剑维软件：2023年中国氢能行业洞察与数字化发展报告

中国氢能行业洞察与数字化发展报告联合发布摘要在“双碳”和能源安全目标的引领下，能源领域技术、模式、业态的创新正在推动诸多新趋势的涌现 ：新型储能规模化布局助力风光大基地建设，能源产业与信息化、数字化的深度融合，新型电力系统支撑技术升级，先进电解槽与燃料电池技术的突破，电力多元化转换（Power-to-X）……这些领域的创新都将在能源变革中“各显神通”。氢能作为清洁的能源载体和储能方式，配合可再生能源形成低碳能源体系，助力工业深度脱碳。本报告梳理了全球氢能行业发展现状和前瞻趋势，剖析了产业链技术布局和未来发展，并从数字化转型的角度，探讨数字孪生技术如何以低成本、高可靠性、高利用率地赋能氢能项目落地。为了克服能源转型所带来的挑战，无论是新能源发电、电解制氢还是工业生产场景中，工程和运营团队拥抱数字化转型是大势所趋，赋能创新、敏捷性及协作，推动氢能产业迈向可持续、以人为本的未来。中国氢能行业洞察与数字化发展报告 1 中国氢能行业洞察与数字化发展报告 2 1 氢能行业概览目录1 氢能行业概览p3-15p16-31p322 氢能工厂全生命周期数字化发展洞察3 总结与展望1.1 氢能行业发展前景 /31.1.1 全球氢能行业发展现状 /41.1.2 中国氢能行业发展现状 /51.2 氢能产业链分析 /71.2.1 上游制氢 /81.2.2 中游储运 /101.2.3 下游应用 /111.2.3.1 工业 /111.2.3.2 电力及储能 /121.2.3.3 交通 /131.2.3.4 建筑 /141.2.3.5 电力多元化转换（Power-to-X）/142.1 氢能行业的当前挑战 /172.2 数字化技术赋能氢能价值链 /182.2.1 设计阶段 ：低碳能源场景的流程模拟 /202.2.2 工程阶段 ：新一代工程设计与项目管理思路 /232.2.3 运营阶段 ：数字化工厂的智能运营 /26CONTENTS中国氢能行业洞察与数字化发展报告 3 1 氢能行业概览氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，能帮助可再生能源大规模消纳，实现电网大规模调峰和跨季节、跨地域储能，加速推进工业、建筑、交通等领域的低碳化，被誉为 21 世纪的“终极能源”。氢能逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一，亦是推进我国能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系，实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。1 氢能行业概览中国氢能行业洞察与数字化发展报告 4 1 氢能行业概览1.1 氢能行业发展概况1.1.1 全球氢能行业发展趋势氢能将在减少温室气体排放中发挥关键性作用，拥有广阔的市场空间，这一点毋庸置疑。虽然现在很多机构都对氢能未来的市场空间作出的预测数据不一，但是都有一个共同的特征——从长期看来，未来氢能产业的发展空间巨大。根据国际能源署预计，到 2050 年，氢能将满足全球 18% 终端能源需求，欧洲、美国、日本等国家纷纷将氢能作为能源技术革命的重要方向和未来能源战略储备的重要组成部分。到 2050 年，全球生产能源用氢的支出将达到 6.8 万亿美元，另外 1800 亿美元用于氢管道，5300 亿美元用于建设和运营氨解制氢终端1。1 挪威船级社，2050 氢能展望报告图表 1 氢能发展主要国家（地区）产能预测资料来源 ：《欧盟氢能战略》，美国《氢能计划发展规划》、日本《氢能利用进度表》《氢能基本战略》，《中国氢能产业发展报告 2020》2020202520302050中国● 氢气产量 3342 万吨● 电解槽装机规模 10GW 左右● 工业副产氧提纯为主，绿氢试点运营● 高压气氢运输为主● 全国氢气产量 3715 万吨● 电解槽装机 >35GW● 氢气产量 9690 万吨● 电解槽装 >500GW● 零碳排放制氢● 固定式发电装置产能 2 万台套 / 年，燃料电池系统产能550 万台套 / 年欧盟● 年产氢气 980 万吨● 电解槽 1GW，绿氧占比1.4%● 电解槽 6GW，年产绿氢100 万吨● 电解槽 40GW● 年产绿氢 1000 万吨，过剩可再生能源大规模制氢● 全部氢能生产中 1/3 为超低碳制氢● 大规模氢气发电示范项目● 可再生制氢装机大规模部署● 占能源需求的 25%美国● 实现绿氢年产能 1000 万吨● 电解槽成本 300 美元 /kW● 氢输配成本 2 美元 /kg● 占能源需求的 14%日本● 4000 吨氧气● 低压、高压发电成本分别为25 日元 /kWh，17 日元 /kWh● 30 万吨氢气● 制氢成本 3 美元 /kg● 发电成本 17 日元 /Wh● 500-1000 万吨氢气● 成本 2 美元 /kg● 发电成本 12 日元 /kWh其中，欧盟 REPower EU 方案中提出，到 2030 年实现内部生产可再生氢能 1000 万吨，进口可再生氢能1000 万吨，预计 2030 年欧盟可再生能源占能源供应的比例达到 45%，实现可再生能源装机 123600 万千瓦，光伏装机增加到 60000 万千瓦。中国氢能行业洞察与数字化发展报告 5 1 氢能行业概览2 科尔尼，“氢”心相助碳中和1.1.2 中国氢能行业发展概况2022 年 3 月，中国已发布氢能发展中长期规划，将氢能定位为未来国家能源体系重要组成部分和绿色能源转型载体，并计划在 2030 年前逐步建立完备的氢能产业体系。根据中国氢能联盟的预测，在 2030 年碳达峰愿景下，我国氢气的年需求量预期达到 3715 万吨，在终端能源消费中占比约为 5% ；可再生能源制氢约为 500 万吨，部署电解槽装机约 80GW。在 2060 年碳中和愿景下，我国氢气的年需求量将增至 1.3 亿吨左右2，在终端能源消费中占比约为 20%。其中，工业领域用氢占比仍然最大，约 7794 万吨，占氢总需求量 60% ；交通运输领域用氢 4051 万吨，建筑领域用氢 585 万吨，发电与电网平衡用氢 600 万吨。图表 2 中国氢能需求量预测（万吨）来源 ：中国氢能联盟1400012000100008000600040002000033423715527696901303020202030E2040E2050E2060E中国氢能行业洞察与数字化发展报告 6 1 氢能行业概览图表 3 2030 年和 2060 年中国氢能需求量及可再生能源制氢量资料来源 ：中国氢能联盟氢气的年需求量，万吨可再生能源制氢量，万吨氢气在终端能源消费中占比，%，右轴20%5%140001200010000800060004000200002030206025%20%15%10%5%0%3715500130009100随着需求量的攀升，氢气的产量也将快速攀升，其中可再生能源制氢的产能预计到 2060 年可上升至 9100 万吨，这意味着电解水制氢占比将逐步取代化石能源制氢和工业副产氢，成为中国占比最大的氢气来源。目前各地政府都把氢能看作未来经济发展的重要发展产业，产业园区作为区域经济发展、产业调整和升级的重要空间聚集形式，担负着聚集创新