从燃料氢全生命周期温室气体排放视角看中国燃料电池汽车示范城市群建设

研究报告 OCTOBER2022 从燃料氢全生命周期温室气体排放视角看中国燃料电池汽车示范城市群建设 周圆融（国际清洁交通委员会) 张真、黎妍（中国电动汽车百人会） www.theicct.orgcommunications@theicct.org twitter@theicct BEIJING|BERLIN|SANFRANCISCO|SÃOPAULO|WASHINGTON 鸣谢 我们在此诚挚感谢专家咨询团队（张永伟、陈建华、郝春晓、刘斌、王贺武、刘岱宗）为本次研究所做出的贡献，感谢课题组成员（苗乃乾、云沚婷、张蕾蕾、李希成、张家斌、孙琪深等）对背景材料的收集与整理，感谢中国汽车技术研究中心有限公司、上海燃料电池汽车商业化促进中心、佛山环境与能源研究院等机构单位提供的帮助，同时感谢ChelseaBaldino、何卉、牛天林、NikitaPavlenko和FelipeRodríguez对本报告进行审阅并提供建设性意见。本报告中的内容仅代表作者的观点和立场。最后感谢王若素协助对报告进行翻译。本报告涉及的示范城市群及牵头城市的信息主要来源各示范城市群的示范目标与实施方案等公开信息、合作伙伴提供的素材、课题组的实际调研，因为统计口径和时效性问题，可能会出现信息错误或数据偏差，如若发现此类问题，欢迎指正。 EditedbyGaryGardner InternationalCouncilonCleanTransportation1500KStreetNW,Suite650 Washington,DC20005 communications@theicct.org|www.theicct.org|@TheICCT ©2022InternationalCouncilonCleanTransportation 执行摘要 交通运输领域在中国温室气体排放中的占比约10%，目前中国政府正在积极推广燃料电池汽车（FCV）和低碳燃料氢，以助力交通运输部门脱碳。2020年，中国财政部等五部委联合启动了开展燃料电池汽车示范应用的通知并征集符合条件的示范城市群。在2021年至2022年间，共选定了京津冀、上海、广东、河南和河北五个城市群开展示范，牵头城市分别是北京市、上海市、佛山市、郑州市和张家口市。在此次示范项目下，每个城市群可获得最高18.7亿元人民币（约3亿美元）的资金，以支持燃料电池汽车和燃料氢市场的发展。 在该示范项目中，燃料氢的碳强度（CI）是主要评价标准之一。针对燃料氢的碳强度要求分为准入要求和奖励要求。准入要求是指示范城市群项目下使用的 燃料氢的碳强度需要低于15kgCO2/kgH2（相当于125gCO2/MJ），才能够符合获得资金的资格。奖励要求是指示范城市群项目使用的燃料氢的碳强度需要低于5kgCO2/kgH2（相当于41.7gCO2/MJ），符合该要求的燃料氢视 为清洁氢，可以获得额外的奖励。显然，该规则的目的是鼓励低碳氢的生产和 使用，但当前的设计方案仍然存在一定的不足。首先，官方发布的文件缺乏碳排放量计算方法的规定细则和指导，比如文件中没有具体定义碳排放的评估边界；据相关管理部门的工作人员表示，示范项目对燃料氢碳强度要求仅考虑制氢环节中的排放，也就意味着未考虑上游和下游的碳排放。此外，示范项目下的两项碳强度要求的严格程度是否足以推动低碳氢在中国实现规模化可持续发展也有待进一步研究。 在本研究中，我们对11种制氢方式的碳强度进行了评估，并将评估结果与示范城市群项目中规定的两项碳强度要求进行了比较。根据示范城市群项目的排放边界，我们估算了制氢环节中所产生的二氧化碳（CO2）排放量；同时也计算了这些燃料氢的全生命周期（well-to-wheel“油井到车轮”）温室气体排放，以便更全面地了解燃料氢的气候影响。图ES1中展示了本次研究的分析结果。在11种制氢方式中，在准入要求方面，只有煤气化制氢在生产阶段的碳排 放超过了15kgCO2/kgH2，不符合示范项目的准入要求。在奖励要求方面，有四种制氢方式符合获得额外奖励的要求：（1）天然气制氢结合碳捕集与封存（CCS）技术、（2）填埋气制氢、（3）100%可再生电力水电解制氢以及（4）平均电网水电解制氢。虽然从制氢环节来看，平均电网水电解制氢达到了奖励 要求，但从全生命周期温室气体排放角度来看，该制氢方式的碳强度是11种制氢方式中最高的，其温室气体排放量甚至比柴油还要高出很多。相比其它制氢方式，平均电网水电解制氢对整个减排目标并未起到更加积极的作用。长远来看，中国可再生电力在电力结构的占比正逐年攀升，电网水电解制氢的碳排放也会随之逐渐降低。然而，可再生电力的发展是一个循序渐进的过程，需要经过长时的建设与发展，因此也决定了电网水电解制氢势必存在高碳排放的中间过渡期。目前仅考虑制氢环节的碳排放，旨在鼓励实现水电解技术的规模化推广和应用，但未来，也需要考量对社会带来的气候影响，以及燃料氢对交通部门脱碳的实际意义。 制氢环节二氧化碳排放准入要求 生命周期温室气体排放奖励要求 填埋气 SMR 天然气液态天然气焦炉煤气 SMR+CCS 天然气 SMR 甲醇裂解 平均电网水电解制氢 汽油柴油 裂解副产氢 副产氢 可再生电力水电解制氢 （绿氢） 氯碱副产氢 工业副产氢 煤制氢+CCS 煤气化制氢 400 300 200 gCO2当量/MJ 100 0 -100 -200 -300 -400 -500 图ES1.中国11种燃料氢制氢过程的二氧化碳排放和全生命周期温室气体排放，采用GWP-100值。平均电网水电解制氢是基于全国电网平均构成情况，工业副产氢采用系统扩展法进行评估。 基于本次研究的分析结果，我们为中国在国家层面以及地方政府层面提供以下政策建议，希望这些建议可以为发展低碳氢市场提供一些思路。这些思路可以在示范城市群项目中采纳应用，也可以用于后续的各项燃料氢相关政策参考。 1.为燃料氢设定相对严格的碳强度要求。具体可以通过以下方式实现：（1）扩大排放评估边界，涵盖燃料氢全生命周期“油井到车轮”的温室气体排放；（2）加强碳强度要求,可以参考欧美经验。例如，在欧盟的目标中，交通运输部门使用的燃料氢需满足全生命周期温室气体减排70%的要 求，该要求相当于28gCO2当量/MJ或3.5kgCO2当量/kgH2的排放量。欧盟的这个要求比中国示范城市群项目下设定的清洁氢奖励要求限值或中 国T/CAB0078-2020标准中的“清洁氢”碳强度限值都更为严格。通过参考欧盟经验，中国可以制定更为严格并且符合中国实情的碳强度要求。虽然在发展初期中国很难设定像欧盟那样激进的目标，但中国仍然有必要对燃料氢实施更加严格的碳强度要求，以确保燃料氢能够相对于使用化石燃料更加低碳环保，实现交通部门温室气体减排的目标。 2.要求水电解制氢提供绿电证书且不鼓励使用煤炭作为制氢原料。对于使用电网进行水电解制氢的生产企业，应要求其提供购买与电网使用量 相匹配的绿电证书。煤制氢具有重大的气候风险，不鼓励使用煤炭作为制氢原料则符合向清洁燃料过渡转型的国家目标。 3.为燃料氢建立强有力的碳核算、认证和审核体系。构建一套具有详细排放核算指南的体系是确保合规和避免虚假申报造成潜在气候风险的关键。此外，还需要针对水电解制氢制定强有力的认证和审核方案，以确保 所使用的可再生电力是额外发电生产的，避免挪用当前已在使用的可再生能源。对于可再生能源，电力作为载体，其效率高于燃料氢作为载体。从能源的整体效率和消纳而言，只有保证制氢的绿电具有额外性，可再生能源水电解制氢才具备促进可再生能源消纳的意义。 4.为低碳氢提供更大力度的财政支持。在示范城市项目下，用于燃料电池汽车环节的资金奖励是用于制氢环节的7.5倍。建议提供更多的财政激励用来扩大发展从全生命周期角度真正低碳的制氢方式，例如可再生电 力水电解制氢（绿氢）。 5.放宽对绿氢生产区域的限制。中国现行法规规定必须在化工园区生产氢气。这样的法规阻碍了低碳氢的规模化发展，因为在实际生产中，各地的化工园区和可再生能源资源在空间上的分布并不一定重叠。 6.探索更多氢能产业的非财政补贴扶持政策。目前中国在氢能主要以补贴、税收优惠等财政补贴为主，此类模式往往能在产业发展初期发挥较好的激励作用，但从长期来看难以具备持续性。未来，需要在路权、通行 便利等方面提高消费者的使用体验，以及通过配置营运指标、公共部门采购以及更新置换等强制性手段扩大需求，适当放宽在氢能产业用地、流程审批等方面的限制，丰富氢能的非财政补贴激励政策，促使相对单一的补贴为主的政策体系转向多元化。 目录 执行摘要i 背景1 中国氢能发展概况1 燃料电池汽车示范城市群项目1 中国燃料氢的温室气体排放8 制氢方式8 方法论9 结果与讨论11 示范城市案例分析17 北京17 上海19 佛山20 国际氢能政策23 欧盟23 美国23 政策建议25 为燃料氢设定相对严格的碳强度要求25 要求水电解制氢提供绿电证书并控制使用煤炭作为制氢原料26 为燃料氢开发强有力的碳核算、认证和审核体系27 为清洁氢、低碳氢提供更大力度的财政支持28 放宽绿氢生产区域限制29 探索更多氢能产业的非财政补贴扶持政策29 结论30 附录32 参考资料37 背景 中国氢能发展概况 交通运输领域是我国碳排放主要终端部门之一，2020年，其碳排放量达到9.3亿吨，占全国终端碳排放的10%左右。因此，交通部门的脱碳情况影响着我国整个碳中和进程(中国电动汽车百人会,2020)。在《2030年前碳达峰行动方案》中明确提到，要推动运输工具装备低碳转型并积极扩大燃料氢等新能源、清洁能源在交通运输领域应用(国务院,2021)。未来，氢能替代燃油、天然气等高碳排放化石燃料，助力交通运输的低碳转型，将是中国交通运输行业的重要发展趋势之一。 《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》提出，到2025年实现燃料电池汽车（FCV）保有量约5万辆的目标(中国国家发展和改革委员会,2022)。以氢燃料电池大巴汽车为基准，该规模预计可每年减少交通运输领域约三百万吨的碳排放。然而在2021年，中国燃料电池汽车保有量仅为8938辆(中国汽车工业协会,2022)，整体规模偏小，与5万辆的目标还存在较大差距，因此需要更多的激励措施推动氢燃料电池汽车的规模化发展。 燃料氢可以由多种原材料、多种生产途径制得，包括电力、煤炭、天然气等等。各制氢方式的碳强度有所不同，因此选择真正低碳的燃料氢对交通部门低碳化发展至关重要。正因为此，中国正致力于推动绿氢的生产，也就是由可再生电力水电解制氢生产的氢气，具体目标是到2025年绿氢的年产量达到10万至20万吨(中国国家发展和改革委员会,2022)。同时，为了扩大燃料电池汽车的规模和低碳氢的使用，中国在2020年推出了燃料电池汽车示范城市群项目。 燃料电池汽车示范城市群项目 2020年，中国财政部等五部委1联合启动了组建燃料电池汽车示范城市群的政府工作(财政部,2020)。此次在城市群开展燃料电池汽车示范应用的工作由财政部牵头，旨在通过中央财政、地方财政以及企业资金的投入来提高燃料氢消费量、燃料电池汽车销量以及推进氢燃料电池关键材料和核心部件的研发创新，从而推动整个燃料电池汽车市场的规模化应用和商业化发展以及降低交通运输领域的碳排放。每个申报城市群由一个牵头城市以及若干参与城市组成。各城市通常具有氢能产业链的某个环节的产业优势，或具备氢源优势，或具有先进的关键零部件研发生产能力，或具有规模较大、品牌影响力较好的整车制造企业，或具有特有的下游应用场景。因此，每个城市群内能够建立从上游制氢到下游用氢的较为完备的氢能全产业链，形成较好的氢能产业集群。在示范城市群中，牵头城市主要负责总体的规划，包括制定城市群示范实施方案，进行城市群内各参与城市的任务分工。此外，牵头城市还需负责跟进各自城市群参与城市的工作实施进展，并向财政部进行工作报告。 1财政部、工业和信息化部、科技部、发展改革委、国家能源局。 在四年的示范期内，每