绿氢在部门耦合中作用

绿氢在部门耦合中作用中德能源转型研究项目1绿氢在部门耦合中作用编写说明发行方中德能源转型研究项目项目为中德能源与能效合作伙伴组成部分受德国联邦经济和气候保护部（BMWK）委托 中华人民共和国北京市朝阳区亮马河南路14号塔园外交人员办公楼1-15层，邮编100600转寄德国国际合作机构柏林市克滕街2号（Köthener Str. 2），邮编10963Torsten Fritsche收项目管理Christoph Both德国国际合作机构 (GIZ) 《绿氢在部门耦合中作用》在中德能源转型研究项目框架下发布，报告详细研究了绿氢成本竞争力的驱动因素，特别是在化工和钢铁行业以及航空领域。中德能源转型研究项目支持中德两国能源领域政府智库、研究机构之间的交流，加强中德能源转型的科研合作，分享德国能源转型的最佳实践经验。项目旨在通过加强能源转型智库之间的国际合作与互利政策研究和建模，推动以低碳为导向的能源政策，帮助中国构建更有效的低碳能源系统。该项目是中德能源与能效合作伙伴这一中德能源领域政府交流平台和机制的组成部分，受德国联邦经济和气候保护部（BMWK）委托，中国国家能源局（NEA）作为中方政府支持部门进行整体指导和协调。德国国际合作机构（GIZ）作为德方牵头实施机构，与德国能源署 (dena) 和 Agora 能源转型论坛联合负责项目实施。电力规划设计总院是该项目的中方牵头实施单位。本报告全文受版权保护。截至本研究报告发布前，德国国际合作机构和相关作者对出版物中所涉及的数据和信息进行了仔细研究与核对，但不对其中所涉及内容及评论的正确性和完整性做任何形式的保证。本报告仅代表作者的观点，而不代表项目合作伙伴的观点，如有任何信息纰漏或错误，报告作者负全责。本出版物中涉及到的外部网站发行方将对其网站相关内容负责，德国国际合作机构不对其内容承担任何责任。本文件中的观点陈述代表委托方的意见。作者Kim Lakeit, Corina Bolintineanu德国能源署（dena）Eren Çam博士、Michael Moritz、Max Schönfisch、 Patricia Wild科隆大学能源经济研究所（EWI）设计edelman.ergo (on commission of BMWK)图片来源德国联邦经济和气候保护部/封面Shutterstock/ 721369351 (p.4)Shutterstock/ 1605875824 (p.7)Shutterstock/ 529618120 (p.13)Shutterstock/ 1033561660 (p.18)© 北京，2022年11月2绿氢在部门耦合中作用目录◆　图目录 3◆　缩略词 4◆　1　氢能的需求和使用 51.1　化工 81.2　钢铁 91.3　航空 101.4　海上货运 11◆　2　氢经济 122.1　结果 122.2　结论 13◆　3　氢能成本的驱动因素和可再生氢的竞争力 143.1　方法 143.2　氢能 153.3　钢铁 163.4　航空 17◆　4　支持氢能竞争力的政策工具 184.1　政策工具对比 184.2　政策工具的相互依赖关系 194.3　具体案例中成本差距的定量分析 19◆　参考文献 213绿氢在部门耦合中作用图目录图 1: 不同制氢途径的温室气体排放量 6 图 2: 德国能源系统五大研究中 H2、PtG 和 PtL 的需求对比 7图 3: 各种潜在的动力燃料工艺、产物和应用案例 8 图 4: 航运替代燃料的特点 11 图 5: 部门耦合中促进绿氢使用的主要措施 13 图 6: 平准化制氢成本 15 图 7: 平准化钢铁生产成本 16 图 8: 合成煤油的平准化生产成本 17 图 9: 经济性最高和碳密集度最低的制氢技术之间的边际减排成本 20图 10: 经济性最高和碳密集度最低的炼钢技术之间的边际减排成本 20图 11: 经济性最高和碳密集度最低的煤油工艺之间的边际减排成本 20图 12: 缩小成本差距的综合政策措施对平准化电子煤油生产成本的影响 20 4绿氢在部门耦合中作用缩略词BF高炉BOF氧气顶吹转炉CAPEX资本支出CCfD碳差价合约CCS碳捕集与封存CG煤气化DAC直接空气捕集DRI直接还原铁EAF电弧炉EL电解FT费托MAC边际减排成本OPEX运营支出PPA购电协议REs可再生能源SMR蒸汽甲烷重整WACC加权平均资本成本5绿氢在部门耦合中作用除了“效率优先”和“直接使用可再生能源”这两项能源转型原则，氢能作为一种可储存、可量产且未来成本效益良好的能源，通过不同应用部门之间的耦合，可以为实现全球净零目标做出重大贡献。到 2050 年，气候中和型氢能有望在全球范围内减少约 800 亿吨二氧化碳排放，相当于将全球变暖幅度控制在 1.5 度所需减排量的 20%。只有目前的氢能需求被可再生氢所取代，并将可再生氢能引入更多应用领域，才能真正实现这个目标。预计未来几年氢能总需求将持续增加。[1]为了满足目前全球约 7000 万吨的氢能需求，全世界每年需要约 2050 亿立方米天然气和 1.07 亿吨煤炭。这意味着，当前氢产能中有 76% 来自天然气，23% 来自煤炭。电解制氢的产量不到 2%。煤制氢的量只占全球煤炭消费量的 2% 左右，且主要集中在中国。[2]冶炼部门、氨和甲醇以及钢铁生产是化石氢的主要用户。这显示了氢能作为不同经济部门的基础产品的重要作用，如运输燃料、农业化肥和建筑建材。[2]在德国，用于炼油厂的氢能约占 40%，由此生成的产品中有 60% 是交通燃料。1/4 以上的氢能会被用来生产氨，而氨是合成肥料的主要成分。用来生产甲醇的氢能占 20%，甲醇是生产有机合成塑料的原料之一。其余氢能则分布在其他各种以氢能为原料的行业中，例如冶金和玻璃生产。[3]化工行业经常间接使用氢能与碳或氮进行合成，其使用和进一步加工的方法多种多样：工业价值链中最重要的化工产品是用合成气生产的，而合成气又会在氢气、一氧化碳和二氧化碳的混合气体中发生反应。另外，在柴油和汽油的生产中，氢能可用于长链碳氢化合物加氢脱硫和加氢裂解。因此，氢能的主要需求方是氨和甲醇等化工产品以及烯烃：如乙烯、丙烯，还有苯、甲苯、二甲苯等芳烃。在生产氨和甲醇的过程中，氢能是直接原料；至于烯烃的生产，目前还没有工艺具备相应的技术成熟水平。不过，用氢能生产烯烃需要中间产物，如甲烷或甲醇。[4]目前的天然气制氢法和煤气化制氢法有较大的脱碳潜力，以便提高工业制程和产物的气候友好度。捕集制氢过程中排放的二氧化碳，并将其用在其他地方或长期封存，是减少排放的一种方法。在德国，这种以化石为原料并搭配 CCUS 所制成的产物通常叫做蓝氢，本报告使用的也是这个名称。传统的气基和煤基工艺生产的氢气是灰色的。为了说明对这种色彩观点的认识，下表列出了德国讨论度最高的三种制氢途径。除化石基工艺外，还可以用电力将水分解成氢气和氧气，这个过程叫电解。这种电解途径导致全球变暖的可能性在很大程度上取决于电力在使用中产生的温室气体排放量。然而，如果电解用电来自可再生资源，如风电或光伏，则温室气体排放可