碳中和简报：创新科技赋能碳中和：技术创新如何助力千行百业实现碳中和目标？

头豹碳中和简报头豹碳中和简报头豹碳中和简报 科技碳中和科技碳中和 摘要 摘要 核心观点：核心观点：核心观点： n电解水制氢技术可直接减少二氧化碳的排放，增加可再生能电解水制氢技术可直接减少二氧化碳的排放，增加可再生能源电力消纳路径，但目前发展受到电力成本和储运成本过高源电力消纳路径，但目前发展受到电力成本和储运成本过高的限制 的限制 n宝丰能源投建的国家级太阳能电解水制氢综合示范项目产耗宝丰能源投建的国家级太阳能电解水制氢综合示范项目产耗 结合，就地消纳可再生能源，同时将制氢装置融合煤化工产结合，就地消纳可再生能源，同时将制氢装置融合煤化工产业，推动传统能源转型升级 业，推动传统能源转型升级 n智能电网提高可再生能源并网消纳能力，推动电力系统低碳智能电网提高可再生能源并网消纳能力，推动电力系统低碳 经济运行，中国目前正处于配电网智能化和新型电力系统建经济运行，中国目前正处于配电网智能化和新型电力系统建设阶段 设阶段 n中国电信、国家电网和华为共建的青岛5G智能电网项目为中国电信、国家电网和华为共建的青岛5G智能电网项目为 传统电网升级和“5G+”起示范作用，展现了技术融合推动技术发展的强大生命力 传统电网升级和"5G+"起示范作用，展现了技术融合推动技术发展的强大生命力 头豹碳中和简报头豹碳中和简报 科技碳中和科技碳中和 目录目录 u摘要+摘要 02 04 04 05 06 07 08 09 10 技术创新如何助力子行百业实现碳中和目标？ u技术创新如何助力千行百业实现碳中和目标？ 电解水制氢技术综述·电解水制氢技术综述 国家级太阳能电解水制氢综合示范项目·国家级太阳能电解水制氢综合示范项目·智能电网综述智能电网综述 青岛5G智能电网项目，青岛5G智能电网项目 u相关报告产出一览+相关报告产出一览+相关报告产出一览u●法律声明法律声明 80 60 u报告阅读渠道 报告阅读渠道 头豹ewawleedlho.com 电解水制氢技术综述 电解水制氢技术可直接减少二氧化碳的排放，增加可再生能源电力消纳路电解水制氢技术可直接减少二氧化碳的排放，增加可再生能源电力消纳路径，但目前发展受到电力成本和储运成本过高的限制 径，但目前发展受到电力成本和储运成本过高的限制 背景介绍 背景介绍 中国氢气供给结构，2019年 加快绿氢制备技术发展刻不容缓加快橱驾制备技术发展刺不春级加快橱驾制备技术发展刺不春级 中国氢气供给结构，2019年单位：% 单位：% 为实现双碳目标，中国氢气需求量在2050年达6,000万吨，在能源体系中占比10%，但目前制氢产能严重不足，2050年 为实现双碳目标，中国氢气需求量在2050年达6.000万吨 137 在能源体系中占比10%，但目前制氢产能产重不足，2050年 氢能缺口或达2,500万吨。从供给结构上看，中国目前主要的氢能缺口或达2,500万吨。从供给结构上看，中国目前主要的氢能缺口或达2,500万吨。从供给结构上看，中国目前主要的 电解水制氢=电解水制氢天然气制氢 氢气来源为化石燃料，电解水制氢占比极小。但化石燃料制氢气来源为化石燃料，电解水制氢占比极小。但化石燃料制氢一方面原料受能源转型的影响供给量减少；另一方面制氢氢一方面原料受能源转型的影响供给量减少；另一方面制氢过程二氧化碳排放增加，无法作为最优的制氢选择。全流程过程二氧化碳排故增加，无法作为最优的制氢选择。全流程零碳排放的绿氢技术，如电解水制氢技术，是未来氢气制备零碳排放的绿氢技术，如电解水制氢技术，是未来氢气制备的主攻方向 天然气制氢 工业副产制氢 工业副产制氢煤制氢 63.54 63.54 煤制氢 的主攻方向 技术介绍 技术介绍 定义：电解水制氢是充满电解液的电解槽在直流电的作用下，通过电化学过程，将水分解为氢气和氧气定义：电解水制氢是充满电解液的电解槽在直流电的作用下，通过电化学过程，将水分解为氢气和氧气的过程。根据电解质的区别，可分为碱性电解（ALK）、阴离子交换膜电解（AEM)、质子交换膜电解的过程。根据电解质的区别．可分为碱性电解（ALK）、阴离子交换膜电解（AEM)、质子交换膜电解 （PEM）、固体氧化物电解（SOEC）四大类，其中AEM尚处在基础材料研发阶段 (PEM）、固体氧化物电解（SOEC）四大类，其中AEM尚处在基础材料研发阶段 电解水制氢技术不同电解质技术对比及效果电解水制氢技术不同电解质技术对比及效果电解水制氢技术不同电解质技术对比及效果 ALK PEM SOEC 直接减少二氧化碳排放量直接减少二氧化碳排放量 ALK SOEC PEM 技术阶段技术阶段转化效率转化效率运行温度运行温度(℃) 电解槽成本电解槽成本(美元/kw)电源要求电源要求 2020年全球化石燃料制氢产生二氧化碳排放量近9亿吨，占全球能源和工业二氧化碳排放的2.5%。采用碳中性或负碳的电解水制氢技术，能够直接有效地减少该部分碳排放 吨，占全球能源和工业二氧化碳排效的2.5%。采用碳中性或负碳的电解水制氢技术，能够直接有效地减少该部分碳排效 60%-75% 70%-90% 85%-100% 60%-75% 70%90% 85%-100% 70-90 50-80 700-1,000 700-1.000 70-90 5080 (℃) 400-600 约2,000 1,000-1,500 提高可再生能源电力利用效率提高可再生能源电力利用效率 400-600 约2,000 1,000-1,500 (美元/kw) 稳定稳定 技术成熟、技术成熟、成本低成本低 稳定/波动良好的可再良好的可再生能源适应生能源适应性 稳定 PEM电解制氢适配波动性较大的可再生能源发电系统，按制氢耗电量为5千瓦时/标方计算，2021年全国弃风、弃光电量可用于生产54.8亿标方的高纯度氢气，增加可再生能源电力的消纳途径 PEM电解制氢适配波动性较大的可再生能源发电系统，技制氢耗电量为5千瓦时/标方计算，2021年全国弃风、弃光电量可用于生产54.8亿标方的高纯度氢气，增加可再生能源电力的消纳途径 稳定/波动 稳定 部分电能可部分电能可部分电能可用热能代替用热能代替 特点特点 性 发展情况 发展情况 Ø挑战：①当前煤气化制氢成本为1.1元 /Nm3 ，而电解水制氢耗电成本已达3.34元 /Nm3 ，电费约占电解 挑战：(①当前煤气化制氢成本为1.1元/Nm3，而电解水制氢耗电成本已达3.34元/Nm3，电费约占电解 水制氢成本的80%，过高的电费限制电解水制氢技术推广：2)中国制氢资源地域间分配不平衡，且储 水制氢成本的80%，过高的电费限制电解水制氢技术推广；②中国制氢资源地域间分配不平衡，且储运技术相对落后，管束车和车载瓶现有标准未超过国外标准的50%，氢气储运成本较高 运技术相对落后，管末车和车载瓶现有标准未超过国外标准的50%，氢气储运成本较高 析》，OFweek氢能网，头豹研究院 析》，( OFweek氢能网，头豹研究院 国家级太阳能电解水制氢综合示范项目 宝丰能源投建的国家级太阳能电解水制氢综合示范项目产耗结合，就地消宝丰能源投建的国家级太阳能电解水制氢综合示范项目产耗结合，就地消纳可再生能源，同时将制氢装置融合煤化工产业，推动传统能源转型升级 纳可再生能源，同时将制氢装置融合煤化工产业，推动传统能源转型升级 案例 ：宝丰能源投建的国家级太阳能电解水制氢综合示范项目利用太阳能生产的电能电解水生成绿氢和案例：宝丰能源投建的国家级太阳能电解水制氢综合示范项目利用太阳能生产的电能电解水生成绿氢和绿氧，替代原料煤和燃料煤直供化工系统生产聚乙烯、聚丙烯等上百种高端化工产品。该项目装载了20绿氧，替代原料煤和燃料煤直供化工系统生产聚乙烯、聚丙烯等上百种高端化工产品。该项目装载了20万千瓦光伏发电装置、万干瓦光伏发电装置、1.000标方/小时的电解槽以及气化分离器、氢气纯化设备等装置系统1,000标方/小时的电解槽以及气化分离器、氢气纯化设备等装置系统 效果：项目全部投产后，预计每年氢气产量达1.6亿标方，氧气产量为0.8亿标方，可减少煤炭消耗25.4万吨，减少二氧化碳排放44.5万吨。未来可通过技术升级，将发电成本控制在0.068元/度，绿氢生产成本 整果：项目全部投产后，预计每年氢气产量达1.6亿标方，氧气产量为0.8亿标方，可减少煤炭消耗25.4万 吨，减少二氧化碳排放44.5万吨。未来可通过技术升级，将发电成本控制在0.068元/度，绿氢生产成本控制在0.7元/标方 控制在0.7元/标方 LE 智能电网综述智能电网综述 智能电网提高可再生能源并网消纳能力，推动电力系统低碳经济运行，中智能电网提高可再生能源并网消纳能力，推动电力系统低碳经济运行，中国目前正处于配电网智能化和新型电力系统建设阶段 国目前正处于配电网智能化和新型电力系统建设阶段 背景介绍 背景介绍 电网结构亟需转型电网结构巫需转型电网结构巫需转型 中国弃风、弃光情况，2017-2021年 中国弃风、弃光情况，2017-2021年 单位：亿千瓦时单位：亿干瓦时 可再生能源发电一方面受天气影响，随机可再生能源发电一方面受天气影响，随机性和波动性大；另一方面由于资源分布与性和波动性大；另一方面由于资源分布与经济发展水平不相匹配，电量供需不平衡。经济发展水平不相匹配，电量供需不平衡。 419 近几年来弃风、弃光率有所下降，但从数 近几年来弃风、弃光率有所下降，但从数值上看，值上看，2021年弃风电量和弃光电分别达2021年弃风电量和弃光电分别达206206亿子瓦时及68亿千瓦时，仍存在巨大的亿千瓦时及68亿千瓦时，仍存在巨大的资源浪费。十四五规划明确提出，资源浪费。十四五规划明确提出，2025年2025年中国可再生能源在一次能源消费增量中占中国可再生能源在一次能源消费增量中占比超比超50%，电网结构垂需转型，提高可再生50%，电网结构亟需转型，提高可再生能源电力利用效率能源电力利用效率 提高可再生能源并网消纳能力提高可再生能源并网消纳能力 智能电网可实现跨时间及跨区域的资源优化配置，智能电网可实现跨时间及跨区域的资源优化配置如各区域风能互补后,1分钟时间尺度输出功率波动率相比单个站点下降48.8%、74.7%，基本满足中国现行风电并网要求，推动可再生能源的规模化利用， 如各区域风能互补后，1分钟时间尺度输出功率波动率相比单个站点下降48.8%、74.7%，基本满足中国 现行风电并网要求，推动可再生能源的规模化利用解决因能源时空分布不均导致的弃风弃光现象解决因能源时空分布不均导致的弃风弃光现象 推动电力系统低碳经济运行推动电力系统低碳经济运行 发电厂商通过现代科技的应用，提高电力设备的使发电厂商通过现代科技的应用，提高电力设备的使发电厂商通过现代科技的应用，提高电力设备的使用效率，降低电能损耗；同时用户根据用电系统合理选择用电方式，实现经济与环保的双重效应 用效率，降低电能损耗；同时用户根据用电系统合理选择用电方式，实现经济与环保的双重效应 青岛5G智能电网项目 中国电信、国家电网和华为共建的青岛5G智能电网项目为传统电网升级和5G+"起示范作用，展现了技术融合推动技术发展的强大生命力 中国电信、国家电网和华为共建的青岛5G智能电网项目为传统电网升级和“5G+”起示范作用，展现了技术融合推动技术发展的强大生命力 案例：中国电信牵头联合国家电网山东青岛供电公司和华为技术有限公司共同打造青岛案例：中国电信牵头联合国家电网山东青岛供电公司和华为技术有限公司共同打造青岛5G智能电网项目，是国内规模最大的5G智能电网项目，实现了基于5GSA切片的智能分5G智能电网项目，是国内规模最大的5G智能电网项目，实现了基于5GSA切片的智能分布式配电、变电站作业监护及电网态势感知