）,其中最主要的用途包括燃料用氢、原料用氢以 及储能用氢三类。 燃料用氢：主要场景包含重型道路交通、船运、航空、发电等领 域。氢气易燃且热值高，燃烧产物仅为水，不排放二氧化碳等温室气 体，与传统的化石燃料（石油、天然气、煤炭）相比，氢是终端零排 放的清洁能源，可作为供热

3、或供电的燃料。目前燃料用氢的应用在全 球范围内尚为有限，主要限制因素是燃氢轮机等设备设施的技术成熟 度低、经济性不高，相应的基础设施和政策标准尚不完善。 原料用氢：主要场景包含钢铁、化工等领域。氢气是重要的工业 气体，氢元素的强还原性被用于多种化学反应，是众多化合物的基础元 素之一。化工行业需要用氢制备甲醇、合成氨等多种产品，冶铁需要利 用氢气作为还原剂，多种高端材料的制造在生产流程中均需要使用氢气 进行加工。 储能用氢：主要场景包含电力储能领域。作为储能的一种形式， 在一定的环境条件和容器中储存液态氢或气态氢，或将氢转换为化合物（如合成氨），增强氢能用于燃料/原料的灵活性。Wl 结合应用场景

4、、技术成本和未来中国零碳转型的需求，在2060年 碳中和情景下，氢能将在化工、钢铁、重型交通领域将发挥关键的减碳 作用，并在船运、航空、其他重工业和电力储能领域逐步拓展其应用场 景（如图表3 ） o课题组预测，到2060年，氢能需求量较2020年将 增长2-3倍，达约1-1.3亿吨/年，其中可再生氢占比约75%-80% , 即0.75-1亿吨/年，即氢能供应格局将以低碳清洁的技术路径为主，仅 有少量的化石燃料制氢为小规模特定场景使用。由于技术路线的差异， 氢能在各个行业中能够发挥的作用以及需求增长的速度各不相同，但总 体上将以技术和成本为导向，有望在2030年之前完成铺垫和布局， 在2035年

5、之后进入快速增长期。SS 3 9WMWXt302.不同来源的氢能将在转型不同阶段发挥作用氢能很难从自然界中直接大量获取，需要依靠不同的技术路径和生产工 艺进行制备。目前，主要制氢路径包括煤气化、天然气重整、工业副产 氢和电解水制氢四种。迄今，氢作为化工生产的原料和中间产品，通常 会通过煤炭焦化气化、天然气重整以及甲烷煤炭合成气等化工生产的方 式进行制取。以焦炉煤气、轻烧裂解副产氢气和氯碱化工尾气等为主 的工业副产氢由于产量相对较大且相对稳定，也成为现阶段氢气的供给 来源之一。相比上述两种方式，电解水制氢的原料和生产过程都以清洁 能源为主，使用过程可以实现完全的零排放（在使用100%可再生电力

6、进行电解水的情况下），为实现零碳转型，则电解水制氢应当作为需要 大力发展的最重要的制氢技术路线。目前，电解水制氢技术成熟度较低、 产业尚未完全规模化，成本远高于其他几种氢能生产方式，还处在初级 阶段。行业内通常会根据氢气的不同制取来源进行种类的划分，主要包括： 灰氢：制取自化石燃料的氢，如来源于煤炭和天然气的氢，排放 相对较高，但成本更低； 蓝氢：制取自化石燃料且配备CCS装置的氢，可以实现相对低碳 排放； 绿氢：通过光伏发电、风电、水电等可再生电力供能的电解槽制 取的氢，可以实现零排放，但目前成本较高且尚未规模化；绿氢即可再 生氢；粉氢通过核电供能的电解槽制取的氢通常可以实现近零排放， 但规

7、模化发展较依赖于核电的技术和发展。要实现碳中和的宏伟目标，需要氢能本身的大规模推广应用，并在 重工业等领域充分实现可再生氢对化石能源的替代。经过分析零碳图景 下氢能在各行业的利用规模和能源结构，在2020-2060年间通过应用 氢能有望实现超过200亿吨的累计减排量其中交通行业累计减排量最 大，约为156亿吨，钢铁行业累计减排量约为47亿吨，化工行业累计 减排量约为38亿吨，而可再生氢将在交通、钢铁、化工等领域成为主 要的零碳原料。不仅如此，氢能产业链的建立也能充分带动经济增长和 产业的发展，创造约L6万亿的市场产值和超过1万亿的基础设施投资 空间（根据固定成本投资和运营费用加总计算）。KS

8、4 mo 2M00(mSBM1 .“区域为主统筹发展长距离、大规模储运氢气的成本瓶颈在短期内难以得到突破，同时制 氢资源分布以及用氢场景技术经济性等方面存在较大差异。内蒙古、河 北、河南等地陆续发布发布2021年度风光制氢一体化示范、电力源 网荷储一体化和多能互补试点等项目清单，自主化探索本地制氢用氢区 域化发展模式。2030年之前，氢能发展将呈现区域化为主、近距离点 对点为辅的格局。(1)氢能储运成本影响初期跨区规模化联动考虑前期需求仍存在较强不确定性，长距离、大容量的管道难以规划落 地，而运输距离超过500km后，其他技术路线储运成本则大多超过10 元/kg。对于工业应用场景而言，考虑相关

9、储运成本，只有制氢电价低 于0元、设备成本低于4000元kW时才能具备替代可行性，对资源 条件和技术水平的要求近乎苛刻。对于交通应用场景而言，考虑到其成 本接受程度高，资源优势地区较低的制氢成本叠加近距离储运成本，将 具备一定经济性，如乌兰察布、张家口等风光资源富集地区制氢并运输 到京津冀地区。图表8线或用SJNtt馀水平1N*3 / 5kW (7Mit)20000、（2）可再生资源条件差异推动区域发展分化三北、西南等地区可再生资源丰富，可再生氢与传统制氢路径成本差异 较小，多种应用场景具备经济性。东部和中部地区资源相对匮乏，同时 电力需求旺盛导致绿电溢价，海上风电成本尚处于准平价阶段，使得可 再生氢成本与传统制氢路径成本差距较大，影响区域需求释放。（3）能源系统灵活性需求促进区域内部耦合现代能源系统统筹发展、可再生能源基地深度开发，进一步强化了区域 氢电耦合需求。从单个新能源基地看，电制氢（制电）可做为就近组 织平抑功率波动的可选措施；从全网来看，电制氢（制电）也可作为大 范围、长时间尺度、高比例的供电负荷平衡手段。随着技术成熟度和经 济性提升，远期电制氢（制电）可代替部分煤