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    中國綠氫發展模式、路徑及建議

    作者:中國儲能網新聞中心 來源:第一元素網 發布時間:2022-08-16 瀏覽:

    中國儲能網訊:根據課題組研究,零碳情景下,氫能、生物質、合成燃料在終端能源需求中的占比將達到30%-35%,其中氫能約占15%-20%。這意味著中國在實現“碳達峰、碳中和”的進程中,各類新型清潔能源特別是氫能將發揮重要作用。

    本研究充分考量了各行業2030年之前的產能需求變化、可再生氫的技術和成本以及不同區域可再生資源稟賦等條件,對各行業可再生氫的消費量需求以及 各區域的產量、裝機量、重點發展行業和可再生氫的來源進行了研判,并以此為基礎,結合《氫能產業發展中長期規劃(2021- 2035)》提出了推動可再生氫產業發展的相關建議。

    一、氫能對中國能源轉型和雙碳目標實現的重要意義

    1. 氫能是中國未來低碳能源體系中的重要組成要素

    2020年9月,中國政府提出了“雙碳”發展目標,為能源轉型和應對氣候變化開創了新紀元,中國的能源結構和體系繼續向清潔化、低碳化、安全化深度轉型。

    其中,可再生電力的大規模供給和消費側全面電氣化進程將加速,與此同時,重工業和船運、航空等高排放行業對化石能源存在一定的依賴,在技術可行性和成本的角度看,難以實現大規??稍偕娏μ娲?,其轉型路徑將依靠以氫能、生物質、合成燃料為代表的新型清潔燃料。

    根據課題組研究,零碳情景下,上述幾種新型清潔能源在終端能源需求中的占比將達到30%-35%,其中氫能約占15%-20%。這意味著中國在實現“碳達峰、碳中和”的進程中,各類新型清潔能源特別是氫能將發揮重要作用。

    作為一種用途廣泛的二次能源,氫能可以在多個生產和消費環節作為替代能源進行使用,在重工業、交通、建筑、電力行業中均有不同的應用場景(見圖表2),其中最主要的用途包括燃料用氫、原料用氫以及儲能用氫三類。

    燃料用氫:主要場景包含重型道路交通、船運、航空、發電等領域。氫氣易燃且熱值高,燃燒產物僅為水,不排放二氧化碳等溫室氣體,與傳統的化石燃料(石油、天然氣、煤炭)相比,氫是終端零排放的清潔能源,可作為供熱或供電的燃 料。目前燃料用氫的應用在全球范圍內尚為有限,主要限制因素是燃氫輪機等設備設施的技術成熟度低、經濟性不高,相應的基礎設施和政策標準尚不完善。

    原料用氫:主要場景包含鋼鐵、化工等領域。氫氣是重要的工業氣體,氫元素的強還原性被用于多種化學反應,是眾多化合物的基礎元素之一?;ば袠I需要用氫制備甲醇、合成氨等多種產品,冶鐵需要利用氫氣作為還原劑,多種高端材料的制造在生產流程中均需要使用氫氣進行加工。

    儲能用氫:主要場景包含電力儲能領域。作為儲能的一種形式,在一定的環境條件和容器中儲存液態氫或氣態氫,或將氫轉換為化合物(如合成氨),增強氫能用于燃料/原料的靈活性。

    結合應用場景、技術成本和未來中國零碳轉型的需求,在2060年碳中和情景下,氫能將在化工、鋼鐵、重型交通領域將發揮關鍵的減碳作用,并在船運、航空、其他重工業和電力儲能領域逐步拓展其應用場景(如圖表3)。

    課題組預測,到2060年,氫能需求量較2020年將增長2-3倍,達約1-1.3億噸/年,其中可再生氫占比約75%-80%,即0.75-1億噸/年,即氫能供應格局將以低碳清潔的技術路徑為主,僅有少量的化石燃料制氫為小規模特定場景使用。

    由于技術路線的差異,氫能在各個行業中能夠發揮的作用以及需求增長的速度各不相同,但總體上將以技術和成本為導向,有望在2030年之前完成鋪墊和布局,在2035年之后進入快速增長期。

    2. 不同來源的氫能將在轉型不同階段發揮作用

    氫能很難從自然界中直接大量獲取,需要依靠不同的技術路徑和生產工藝進行制備。目前,主要制氫路徑包括煤氣化、天然氣重整、工業副產氫和電解水制氫四種。

    迄今,氫作為化工生產的原料和中間產品,通常會通過煤炭焦化氣化、天然氣重整以及甲烷煤炭合成氣等化工生產的方式進行制取。以焦爐煤氣、輕烴裂解副產氫氣和氯堿化工尾氣等為主的工業副產氫由于產量相對較大且相對穩定,也成為現階段氫氣的供給來源之一。

    相比上述兩種方式,電解水制氫的原料和生產過程都以清潔能源為主,使用過程可以實現完全的零排放(在使用100%可再生電力進行電解水的情況下),為實現零碳轉型,則電解水制氫應當作為需要大力發展的最重要的制氫技術路線。

    目前,電解水制氫技術成熟度較低、產業尚未完全規?;?,成本遠高于其他幾種氫能生產方式,還處在初級階段。行業內通常會根據氫氣的不同制取來源進行種類的劃分,主要包括:

    灰氫:制取自化石燃料的氫,如來源于煤炭和天然氣的氫,排放相對較高,但成本更低;

    藍氫:制取自化石燃料且配備CCS裝置的氫,可以實現相對低碳排放;

    綠氫:通過光伏發電、風電、水電等可再生電力供能的電解槽制取的氫,可以實現零排放,但目前成本較高且尚未規?;?;綠氫即可再生氫;

    粉氫:通過核電供能的電解槽制取的氫,通??梢詫崿F近零排放,但規?;l展較依賴于核電的技術和發展。

    經過分析零碳圖景下氫能在各行業的利用規模和能源結構,在2020-2060年間通過應用氫能有望實現超過200億噸的累計減排量,其中交通行業累計減排量最大,約為156億噸,鋼鐵行業累計減排量約為47億噸,化工行業累計減排量約為38億噸,而可再生氫將在交通、鋼鐵、化工等領域成為主要的零碳原料。

    不僅如此,氫能產業鏈的建立也能充分帶動經濟增長和產業的發展,創造約1.6萬億的市場產值和超過1萬億的基礎設施投資空間(根據固定成本投資和運營費用加總計算)。

    中國是全球最大的氫氣生產國,也是最大的氫氣消費國,但生產和消費領域的氫能大多來源于化石燃料,即灰氫、綠氫比例較低。中國2021年氫氣產量約為3533萬噸,主要來自于石化及化工、煉焦等行業,其中煤制氫占總量57.06%,天然氣制氫21.90%,工業副產氫18.15%,電解水制氫1.42%,其他來源1.47%。

    考慮到當前電解水制氫在技術和規模方面的限制,以及國家可再生能源發展現狀,難以在短時間內實現可再生制氫比例大規模提升。因此,在中國整體氫能發展的戰略布局中,需要分階段、分步驟,利用不同來源氫能的互補性,最大化氫能的減排效果,并為可再生氫打造更充分的發展基礎。

    近期:多元化應用,兼顧經濟性和清潔性??紤]到化石能源制氫、副產氫的成本較低且產量相對較大,在短期內可以更有效地帶動氫能消費側的規?;l展,培育氫能上下游產業鏈,在降低全生命周期成本的同時為綠氫的推廣應用做好鋪墊。

    中期:逐漸構建可再生氫為主的供應體系。在基礎設施和產業鏈逐漸完善的基礎上,可再生氫的成本將趨近化石能源制氫,需要通過強化的市場化手段和政策措施引導和激勵生產和應用各場景逐漸實現向可再生氫的過渡。

    遠期:全面突破,實現可再生氫電協同。隨著成本和技術進一步優化,需要繼續完善產業鏈條,優化可再生氫生產和消費的大環境,同時針對重點行業實施推廣應用,全面實現可再生氫在重工業和遠距離交通等領域對化石能源的替代。

    二、政策和產業大環境下的“可再生氫100”目標

    1. 國家氫能規劃出臺,為產業構建藍圖

    近年來,國家和地方層面加緊制訂有關氫能的戰略規劃和布局。2020年4月,國家能源局關于《中華人民共和國能源法(征求意見稿)》中正式將氫能列入能源范疇,明確了氫能在我國能源體系中占有一席之地。

    同時,多個省市在其“十四五及2035遠景規劃”中列入氫能發展的相關內容,初步建立了氫能發展的政策和產業大框架。

    2022年3月,國家發改委和國家能源局聯合發布了《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035)》(下稱《規劃》),以2060年碳中和為總體方向,進一步明確了氫能在我國能源體系中的角色定位以及在綠色低碳轉型過程中的重要作用,強調了以可再生能源制氫和清潔氫為核心的氫能發展方向,并從制、儲、運和基礎設 施等全產業鏈的角度進行了統籌規劃和布局,突出了市場主體位置,為氫能高質量發展提供了行動指南。

    我們認為,規劃的出臺為中國氫能產業的長遠發展構建了藍圖,促進了下一階段氫能特別是可再生氫產業鏈的布局和推廣應用:首先,《規劃》對發展清潔低碳氫源做出明確部署;其次,《規劃》高度重視氫能多元化示范應用;最后,《規劃》為氫能的發展創建了前所未有的發展機遇,預示著氫核心應用場景將逐漸進入大規模示范和快速發展時期。

    2. 以2030年100GW裝機目標促進綠氫在行業中的快速推廣應用

    總體上,國內氫能產業發展仍處于初級階段,各行業及各地區政策支持體系建立尚不完善,且各領域內試點示范項目未能形成規?;?,當前對氫能應用方面的激勵政策、金融等方面的支持和激勵機制和扶植力度還稍顯不足,同時,針對氫能的重點發展區域來說,當前主要試點項目多出自單個企業,未能建立產業鏈上下游以及其他合作企業間的合作模式,使相關示范項目形成規?;?。

    在國家大力推動發展氫能的大背景下,為了更好地解決上述痛點,促進可再生氫的推廣應用,基于課題組對在零碳轉型情景下中國2060年氫能總產量及可再生氫能占比的預測,即氫有總產量有望超過1-1.3億噸,且至少75%-80%由可再生氫供給,對2030年過渡階段可再生氫的產量和裝機量提出了目標框架。

    2021年9月,課題組提出《可再生氫100行動倡議》,提出力爭2030年全國可再生能源制氫電解槽裝機規模達到100GW的目標。

    該目標立足于國家氫能行業發展的現狀,以中長期碳中和目標為導向,以《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035)》為基礎,充分考慮2025年之后,可再生氫滿足新增用氫需求并逐步對化石燃料制氫替代的發展路徑,相關技術和成本大跨步優化的趨勢, 以及基礎設施布局基本完善等因素,力爭為政策和行業的發展提供前瞻性的參考。

    三、2030年可再生氫100的發展模式展望

    氫能的發展將遵循需求拉動供給的一般規律,其供需格局演變受產業布局演變、技術經濟進步、安全保障約束、資源統籌優化等多方面因素驅動?!皡^域為主”統籌發展、“大基地”規?;_發、“先立后破”逐步替代將是未來十年可再生氫發展的重要特征,最終實現氫能乃至整個能源系統的跨區域、跨品類統籌規劃、協調發展。

    1. “區域為主”統籌發展

    長距離、大規模儲運氫氣的成本瓶頸在短期內難以得到突破,同時制氫資源分布以及用氫場景技術經濟性等方面存在較大差異。內蒙古、河北、河南等地陸續發布發布2021年度風光制氫一體化示范、電力源網荷儲一體化和多能互補試點等項目清單,自主化探索本地制氫用氫區域化發展模式。2030年之前,氫能發展將呈現區域化為主、近距離點對點為輔的格局。

    (1)氫能儲運成本影響初期跨區規?;搫?

    考慮前期需求仍存在較強不確定性,長距離、大容量的管道難以規劃落地,而運輸距離超過500km后,其他技術路線儲運成本則大多超過10元/kg。

    對于工業應用場景而言,考慮相關儲運成本,只有制氫電價低于0.1元、設備成本低于4000元/kW時才能具備替代可行性,對資源條件和技術水平的要求近乎苛刻。

    對于交通應用場景而言,考慮到其成本接受程度高,資源優勢地區較低的制氫成本疊加近距離儲運成本,將具備一定經濟性,如烏蘭察布、張家口等風光資源富集地區制氫并運輸到京津冀地區。

    (2)可再生資源條件差異推動區域發展分化

    三北、西南等地區可再生資源豐富,可再生氫與傳統制氫路徑成本差異較小,多種應用場景具備經濟性。東部和中部地區資源相對匱乏,同時電力需求旺盛導致綠電溢價,海上風電成本尚處于準平價階段,使得可再生氫成本與傳統制氫路徑成本差距較大,影響區域需求釋放。

    (3)能源系統靈活性需求促進區域內部耦合

    現代能源系統統籌發展、可再生能源基地深度開發,進一步強化了區域氫電耦合需求。從單個新能源基地看,電制氫(制電)可做為就近組織平抑功率波動的可選措施;從全網來看,電制氫(制電)也可作為大范圍、長時間尺度、高比例的供電負荷平衡手段。

    隨著技術成熟度和經濟性提升,遠期電制氫(制電)可代替部分煤電承擔新能源電源配套調節電源,與更大范圍更多電源的互補特性將發揮全網性供需平衡作用。

    2. “大基地”規?;_發

    從長遠發展來看,氫能在生產端和應用端的技術突破和成本下降是實現大范圍推廣的關鍵,而2030年之前這一啟動階段更依賴于規?;某杀鞠陆?。

    考慮到中國氫能產能的分布和相關產業的布局模式,以“大基地”形式規?;_發應用可再生氫,不僅能夠充分利用地方資源、增強可再生氫能發展的保障,也能夠從全價值鏈的角度在各個環節為氫能的發展賦能。

    國家發改委、能源局發布《以沙漠、戈壁、荒漠地區為重點的大型風電光 伏基地規劃布局方案》,能源局印發《關于開展全國主要流域可再生能源一體化規劃研究工作有關事項的通知》,支撐風光水火儲“大基地”開發,也為氫能規?;l展提供方案。

    (1)現有產業格局為“大基地”開發奠定基礎

    從現有產能分布看,當前西北、華北、東北和西南等可再生能源優勢地區產能合計占比接近65%,有潛力和空間實現規?;瘹湓刺娲?。新能源體系不僅會帶來能源系統變局,還將重構工業體系。

    相關地區憑借豐富的可再生能源資源,將會成為綠色化工、氫冶金等零碳新工業的策源地。通過零碳工業大基地等形式,將可再生能源、儲能、氫能充分協同,將綠色能源的生產和使用有機結合,能夠打造以綠色、穩定、可靠的能源系統為支撐的新型產業模式。

    (2)“大基地”模式最大化氫能安全開發保障

    “大基地”模式有利于整體提升項目開發企業、設計機構、EPC整體系統集成商、關鍵產品部件供應商等對項目風險的重視程度,也有助于本地監管部門對相關安全規范進行有效探索,形成相關經驗,持續有序放大示范規模。

    (3)“大基地”為產業發展提供多價值鏈支撐

    從世界范圍看,隨著氫能產業成熟度的提高,氫能示范項目呈現綜合性趨勢,并覆蓋了越來越多的價值鏈環節。

    一方面,在可再生氫的產地就地進行消納的“大基地”模式有利于充分獲得額外的政策、融資等資源支撐,另一方面,也可建立更大范圍的伙伴關系和合作網絡,并依此保障氫能供給和利用渠道的暢通,為項目開發提供確定性。

    國際能源署(IEA)也提出氫能產業發展的多個價值鏈,一個價值鏈的發展將有利于其他價值鏈實現成本削減和創新。同時,在同一區域內的價值鏈有機會發揮彼此之間的協同作用,例如在工業集群和運輸走廊上的卡車車隊可以依托更大規模優勢降低總體成本。

    3. “先立后破”加速氫源結構低碳化

    隨著“雙碳戰略”的提出,氫能供應鏈清潔化發展成為大勢所趨,但氫源結構優化仍需遵循市場規律,“先立后破”,初期以工業副產氫為過渡、后期逐漸由可再生能源制氫進行替代。氫能產業發展初期,部分工業副產氫資源富集地區,將以成本低、運輸方便、穩定性等優勢成為有效過渡支撐。

    隨著技術的進步和清潔電力資源成本的下降,可再生能源制氫將在2030年之前逐步成為的最主要新增制氫路徑。

    (1)可再生氫初期仍難以完全獨立滿足需求

    可再生能源發電的間斷性和波動性是限制可再生氫能穩定持續供給的重要因素之一。原油煉化、化工、金屬冶煉等應用場景為連續運轉工業流程,需保證每年8000小時以上的氫能連續供應。

    而目前單個光伏電站運行小時數大多介于1000到2000之間,陸上風電場也僅有2000到3000多小時,且波動性較大,即便考慮風光互補,也需結合電網電力制氫才能提供更高的穩定性,保障電解水制氫連續供給,否則需要大規模儲電或儲氫,將導致經濟性大幅降低。

    (2)工業副產氫可發揮重要過渡和支撐作用

    在多元化的供應格局中,技術路線選擇取決于不同發展階段的適用性、經濟性、能源效率和環境效益。工業副產氫的數量龐大、分布廣泛,在氯堿工業、乙烷裂解、丙烷脫氫等生產過程中有復產高純度氫氣,具有利用潛力,可為氫能產業發展初期提供低成本高效益的分布式氫源,尤其在化工行業基礎較好的東部地區。

    根據氯堿產能測算,可利用副產氫氣約85萬噸,雖然部分氯堿企業加以回收利用,但僅利用60%左右,每年仍剩余副產氫氣近30萬噸。

    (3)技術成本下降逐步推動可再生氫成主流

    可再生能源經過多年的發展,風光發電成本已與火電平價并持續下降。同時,電解制氫技術仍有較大的進步空間,堿性電解水成本降幅潛力預計為20%左右,質子交換膜成本降幅有望達到40%,相關制氫設備成本在技術進步和規模效應的雙重作用下將加速降低,提高在不同應用場景下的經濟競爭力。隨著發電成本下降和技術逐步迭代,可再生能源制氫將逐步拓寬其市場應用范圍,成為未來制氫體系中的主流技術路線。

    四、可再生氫100行業及區域發展路徑

    考慮到產業適用性,本研究將重點針對化工、鋼鐵、交通三個部門及華北、華東、華中、華南、東北、西北和西南7大區域3進行分析。

    到2030年,全國電解槽裝機量達到102GW,全國可再生氫總需求達到770萬噸/年?;ば袠I對可再生氫的需求量最大,其次是交通和鋼鐵行業。

    在可再生氫發展初期,由于行業用戶端對于使用的成本和便利性敏感程度較高,且儲運的成本瓶頸在短期內無法得到顯著突破,因此,區域內可再生氫產銷結合的經濟性優勢較為明顯。西北、華北地區本地應用需求旺盛,成為裝機規模最大的區域,其次為華東和華南。

    1. 各行業可再生氫需求規模分析

    到2030年,可再生氫預計將在化工、鋼鐵、交通等部門得到規?;痉稇?。其中化工領域的氫能應用場景仍主要集中在合成氨、合成甲醇、煉廠煉化等高耗氫過程;鋼鐵領域主要集中在頭部鋼企對氫能煉鋼項目的廣泛布點;交通領域在重型貨運、輕中型物流車、公交車、礦山機械、港口機械、清潔車等多場景均得到一定比例的應用,同時可再生氫在不同行業的應用將呈現顯著的空間差異。

    (1)化工行業

    本領域聚焦與氫能供需關聯最緊密的三個上游化工細分領域:石油煉化、合成氨、甲醇。目前,中國的化工行業仍然屬于以化石燃料為主要能源基礎和原料的高耗能高碳排放行業。

    石油煉化作為石油化工行業的主要生產環節,對氫氣的需求量大,大型煉化廠幾乎均有場內制氫設備,采取天然氣重整或煤氣化做為主要氫氣供給方式。合成氨、甲醇的生產在中國以煤化工為主要路徑,工廠大多采用煤氣化制氫的傳統方式獲取氫氣。

    根據測算,2030年,化工行業總可再生氫消費量將達到376萬噸,是中國最大的可再生氫需求市場。其中,西北地區由于具備化工產業及可再生電力資源優勢,將成為最大的化工可再生氫消費地,其次分別是華東、東北和西南地區。

    甲醇領域,到2030年,產業整體保持增長并逐漸飽和,可再生氫需求量預計達到165萬噸/年,全國甲醇產業平均可再生氫應用率有望達到20%。

    合成氨領域,到2030年,相關產能集中度增強、裝置替換升級,并進一步向可再生資源富集地區轉移,可再生氫需求預計達到138萬噸/年。

    煉化領域,到2030年,煉廠總產量預計與目前持平,可再生氫需求預計達到73萬噸/年。

    (2)鋼鐵行業

    鋼鐵行業是碳排放密集程度最高、脫碳壓力最大的行業之一,碳排放約占全球排放總量的7.2%。鋼鐵行業迅速脫碳在中國尤為重要,2021年中國粗鋼年產量為10.3億噸,占到全球粗鋼總產量的約53%。

    由于中國鋼鐵生產中用于提供高溫的燃料燃燒造成的排放和以焦炭為主要還原劑的反應過程排放,難以通過電氣化的方式實現完全脫碳,且能效提升和廢鋼利用等方式的減排潛力有限,對因此利用可再生氫替代焦炭進行直接還原鐵生產并配加電爐煉鋼的模式將成為鋼鐵行業完全脫碳最關鍵、最具前景的解決方案之一。

    鋼鐵行業對可再生氫的利用集中在新增產能生產工藝流程,行業領先企業占據先發地位。根據不同煉鐵工藝,氫冶金的主要應用場景可分為三類,如圖表19所示。

    通過統籌考慮鋼鐵企業2030年前新增產能、氫冶金技術發展意愿,以及各企業產能分布、技術基礎、行動規劃、地方性屬性等因素,氫冶金的產能主要來自于中國鋼鐵行業領先企業,并在將形成數個規?;臍湟苯鸹?。

    近年來國內各個大型鋼鐵企業氫冶金技術工藝試點項目如圖表20所示?;谏鲜隹紤],對氫冶金項目產能的規模和區域位置進行估算,并結合不同地區電解槽的利用小時和工業副產氫供給等因素確定各地區的可再生氫消耗量和電解槽裝機需求。

    根據測算,2030年中國氫冶金產能的規模約為4347萬噸,約占到全國總產能的4.5%左右,全行業的氫氣消耗量約為174萬噸,其中可再生氫94萬噸,約占54%,其他為工業副產氫。

    在空間分布上,氫能煉鐵產能和現有煉鐵產能存在差異。目前中國鋼鐵企業區位布局主要與鐵礦石和焦炭資源的分布、運輸條件、市場需求、勞動力和產業基礎等要素密切相關,產能主要集中在華北和華東地區,例如河北、江蘇、遼寧、山東和山西等地。

    未來,各個鋼鐵企業在氫能煉鐵項目選址時會傾向于選擇可再生氫資源豐富的地區,降低氫能儲運成本,以降低總體成本。

    西北地區將成為氫能煉鐵發展最為重要的基地,2030年氫冶金產能占到整個西北地區產能的46%,華南地區也具有發展氫冶金的相對優勢。而華東地區和華北地區的鋼鐵產業特別是可再生氫冶金產業將一定程度上向西北地區進行轉移,具體如下圖所示。

    (3)交通行業

    受技術突破和規?;苿訋淼慕当居绊?,氫燃料電池汽車在部分場景可實現加速滲透,交通用氫規模逐漸提升。新能源替代(包含純電動和氫燃料電池)是中國道路交通行業未來實現碳中和的最重要措施之一。

    由于動力電池技術已經實現了一定的商業規?;瘧?,且隨著技術迭代、能量密度提升和成本降低,它在乘用車和部分商用車領域具備了較強的適用性和競爭力,已取得一定商業化規模發展。

    與之相比,氫燃料電池汽車推廣面臨更大的競爭壓力。氫燃料電池更多聚焦于重型卡車、冷鏈物流、城際巴士、公交車和港口礦山作業車輛等對續航里程穩定性要 求較高的使用場景中進行推廣。

    根據測算,2030年中國氫燃料電池汽車保有量將達到62萬輛,總耗氫量為每年434萬噸,其中可再生氫為301萬噸,其余為工業副產氫。在各應用場景中,氫燃料電池重卡的發展速度最快,預計在2030年將達到28萬輛。

    從區域來看,氫燃料電池汽車發展較為均衡,初期華東、華北和華南等地區發展較快,與區域經濟發展水平、運輸需求以及地方對氫燃料汽車和氫能產業的支持力度呈現出較強的相關性;后期西北、東北等地區加速發展,與氫燃料電池對高寒、重載等場景的適用性相一致。

    2. 分區域可再生氫裝機總體路徑展望

    考慮到傳統產業轉型速度、自然資源稟賦、可再生氫能利用程度等因素,2030年中國可再生氫生產裝機在各區域之間的分布模式將呈現以下特點:

    傳統產業轉型升級的需求和可再生資源自然稟賦相匹配的區域,將成為可再生氫的重要發展基地,裝機規模相對較大,可獲取較低成本的可再生氫,如西北、西南、東北地區。

    重點圍繞“載荷錨定”的規?;瘧脠鼍?,利用豐富且具備成本競爭力的風光資源開展本地化可再生氫制備,以副產氫做為補充,用于滿足不同應用場景需求;

    傳統工業基礎好且人口稠密、可再生資源有限的區域,大規模制備可再生氫的成本較高,將以“工業副產氫+分布式制氫+短距離運輸”模式支撐氫能發展,如東部沿海部分地區。初期考慮經濟性,以區域內優質副產氫資源進行過渡,并以制氫加氫一體站等小規模、分布式站點制可再生氫為重要補充。

    可再生資源局部優勢但分布不均的區域,以“集中式制氫+近中距離運輸”模式,實現可再生氫的加速滲透,如華北北部。一方面推動氫能與現有能源資源進行耦合,提高資源利用效率,實現最小化制氫成本,另一方面通過中距離運輸,滿足交通等場景下經濟性要求。具體區域產業布局特點及相應可再生氫裝機情況如下圖所示。

    西北:資源優勢推動全面發展

    西北地區資源條件和消費需求優勢明顯,其豐富的化石燃料資源、金屬礦產資源和土地資源,以及良好的風光資源稟賦優勢和相對平緩的電力需求,是其成為可再生電力制氫大基地的有利條件,既能滿足重工業低成本零碳轉型的需求,又能在一定程度上優化可再生電力的生產和應用結構。

    東北、西南:化工轉型與可再生能源相互映襯

    華北、華南:鋼鐵交通雙管齊下

    對于華北和華南地區的氫能產業發展,預計將以燃料電池示范城市群為主要抓手,同時頭部鋼鐵企業將率先布局典型試點示范項目。

    2030年前,華北和華南地區依托本地局部地區優勢電力資源建成綠色制氫基地,服務以河鋼和寶武等大型鋼鐵企業為依托的氫能煉鋼和冶金基地,同時輻射以北京-張家口和廣州佛山為核心的氫燃料電池汽車產業和示范項目集群。

    華北和華南地區在2030年分別需要建設20.2GW和13.9GW的電解槽,并分別達到121和78萬噸/年的可再生氫產量。要實現這一目標,需要以局部資源優勢地區為核心,建設覆蓋重點區域的氫能供應鏈網絡,加強對本區域氫能全產業鏈發展的支撐,快速形成可再生氫規?;玫墓┬韪窬?。

    華東、華中:交通為主進行突破

    華東和華中地區的氫能產業發展主要集中在長三角城市群以及山東、河南和武漢地區。華東地區依托上海示范城市群,在港口運輸、物流、公交等場景部署氫燃料電池交通工具,形成可再生氫大規模應用基地。山東可發揮自身產業基礎優勢,通過已開展的省級氫能示范項目積累轉型經驗,在交通、化工等領域進行綜合示范。

    近期需大規模利用工業副產氫,并開展可再生氫替代示范項目,遠期配合海上風電資源開發進行可再生氫制備。華中地區各省人口稠密,也是全國的交通樞紐地,交通需求將持續增長。鄭州進入第二批示范城市群,武漢等具有成熟的汽車產業基礎,正規劃布局發展千億氫能產業,打造世界氫能汽車之都。

    根據分析,華東和華中地區在2030年分別需要建設18.4GW和8.4GW的電解槽,并分別達到110和47萬噸/年的可再生氫產量。

    同時應注意的是,截至2021年底,中國用于制氫的電解槽裝機量不到1GW,以試點示范項目居多,可再生氫綜合成本較高,尚沒有大規模的商業化項目落地。

    此外,目前全國電解槽制造總產能低于5GW。實現2030年可再生氫裝機100GW的重要一環是推動行業中各參與方對未來市場需求和趨勢形成穩定預期,對各行業實現碳達峰目標的路徑進行分析和選擇,抓住近兩年的決策關鍵點支持電解槽制造產能擴張,在2025年實現電解槽制造產能規模和裝機規模的穩步提升。

    與此同時,行業龍頭企業通過技術進步和規模效益提升來進一步降低可再生氫制造成本,抓住具有潛力的可再生氫消費市場早期機會。

    五、下一階段發展建議

    基于以上分析,可以看出,全國和各區域具備了2030年實現100GW可再生裝機目標的潛力,但同時也需要采取更有效的措施解決所面臨的挑戰。

    在《氫能中長期發展規劃2021-2035》的指導下,為了更有效地促進氫能和可再生氫產業的規?;l展,在降低成本的同時完善產業體系,充分發揮氫能和可再生氫的發展潛力,引領氫能產業的長期發展和雙碳目標的實現,我們提出以下建議:

    1. 跟進完善全國可再生氫裝機目標及區域、行業生產和消費目標

    以現有《規劃》為基礎,進一步研究并制定2030和2060可再生氫裝機目標及分區域、分行業產量和消費量目標。建議在現有氫能中長期發展規劃所設定目標和總體發展方針的基礎上,以2060年碳中和目標為導向開展氫能和可再生氫長期發展路線圖相關研究,明確氫能在中國整體能源體系中發揮的作用以及可再生氫轉型的關鍵時間節點、產量及裝機量需求。

    同時以該路線圖為基準,依據規?;l展增長速率和成本經濟性變化趨勢,歸納提出2030年中國可再生氫裝機和產量目標,并根據各區域的資源稟賦、氫能主要應用行業的技術發展水平等制定分區域、分行業2030年可再生氫生產和消費量目標。鼓勵各區域和行業企業自主提出可再生氫消納目標。

    2. 開展“大基地”規?;痉?,促進產業鏈成本

    快速下降加強各層級聯動合作,開展“大基地”示范項目,共同發展可再生“氫經濟”。在加大中央層面對“大基地”示范項目的政策扶植力度的同時,充分調動地方政府的能動性,集中區域優勢,加強對“大基地”示范項目的政策和金融扶持。

    發揮央企資金實力、基礎設施建設能力、產業鏈協同能力等優勢,作為氫能產業規?;l展的主要推動力量,采用走出去技術引進和自主研發相結合,尋求突破技術壁壘,充分利用內部市場和優勢資源,開展規?;瘧檬痉?。

    不同央企間加大合作建設,促進不同央企“制儲運加用”各環節優勢資源的合理利用,加快氫能相關產品開發和投入市場的進程。通過聯手利用各自的優勢,創造和開拓新市場。民企發揮靈活、創新優勢,充分利用央企資源和市場,與央企形成發展合力共同突破核心技術,促進產業發展。通過中央與地方、央企與央企、央企與民企的有機聯動,推動氫能產業盡快實現技術提升、規模擴大、市場拓展、成本下降。

    3. 完善地方氫能產業支持政策體系,加速可再生氫項目建設

    以國家氫能發展中長期規劃為指導,因地制宜制定地方氫能和可再生氫產業支持政策。建議區域地方政府部門制定系統的氫能和可再生氫發展頂層規劃,確定氫能和可再生氫在區域內的發展方向與路線,專門制定并出臺產業發展目標及氫能和可再生氫專項規劃。

    明確氫能設施參與電碳市場相關機制。建議具備條件的地區加快出臺可再生能源制氫優惠電價政策支持,進一步完善分時電價機制,鼓勵棄風、棄光、棄水及谷段電力制氫。

    研究建立氫能設施參與現貨、輔助服務和中長期交易等各類電力市場的準入條件、交易機制,加快推動氫能進入并允許同時參與各類電力市場。鼓勵清潔低碳氫能項目減碳方法學開發,探索與全國碳交易市場協同聯動。

    加大可再生氫項目開發政策支持力度,健全低碳清潔氫項目激勵機制。建議具備條件的地方政府持續實施支持氫能發展的貸款貼息、減免企業稅費、普惠金融服務、優先用地供應等財政/金融/稅收/土地政策,對于氫能產業關鍵零部件或項目給與投資補助。

    重視氫能源產業人才隊伍建設。建議將氫能源產業人才培育與實現“雙碳”目標緊密聯結,依托國家重大科技任務和創新平臺及高校教育培養,大力推動政、產、學、研、用協同創新,實現我國氫能源產業的基礎研究、應用基礎研究、技術創新、成果轉移轉化和支撐服務等各類人才均衡發展,為我國氫能產業發展提供人才保障、專業支撐。

    4. 整合氫能產業及專家資源,推進行業團體等技術標準的建立

    依據氫能中長期規劃涉及的相關技術標準建立行業和地方平臺,制定并實施行業和團體標準。積極貫徹落實氫能技術和安全相關標準的制定,加快建立氫能和可再生氫技術標準制定專項體系,提升相關技術標準重視程度。加快提出氫能和可再生氫技術標準制定指導原則與指導意見,為產業相關企業進行核心技術突破提供指導精神與方向,促成我國技術標準引領成為全球行業標準。

    文章來源:節選自報告《開啟綠色氫能新時代之匙:中國2030年“可再生氫100”發展路線圖》

    原文作者:落基山研究所(RMI)、中國氫能聯盟研究院

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    關鍵字:氫能

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