发展氢能产业，助力“双碳”战略

发展氢能产业助力“双碳”战略中国工程院干勇2022年7月19日目录2一、国内外氢能发展现状及趋势二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇p 发达国家和地区氢能发展战略3一、国内外氢能发展现状及趋势欧盟：欧洲氢能路线图指出氢能是欧洲能源转型的必要元素。能源供给侧注重可再生能源和氢能融合互补，能源消费侧注重可再生能源制氢综合利用，特别是天然气掺氢和车用燃料。德国：德国国家氢能战略2020指出氢能是德国脱碳战略的中心组成部分，作为多部门耦合的要素，在无法通过可再生电力脱碳的领域，绿氢和下游产品（P-to-X）为脱碳开辟了新路径。日本：选择氢能作为低碳技术创新的重要方向之一，致力于建设“氢能社会”，在替代石油和其他能源方面发挥核心作用，促进能源结构向多元化发展，保障能源安全。美国：在“能源独立”的前提下，把天然气作为与可再生能源并重的过渡能源，推动能源结构清洁化。发展氢能和燃料电池技术的目的在于通过迅速兴起和发展的氢经济扩大其在全球能源和技术创新领域的领导地位。p 国际氢能领域快速发展Ø 截至2021年底，全球共有685座加氢站投入运营，分布在33个国家/地区；Ø 在2017到2021这过去5年中，全球加氢站保有量从328座增长到685座，增加了109%，全球氢能产业建设进入快速发展期；Ø 截至2021年底，我国建成加氢站255座，共计超过8000辆燃料电池汽车在示范运行。1.00%1.00%3.50%4.50%0.00%1.00%2.00%3.00%4.00%5.00%6.00%7.00%8.00%9.00%10.00%氢能（10%）交通4.5%4.5千万吨化工原料 3.5%3.5千万吨工业1%1千万吨建筑1%1千万吨20507500万辆乘用车；500万辆商用车（15%）（50%）（中国能源统计年鉴）p 保守估计，2050年氢在我国终端能源体系占比约10%，2060年占比将达约15%，成为我国能源战略的重要组成部分，氢能将纳入我国终端能源体系，与电力协同互补，共同成为我国终端能源体系的消费主体，带动形成十万亿级的新兴产业。4一、国内外氢能发展现状及趋势5Ø 随着氢能产业发展中长期规划的发布，氢能上升到国家能源战略地位，众多大型能源企业及上市公司加快布局氢能全产业链。Ø 目前已有超过三分之一的中央企业布局包括制氢、储氢、加氢、用氢等全产业链，并取得了一批技术研发和示范应用的成果。5一、国内外氢能发展现状及趋势p 央企积极布局氢能产业链大规模集中煤制氢+CCUS充分发挥国内丰富的煤资源优势可再生能源电解水制氢灵活高效的低成本“绿氢” 解决方案在风电、光伏资源好的地区可大力发展14元/kg的制氢成本在2060年是能够实现的6一、国内外氢能发展现状及趋势p 人类利用氢能的经济性问题是能够被解决的！大规模管道输氢降低输氢成本氢气专用管网天然气管网掺氢…氢能应用的技术成熟及规模化推广技术进步（瓶颈技术突破、系统优化、效率提升…）规模效益（原材料成本下降、 基础设施成本摊薄…）p 在400km里程范围内，FCEV的成本可以与BEV持平；p 当里程超过400km时，FCEV的长续航优势得以体现，而BEV充电时间成本显著增加。FCV数量5千辆2万辆10万辆30万辆90万辆流量60t/d240t/d1000t/d2700t/d7200t/d管径DN150DN300DN600DN900DN1400管道运输氢气测算原则：以DN300为例，管道及施工价格1km约300万，100km需设一个增压站，根据投资折旧与消耗，估算运输费用为0.7元/kg·100km；约为200bar长管拖车运输费用的10%，液氢运输费用的50%。7一、国内外氢能发展现状及趋势p 人类利用氢能的经济性问题是能够被解决的！•全球已有近5000公里的氢气管道（美国：2608km，中国：400km）•天然气管网掺氢成本增加：0.3-0.4美元/kgH2三种全球碳中和情景下的二氧化碳排放量Ø 清洁氢能已成为全球所有碳中和路线的关键支柱之一，预计可助力实现全球温室气体排放约15%的去碳化；Ø 对于氢能的需求量会增长高达7倍（2050年碳中和情景）/ 4倍（2060年碳中和情景）。三大GS碳中和模型内的全球氢能需求量（Mt H2）高盛，清洁氢革命，2022二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现8p 氢能产业绿色发展趋势Ø 全球总煤炭总消费量77亿吨，IEA报告到2050年保留2%，则为1.5亿吨；Ø 按照我国能源基金会的预测报告，煤电到2050年降低80%，现在每年煤电消耗约20亿吨，如果全用煤发电，依然需要4亿吨，远高于IEA的1.5亿吨预测；Ø 如果80%由氢替代，1kg氢约和5kg煤，则至少需氢6000万吨l 综上，替煤发电用氢至少6000万吨因此我国到2050年总计约需氢气1.6亿吨，占IEA报告预测5亿吨的32%注：2020年中国一次能源消费占全球26%全球2亿吨氢用于交通， 假设中国占比为30%，则约需6000万吨全球4500万吨氢用于钢铁冶金，假设中国占比为40-50%，则约需2000万吨；全球5000万吨氢用于化工, 假设中国占比为40%，约2000万吨我国2050年的1.6亿吨绿氢： 按8600小时计算，约需要1TW电解槽：考虑50%负荷率，则需2TW，5MW电解槽约需要40万套若采用碱性电解槽(AEL)产值超过¥5万亿；若采用质子交换膜电解槽 (PEMEL)产值超过¥7万亿9p 氢储能助力可再生能源大规模开发二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现p 我国零碳情景下装机及发电量结构预测2030年零碳情景下装机及发电量结构预测类型装机量（万千瓦）发电量（亿千瓦时）总计38.6亿千瓦11.8万亿千瓦时煤电121960 52226 气电22000 7621 核电11900 8658 水电40400 15733 风电78600 合计：16.2亿千瓦合计占比：41.9%15429 合计：2.5万亿千瓦时合计占比：21.5%光伏83400 9985 光热3000 726 生物质11000 7622 抽水蓄能12000 -非抽蓄储能2000 -2060年零碳情景下装机及发电量结构预测类型装机量（万千瓦）发电量（亿千瓦时）总计74.5亿千瓦15.7万亿千瓦时煤电46000 14481 气电21000 5527 核电32900 24405 水电53900 21130 风电221400 合计：48.1亿千瓦合计占比：64.6%44677 合计：7.9万亿千瓦时合计占比：50.2%光伏259565 34144 光热25000 7323 生物质18000 5313 抽水蓄能19980 -非抽蓄储能47113 -碳中和倒逼约束下，新能源将迎跨越式发展——“碳达峰碳中和”的必由之路零碳情景下，2060年新能源装机和发电量占比均超50%，成为电力供应主体。数据来源：国网能源研究院（模型计算）化石能源装机占比37%非化石能源装机占比63%化石能源发电量占比51%非化石能源发电量占比49%化石能源装机占比9%非化石能源装机占比91%化石能源发电量占比13%非化石能源发电量占比87%2060年风电+光伏发电量