可再生氢在中国的前景及在工业脱碳中的作用

印记 分析“可再生氢的前景 中国在工业脱碳和它的作用”是由集市Energiewende在吗框架的中德能源过渡 项目。该项目得到了德国的支持联邦经济Aairs和气候 行动(BMWK)和中国国家能源政府在中德的框架 能源合作伙伴关系。德国公司协会 毛皮国际歌Zusammernarbeit(她们)GmbH是一家领导项目实施合作 与集市Energiewende和德国 能源署(dena)。这种分析提供了一个可再生氢的现状的概述 生产在中国,说明了它的潜力工业脱碳和比较 国家德国和氢的策略中国,致力于环保和画支持建立 在中国可再生氢价值链。 ■项目管理 克里斯托弗,她们 ■科研管理 伊莎多拉王 isadora.wang@agora-energy.org ■作者 伊莎多拉·凯文Jianjun涂 ■确认 作者要感谢马蒂亚斯 多伊奇,运行Zhang-Class,安德斯抛, 费边Barrera)、陈XueqianYanmingWan 深刻的评论。这篇论文和研究背后也没有 不可能提供的支持 德国公司协会毛皮国际歌公司(她们)GmbH以及集市与中国的密切合作在其他关键EV100氢中心 利益相关者。当然,如果有错误作者的自己。 ■图形 BMWK/覆盖 凯文Jianjun涂(第四页)Unsplash/Yusen太阳(p.13)Unsplash/泡菜星团(王泽鉴)Unsplash/穆卡斯蒂略(第11期)Unsplash/马克康尼锡(p.25) 中国可再生氢的前景及其在工业脱碳中的作用 执行概要执行摘要 作为全球最大的氢能生产和消费国，中国每年生产氢气高达3,400万吨左右。中国当前制氢路线以煤 为主（72%），并有约450万吨未被有效利用，未来可用于工业脱碳等领域，并能为可再生氢产业链的建 设打好基础。中国的电解制氢仍处于起步阶段，各地规划的32个可再生氢气试点项目设计年度总产能已 超过29.7万吨。推动中国可再生氢产业链发展重在下游应用端。然而，氢作为一种能源载体，在转换过程中伴随较大的能量损耗。因此，如何尽快明确最适合可再生氢应用的场景，即“无悔”选项，已成为当务之急。氢能有望成为大规模、长时间储能的解决方案，为风电、光伏等间歇性可再生能源发电提供托底保障。可再生氢也有望助力排放密集型工业流程的深度脱碳。在上述应用场景中，可再生氢能够有效替代化石燃料作为能源载体和生产原料的双重角色。以钢铁行业为例，氢直接还原铁可以大幅降低焦炭消费。在海运和长途飞行领域，直接通过电气化减少碳排放不但效率低下而且成本高昂，采用可再生氢被广泛认为是实现净零排放的不二法门。 中国和德国同为制造业大国，都设置了在本世纪中叶实现净零排放的气候目标，因此在清洁能源转型领域面临着诸多共同挑战。尽管俄乌冲突全面爆发导致了全球范围的能源安全焦虑，德国仍在为实现2045年气候中性目标而加速布局可再生氢能政策和产业，以有效支撑本国的清洁能源转型进程。作为极具气候雄心的发达经济体，德国在氢能经济领域的经验和教训可以帮助中国培育本国处于起步阶段的可再生氢产业链。本文从氢能治理结构、提高氢能经济可行性措施和促进氢能应用等方面剖析了德国2020年6月发布的《国家氢能战略》。结合中国2021年3月发布的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》以及电动汽车在中国的发展历程，作者基于中国具体国情提出了以下有针对性的政策建议： ●为更好更快建立工业化规模的低碳氢供应链，中国应在充分利用本国现有化石燃料制氢产能的同时激励可再生氢产能的持续增长。基于中国在电动车发展助力交通行业减排过程中所取得的经验，在氢能产业链规模化之前，扩大氢能的下游需求与上游的低碳生产应该区分对待。扩大可再生氢产能应与鼓励氢能大规模应用同时推进，从而在氢能产业链的上、下游之间产生正向激励效应。另一方面，本世纪初以来全国燃煤发电装机的快速扩张已提前锁定了巨量煤炭需求，中国应以此为鉴，尽量避免进一步扩大现有化石燃料制氢产能规模。 ●氢能管制应更多侧重其能源属性。目前，中国仍将氢气作为危险化学品进行标识和监管，对其能源属性没有予以充分考量和反映。对氢能的危化品定位在生产选址、道路运输、市场准入、终端应用以及标准化等方面带来了一系列重大挑战。中国未来是否能够更加合理地对氢能进行定位是实现氢能规模经济性的重要先决条件。 ●可再生氢在工业深度脱碳中的作用应被优先考虑，并重点聚焦钢铁、石油化工和煤化工产业。鉴于可再生氢在重工业应用中的巨大潜力，工业脱碳应成为中国实现可再生氢供应链规模经济性的重点领域。除了尽快将排放密集型的工业行业纳入全国碳排放交易体系，还应考虑将德国乃至欧洲的创新政策和金融政策工具针对中国国情进行定制和试点，尤其是绿钢的政府采购、碳差价合约和气候友好型原材料的需求配额。 ●为更好促进可再生氢在中国的发展，应建立氢能部际协调机制，并最好由国务院直接领导。否则，氢能治理的职责如果长期分散在在不同部委之间，将会阻碍氢能的长足发展，并使中国错失先机。建议由该高层协调机制主导对建设跨省氢能管道这一无悔基础设施的必要性和规划展开调查研究，以积极应对中国氢气生产、消费地理错配的挑战。 ●中央和地方政府补贴氢能发展时，应在制度设计层面防范“骗补”乱象并促进公平竞争。根据以往补贴政策实施过程的经验教训——尤其是电动汽车领域——中国氢能监管框架应重视制约与平衡，并纳入多重监督机制。 ●为了缩小与发达经济体在氢能核心技术领域的差距，中国应考虑为包括跨国公司与本土企业在内的市场主体营造更加公平的竞争环境。如果能够大幅加强知识产权保护、积极消除市场准入壁垒，中国将能更好地深化与发达经济体在可再生氢领域的国际合作，并吸引欧盟特别是德国公司来华展开互利双赢的技术合作和商业投资。 2 中国可再生氢的前景及其在工业脱碳中的作用 内容 ◆1现状：中国制氢以化石燃料为主1 1.1在中国依赖煤炭制氢2 1.2扩大中国氢气利用的巨大潜力3 1.3中国可再生氢经济的理由5 1.3.1多才多艺的氢5 1.3.2部门通过可再生氢耦合5 1.3.3通过可再生能源电解水降低氢气的碳强度7 1.4在中国可再生氢8 1.4.1华北地区可再生制氢集中8 1.4.2可再生氢供需不匹配9 ◆2无悔：氢能在中国工业脱碳中的作用10 2.1可再生氢的应用场景11 2.2在工业过程中无悔地使用可再生氢12 ◆3德国国家氢能战略及其对中国的影响13 3.1德国氢能政策工具和专门的治理14 3.1.1结构化的治理和政策环境14 3.1.2使可再生氢经济可行的15 3.1.3促进氢在关键下游行业的应用15 3.1.4欧盟碳边界调整机制（CBAM）和气候俱乐部的影响16 3.2中国的国家战略氢17 3.2.1改善氢价值链治理的协调17 3.2.2详细配套政策尚未出台18 3.2.3需要强调氢在工业脱碳中的作用18 ◆4中国电动汽车项目的经验和教训19 4.1上游发电和下游电动汽车部署分离20 4.2避免欺诈行为,促进公平竞争21 ◆5政策建议22 ◆附件A中国可再生氢能项目一览表24 ◆附件B中国氢能治理的主要利益相关者名单28 ◆参考文献29 3 1 现状:制氢 在中国以化石燃料为主 除了极少数情况下,氢分子可再生氢经济已经得到全世界 不是自然发生在地壳中，但经常与氧气，碳，氮气或其他在 oms形成化合物比如水(H2O),水电- 碳(换个)或生物质(CxHyOzNa)。因此, 大规模生产氢气的技术是分离的制造路线不同 氢的各种化合物。是什么让氢经济——假设的未来系统通过使用提供能源和原材料氢-具有挑战性的是水 Gen价值链，包括生产，运输， 存储和最终用途可能并不总是明确的边界。换句话说，制氢和 消费通常发生在同一个工业设施中关系，和氢产消者包括但不必要仅限于焦炭、氨、 甲醇、氯碱、石化产品及甲醇、氯碱煤制油、煤制 天然气、煤制烯烃和煤制乙二醇。 氢由来自可再生能源 来源通常被称为“可再生氢”国际背景，尤其是欧洲 联盟（欧盟）。1目前，中国缺乏国家标准。 dard用于可再生氢，但欧盟的定义是 被广泛接受的。随着更多的国家采用na- 氢能战略和不断上升的业务 SIASM走向示范项目，概念 在中国依赖煤炭制氢 1.1 动量。然而，迄今为止，全球96%的氢能供应仍然来自基于化石燃料的产品 蒸汽甲烷重整（SMR）等路线，煤的气化和焦炭制造。 加速全球清洁能源转型和 到本世纪中叶实现气候中和，有一个共识是世界必须大幅遏制化石 燃料消耗。尽管氢- 在能源和化工行业中可有可无几十年，现有的环境足迹 氢价值链是不可持续的。因此，在ju- 具有净零排放目标的指标，例如欧盟和中国电解氢生产战绩 在可再生能源引起了人们的关注 具有潜力的多功能和可持续能源载体帮助能源经济脱碳，特别是在 碳密集型工业部门。 作为中国第二大贸易伙伴和广告发达经济与雄心勃勃的气候愿望,欧盟整体，特别是德国 在概念化和培养 可再生氢经济的全球发展。 当然，欧洲的做法和教训，尤其是来自德国的那些，与政治特别相关中国最大的制氢商和 世界上消费。 图1.2020年按来源分列的氢气生产组合：中国与世界 19% 60% 21% 词(副产品分离) 中国(副产品分离) 65% 14% 1% 20% 18% 48% 30% 4% 词(由源) 中国(源) 72% 14% 10%4% 煤炭天然气石油电解专用电解副产品 资料来源：IRENA、IEA和作者自己的估计。 1资料来源：欧盟委员会，2022年3月12日https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-system-integration/hydrogen_en访问。 在供应方面,国家制氢 中国各地估计将达到3410万吨 （Mt）在2020年，同比（同比）略微上升2%从2019年的33.4公吨开始。制氢 中国以化石燃料为主，占96%的化石燃料。层来自煤、天然气或石油。电解 包括氯碱副生产和水电 特洛利斯仅占全国剩余的4%输出。燃煤氢生产行列 首先，72%的市场份额主要归功于圆顶煤炭资源丰富，价格合理 作为中国政府在很大程度上支持的态度面向煤化工行业，特别是在 当地政府层面(图1)。 在煤成氢方法,煤炭gasifi- 阳离子超过副产制氢焦炭和氯碱制造，以及 输出量分别为14.4吨、10.4吨和1.0吨对2020年(图2)。 目前，我国电解氢生产 仍处于婴儿阶段，由大约510人组成可再生沙吨/年产量（kt/年） 氢能示范项目（见附件A：清单）中国可再生氢项目）和925kt/氯碱副产的年供应量。康塞- 通常，通过可再生能源电解水（重新再生氢)更是可以忽略不计。 扩大中国氢气利用的巨大潜力 1.2 图2。中国氢流2020 氨10.6公吨 煤气化14.4公吨 甲醇8.0公吨 可口可乐生产10.4吨 加热5.0公吨 油3.3吨 废物4.5吨 天然气4.7公吨 精炼3.0公吨 氯碱1.0公吨电解水0.5公吨 其他3.2公吨 在需求方面,氨制造业中国最大的氢消费行业, 其次是甲醇合成、石油可以- ING、氯碱等工业过程 副产品氢气，在现场利用氢气 用于工艺加热或作为原料。4.5米/年国家制氢和差距 行业的消费代表氢 废物流。造成这种情况的因素有很多。焦炭 焦炉产生的炉气和合成煤气化炉中产生的气体是 drogen、甲烷、一氧化碳(CO)等杂质。在中国引入示范之前 氢燃料电池汽车的城市群，它使用在经济上对分离氢气没有吸引力用于使用而不是现场燃烧以加热焦炉（5.0吨）或作为甲醇原料气(1.0吨/年)和氨合成制造 （0.3吨/年），或干脆作为废物排放要求将氢气标记为危险品并将其处理 负责。与此同时，另外0.4吨/年的副产品氢气被浪费在各种氯碱制造中 由于缺乏适当的规划而导致的图灵设施和流程优化。因此，巨大的潜力 旨在通过以下方式进一步提高材料效率：走出中国氢供应链的岁月 来了。 考虑的大小和组成hy- 德罗根在中国生产，自然要开始该国刚刚起步的氢经济通过关注关于副产氢气