中国耦合CCUS制氢机遇

中国耦合CCUS制氢机遇 INTERNATIONALENERGYAGENCY TheIEAexaminesthefullspectrum ofenergyissuesincludingoil,gasandcoalsupplyanddemand,renewableenergytechnologies,electricitymarkets,energyefficiency,accesstoenergy,demandsidemanagementandmuchmore.Throughitswork,theIEAadvocatespoliciesthatwillenhancethereliability,affordabilityandsustainabilityofenergyinits 31membercountries, 11associationcountriesandbeyond. Pleasenotethatthispublicationissubjecttospecificrestrictionsthatlimititsuseanddistribution.Thetermsandconditionsareavailableonlineatwww.iea.org/t&c/ Thispublicationandanymapincludedhereinarewithoutprejudicetothestatusoforsovereigntyoveranyterritory,tothedelimitationofinternationalfrontiersandboundariesandtothenameofanyterritory,cityorarea. Source:IEA.Allrightsreserved. InternationalEnergyAgencyWebsite:www.iea.org IEAmembercountries: AustraliaAustriaBelgiumCanada CzechRepublicDenmarkEstonia FinlandFranceGermanyGreeceHungaryIrelandItalyJapanKoreaLithuania LuxembourgMexicoNetherlandsNewZealandNorwayPolandPortugal SlovakRepublicSpain SwedenSwitzerlandRepublicofTürkiyeUnitedKingdomUnitedStates TheEuropeanCommissionalsoparticipatesintheworkoftheIEA IEAassociationcountries: ArgentinaBrazilChinaEgyptIndiaIndonesiaMoroccoSingapore SouthAfricaThailandUkraine IEA.Allrightsreserved. 摘要 氢能和碳捕集利用与封存（CCUS）技术将互为补充地在中国2030年前实现达峰 和2060年前实现碳中和承诺的进程中发挥重要作用。氢能可以通过在工业过程中用作燃料和原料、燃料电池电力运输以及生产用于航运和航空的合成烃燃料等方式为中国的能源系统脱碳战略做出贡献。本报告中的情景分析表明，到2060年，可再生能源电解产生的氢气可满足大部分氢气需求，为现有氢气生产设施配备CCUS可作为减少排放和扩大低排放氢气供应的补充战略。 本报告是与中国21世纪议程管理中心（ACCA21）合作编写。报告根据国际能源署和中国氢能联盟独立开发的情景，探讨了中国目前氢能和CCUS发展现状，并分析到2060年中国经济产业各部门对于氢气需求的潜在演变过程。报告还对不同制氢路线的经济性和生命周期排放进行了比较评估。最后，报告讨论了在部署CCUS和氢能方面的潜在协同效应，并阐述了在中国部署CCUS耦合制氢所需的融资机制和支持政策。 IEA.Allrightsreserved. 致谢 本报告由国际能源署（IEA）可持续发展、技术和展望局的TimurGül主任领导的能源技术政策部门与黄晶主任领导的中国21世纪议程管理中心（ACCA21）合作编制。 IEA的领衔作者是MathildeFajardy，以及前IEA人员NielsBerghout和徐冬。前IEACCUS工作组负责人SamanthaMcCulloch对报告的撰写提供了大力支持和指导。PraveenBains,SimonBennett,JoseMiguelBermudezMenendez,SaraBudinis,ElizabethConnelly,AraceliFernandezPales,CarlGreenfield,PeterLevi,RebeccaMcKimm,RachaelMoore,UweRemme,和朱尔璞等IEA其他人员对报告提供了宝贵的意见和建议。杨碧晴，杨志宇及CarolineAbettan也提供了必要的支持。 中国二十一世纪议程管理中心的领衔作者是张贤。黄晶、柯兵和陈其针在报告准备过程中提供了重要审查和指导意见。在马乔、贾国伟、刘家琰、吕昊东、张东阳、张雪晶、杨念的协助下，史明威、彭雪婷完成了报告里部分数据的提供和分析工作。 来自中国各相关机构的专家学者们在北京理工大学魏一鸣副校长统一协调组织下，参与了报告的准备、数据分析和编写工作，为报告的完成付出了大量努力。具体参与单位及人员名单包括： 中国氢能联盟研究院（CHARI）：在中国氢能联盟秘书长刘玮的指导下，万燕鸣组织熊亚林，王雪颖和肖晨江为本报告编制提供了高质量的数据支持和分析研究。 国家能源集团新能源技术研究院(NETRI)：在崔青汝副总的指导下，徐冬和王志勇开展了相关数据支撑和报告撰写修改等工作。 北京理工大学(BIT)：在魏一鸣副校长指导下，李家全在李小裕，杨波，廖华，梁巧梅，康佳宁，张云龙，赵鲁涛，戴敏，徐硕，崔鸿堃，彭淞，纪一卓的协助下开展了部分报告的编制工作。 北京师范大学：刘兰翠教授为本报告提供了数据分析和报告修改工作。 中国矿业大学(北京)：樊静丽教授组织李凯、王钰璇、项小娟、毛依帆、鲜玉娇、王兵等一起开展了部分报告主体的编制。 IEA.Allrightsreserved. 中国科学院岩土力学研究所(IRMSM)：魏宁研究员在刘胜男的协助下开展了部分报告分析和案例分析等工作。 国际能源署通信和数字办公室协助并完成了最终报告和网站材料的制作，相关人员包括AstridDumond,ClaraVallois,LucileWall和ThereseWalsh。该报告由KristineDouaud负责编辑。 在史明威、王志勇、李家全、万燕鸣、刘兰翠、樊静丽、魏宁、杨志宇,杨碧晴和 RebeccaMcKimm等人的协助下，张贤和徐冬组织并完成了报告的翻译工作。 IEA.Allrightsreserved. 目录 执行摘要7 第一章：中国的氢能机遇10 中国的碳中和承诺10 温室气体减排中的氢能价值11 中国氢能产业发展现状12 中国氢能产业发展机遇13 低排放制氢中的CCUS技术16 中国的低排放氢标准21 第二章：中国氢能工业展望23 中国氢能产业未来蓝图23 中国氢能供需关系展望24 氢能在工业和燃料转化中的应用26 氢能在交通领域的应用29 氢能在发电领域的应用31 氢能在建筑领域的应用31 第三章：低排放氢生产路线33 氢能耦合CCUS33 其他低排放制氢路径36 制氢路线比较41 第四章：促进氢与CCUS的协同效应45 氢能和CCUS的潜在协同作用45 氢与CCUS在产业集群中的协同定位46 低成本CO2捕集机会47 CO2利用可产生收益47 生物质制氢结合CCUS技术实现碳移除52 政策建议53 参考文献55 附录60 附录A：中国氢能项目60 附录B：中国煤化工CCUS案例研究62 缩写对照表67 术语表67 IEA.Allrightsreserved. 执行摘要 中国氢能和CCUS技术发展机遇 氢能和碳捕集利用与封存（CCUS）技术将互为补充地在中国实现碳中和进程中发挥重要作用。中国承诺2030年前实现达峰，并在2060年前实现碳中和，这需要能源系统的深刻变革。中国碳中和政策文件已将低排放氢能和CCUS技术作为关键优先领域。 中国氢能产量居世界首位，但当前生产过程具有高碳排放量的特征。2020年，中国氢产量约为3300万吨，约占全球产量的30%。目前，氢的需求主要来自化工与炼油行业，中国的领先产量源于在全球化学品市场中的巨大份额和庞大的炼油产能。中国是目前世界上唯一大规模采用煤炭制取氢气的国家。2020年，中国约有三分之二的氢产自煤制氢工厂，制氢业共排放3.6亿吨CO2。 现有制氢设施加装CCUS是减少排放和扩大低排放氢供应的关键举措。要使氢气为中国碳中和目标实现做出贡献，将制氢过程转向低排放排放至关重要。最具前景的低排放制氢路线包括可再生电力电解水制氢，或耦合CCUS的化石燃料制氢。中国很多现有煤制氢工厂在近期建成，碳排放量大，且可能在未来数十年运行，加装CCUS将对这些工厂的减排具有关键作用。 在煤炭资源丰富和具备CO2封存条件地区，CCUS还可为新增制氢产能提供可行的、具有成本效益的选择。考虑到中国本土天然气资源有限，以及中国庞大的煤气化工厂数量，耦合CCUS的煤制氢技术仍将持续为中国重要的化石燃料制氢路线。不过，从21世纪30年代起，电解水制氢很可能逐步成为中国主要的制氢技 术路径。到2060年，随着电解槽和可再生能源预期成本降低，可再生电力电解水制氢占中国氢供应总量的比例可达80%。 氢能在经济社会系统中发挥越来越重要的作用 氢能的利用可以解决中国目前在能源和排放方面面临的一系列挑战。低排放氢能可助力多部门（包括长途运输、化工和钢铁等）的深度减排。将氢气作为能源载体还可以改善空气质量，降低能源进口依赖，并促进技术创新。基于上述原因，中国氢能联盟提出倡议：到2060年，将氢能在中国终端能源需求中的占比提高到20%。 氢能将在中国2060年前实现碳中和目标的战略中发挥重要作用。在国际能源署 （IEA）的承诺目标情景（APS）中，为实现气候目标，到2060年，中国氢能需 7 IEA.Allrightsreserved. 求可能增加3倍以上。其中，三分之二的增长来自交通部门的氢气和氢基燃料需求，近三分之一与工业过程中的氢燃料和原料需求有关。 在IEA承诺目标情景下，到2030年，中国氢气需求量将增长至3100万吨，部分原因是由于氢制甲醇、炼油和煤化工等传统需求的增长；同时氢能的新用途（包括作为燃料或原料在非化学工业、交通、建筑等部门中的应用）也在逐步发展。氢市场将在21世纪30年代开始迅速发展，到2060年需求将超过9000万吨，主要原因是燃料电池重型卡车和航运、航空氢基燃料市场的快速增长，以及工业部门对于氢基燃料和氢基原料需求不断增长。 有针对性的支持举措能够扩大中国的氢能需求。中国氢能联盟的分析表明，针对性氢能政策和支持举措可以带来更大的市场需求。基于不同于能源系统模型框架的自下而上方法，中国氢能联盟对中国氢能的技术和商业潜力进行了详细评估。结果表明，到2030年，中国氢需求将增至3700万吨，到2060年将增至1.3亿吨，其中交通和工业领域中氢和氢基燃料的增长尤为显著。 CCUS支持具有成本竞争力的氢能技术发展 在中国煤炭资源丰富、CO2封存条件较好、可再生能源有限的地区，耦合CCUS的煤制氢技术将是一种低成本制取低排放氢的选择。中国的制氢成本因地而异，受多方面因素影响，其中资本成本、可再生能源的成本和可获得性是关键。目前中国耦合CCUS的煤制氢的成本为1.4~3.1美元/kgH2。可再生能源电力电解水制氢更为昂贵，受电力的来源和可获得性影响，成本为3.1~9.7美元/kgH2