中国的绿色氢 - 进步路线图

W H I T E P A P E RJ U N E 2 0 2 3 免责声明 本文档由 世界经济论坛作为对项目、洞察领域或互动的贡献。本文表达的调查结果、解释和结论是世界经济论坛促进和认可的合作进程的结果，但其结果不一定是代表世界经济论坛的观点，也不代表其所有成员、伙伴或其他利益攸关方的观点。 © 2023世界经济论坛。保留所有权利。本出版物的任何部分不得以任何形式或任何方式复制或传播，包括影印和记录，或通过任何信息存储和检索系统。 Contents 简介：伟大的使命，任重而道远9目标1费用141.1生产成本是扩大规模的核心制约因素14绿色氢1.2目标2基础设施192.1基础设施不发达限制了19绿色氢2.2目标3市场需求243.1中国绿色氢能的新市场需要政策24支持他们发挥潜力3.2目标4行业标准和认证304.1标准制定太慢，无法支持快速增长的30氢气工业4.2目标5技术335.1中国拥有成熟的碱性电解技术和33现在正在探索新一代制氢工艺5.2目标6发展与合作366.1顶层规划尚未确定发展36氢供应链的路径6.2 前言 Roberto Bocca能源和材料中心主任；世界经济论坛执行委员会成员 刘伟中国氢能秘书长Alliance 氢气可以在加速能源部门向净零排放过渡方面发挥重要作用。但它需要清洁和规模化。氢气的快速发展已成为全球优先事项，中国已将其纳入最新的国家发展战略。 日本于2020年11月在格拉斯哥举行的第26届缔约方大会（COP26）上。此后，这些路线图已根据这两个地区的最新政策发展进行了更新。 该文件中提出的中国绿色氢能产业路线图是该系列的第三份。它是由世界经济论坛和埃森哲与中国氢能联盟合作创建的。 绿色氢在帮助中国达到峰值然后中和碳排放方面发挥着至关重要的作用。这是政府建立绿色低碳工业体系的雄心壮志的核心。 它可以为中国减少对化石燃料依赖的战略目标做出贡献。然而，尽管中国是世界上最大的氢气生产国和消费国，但其生产的氢气中只有不到0.1％来自可再生能源。中国氢能联盟启动了可再生氢100计划，旨在到2030年将电解槽的装机容量增加到100千兆瓦，从而实现绿色环保。氢气生产能力约为每年770万吨。1 与我们的其他路线图类似，我们确定了六个主要障碍，其中主要是成本，需求，基础设施和标准。积极的是，中国丰富的可再生能源可以充分推动其绿色氢的发展，中国现有的3400万吨灰色和蓝色氢工业创造了一个市场，可以加速发展绿色替代品。 中国有潜力将新的清洁能源技术商业化，以改变其工业体系和更广泛的经济。我们希望，本文提出的一系列解决方案在一起实施时，可以使中国充分实现其绿色氢的未来。 本文旨在了解和规划中国实现2030年绿色氢目标的途径。它建立在世界经济论坛加速清洁氢倡议的工作基础上，该倡议发布了欧洲和 执行摘要 随着世界转向净零排放的轨道，绿色氢作为一种低碳和灵活的能源形式将发挥越来越重要的作用。全球能源危机为利用氢开始重塑全球能源架构提供了战略机遇。 主要目标: –降低绿色制氢的电力成本 迄今为止，占全球国内生产总值（GDP）70％的30个司法管辖区已经发布了国家级氢气战略。2022年3月，中国加入该名单，发布了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》。绿色氢可以在帮助中国达到峰值，然后中和碳排放方面发挥重要作用。这对中国建设绿色低碳产业体系的战略雄心至关重要。 –降低电解槽的成本 与绿色氢相关的主要成本集中在生产，运输和加油站，而生产成本是扩大行业规模的核心制约因素。在中国，每公斤绿色氢的生产成本是煤制氢的3 - 5倍。 同时，将煤或天然气与碳捕获，利用和储存（CCUS）结合使用的蓝色氢，每单位（目前）的生产成本更低，并且有可能以低碳排放强度生产氢。但是，CCUS在中国和仅限于几个示范项目。 作为世界上最大的氢气生产国和消费国，中国目前的氢气生产基本上是灰色的。在中国2021年生产的3400万吨氢气中，80.3％来自化石燃料，18.5％来自工业副产品，1.2％来自电解（其中不到0.1％来自可再生能源的电解）。绿色氢的需求受到成本和可用性的极大限制，因为其应用目前仅限于运输部门的一些小型试点项目，这些项目占氢总消耗量的不到0.1％。 目标2：基础设施主要 目标： 中国丰富的可再生能源很好地为绿色氢的发展提供动力。但是这个行业还处于起步阶段，还没有建立明确的绿色氢发展道路。中国绿色氢扩张的主要制约因素是成本、市场需求、基础设施和行业标准以及认证。 –建立统一的监管标准和程序 –降低基建投资成本，拓展融资渠道 不发达的基础设施限制了绿色氢的可用性。在中国的监管框架下，氢被归类为能源和危险化学品，这使该行业的发展更加复杂 在对中国绿色氢市场进行深入分析的基础上，该出版物提出了中国绿色氢市场的六个发展目标，并提出了每个目标的主要目标以及35项扶持措施和建议。这些重点是通过工业，区域和全球建立新能源系统和完整的氢供应链合作。该出版物借鉴了欧盟（EU）和日本的绿色氢能路线图，并参考了中国的工业和国内背景，概述了帮助中国实现其雄心勃勃的绿色氢能愿景的蓝图，以2030年为关键里程碑。 –hydrogeninfrastructuremustlegallybesitedinachemicalsindustryparkandsecurearangeoflicences.However,regulationsdifferbetweenjurisdictions.Forexample,inOctober2022,广东省通过了临时措施，允许在非化学工业园区建设整合氢气生产和加油设施的站。 另一个障碍是氢基础设施投资的高成本，以及有限的融资渠道。2021年，氢能行业仅产生了5.78亿美元的投资，而电动汽车的投资为4890亿美元，这构成了新能源汽车（NEV）行业（不包括氢动力汽车）筹集的绝大部分资金。 目标3：市场需求 目标5：技术 主要目标： 主要目标: –提振氢燃料电池汽车（HFCV）的短期市场需求 –加强整个供应链的专有研发（R＆D），以进一步使电解技术适应可再生能源 –创建多个终端应用场景，推动氢气技术的大规模采用 电解被认为是当今领先的绿色制氢技术。它产生高度纯化的氢气，并与可再生能源结合使用。因此，与其他类型的氢技术相比，它具有更光明的前景，例如使用核能或光催化的技术（仍处于实验室阶段的技术）。电解过程依赖于电解槽，目前使用三种类型：碱性（ALK），质子交换膜（PEM）和固体氧化物电解槽（SOEC）。 要大规模开发绿色氢，仅在供应上取得突破是不够的-中国市场需要政策支持以开发更多的需求方机会。氢在运输，制造，公用事业和建筑中具有广泛的应用。 氢燃料电池汽车（HFCV）为长途重型卡车运输提供了理想的解决方案。到2021年，道路上有9000辆HFCV-不足以支持大规模工业，但随着燃料电池成本的下降，这种情况有望改变。尽管商业化仍然是一个长期目标，但氢也正在航空和航运领域进行试点。 PEM较高的反应效率非常适合风能和太阳能的波动性。在全球范围内，PEM技术有望迅速商业化。但是中国在这项技术上落后了。为了确保PEM的未来，中国需要用国内替代品代替进口组件。 氢气还为钢铁生产提供了重要的脱碳机会，每吨金属生产会排放1-3吨二氧化碳（CO2）。氢气可以代替炼焦煤作为冶炼过程中的燃烧燃料，从而产生水（H2O）而不是CO2。其他应用包括氢能存储（HES），它需要氢作为使用燃料电池生产，并在电力供应充足时储存，在需要时转换回电力。 SOEC从高温工业过程中回收废热，与光热发电系统配合良好。在中国，SOEC电解槽的经验目前仅限于实验室规模的演示。 目标6：发展与合作 目标4：行业标准和认证 –加快制定国家制氢战略 –通过提供结构更好的标准来改善氢气的监管体系 –为国际合作奠定基础 国家级氢能规划已经到位，但氢供应链的发展路径和目标尚待确定。其他国家已经制定了明确的路线图来推动其氢产业发展，而中国则面临着风险。 –让多个利益相关者参与制定创新的高质量标准 标准在氢技术的发展中起着举足轻重的作用，但是标准制定太慢，无法支持这个快速增长的行业。尽管发布了涵盖整个供应链的中国标准，但差距仍然存在，尤其是在储存，运输和加油的技术标准方面。在这里，中国与美国（US）或日本等其他司法管辖区相比较差。 日本和韩国正在率先建立海外氢供应系统和销售市场。日本在国际合作方面处于领先地位，最近主办了二十国集团（G20）清洁能源部长级会议和氢特别论坛。 中国在这一领域起步较晚，但现在发展迅速。目前，中国拥有全球最大的氢生产能力。中国未来氢行业发展的蓝图主要集中在国内 由于氢价值链的复杂性，负责标准制定的行政结构跨越许多不同的部委，因此不适合绿色氢等新兴产业的快速认证。 能源结构调整和碳中和目标。 此外，中国见证了国际合作项目数量的稳步增长，更广泛的合作，多样化的伙伴关系模式，对绿色氢的更大承诺以及公司的更多参与。 意味着对于某些技术应用，到目前为止，没有一个单一的行政机构明确负责。 中国绿色氢演化蓝图 鉴于中国希望到2030年达到碳排放峰值，绿色氢注定要在中国的碳中和中发挥关键作用。为了以所需的规模提供这项新技术，中国将需要通过工业、区域和全球合作，专注于发展该行业。关键优先事项应该是: 该出版物提出了一个包含六个目标的路线图，中国应该在实现关键目标的三个阶段采取一系列协调行动： 第一阶段- 2023 - 2024年：支持性政策，示范项目，技术突破，与现有能源供应的协调，应用于工业部门。 –部署平衡供需的政府政策。–加强各省之间的协调，最大限度地发挥相对优势和协同作用。–支持建立在成本、基础设施和市场全球合作基础上的多边办法。–采用中国特有的标准和认证方法。 第2阶段-2024-2027年：技术标准，供应网络投资，国际合作，广泛进展。 第3阶段- 2027 - 2030年：价格和需求目标，能源基础设施，认证，创新网络，全球参与。 Introduction:一个伟大的使命和很长的路要走 目前，氢可以通过不同的方式进行分类，例如通过生产方法或整个生命周期的碳排放强度。根据生产方法的不同，氢可以是灰色、蓝色或绿色。在本出版物中，绿色氢是指通过电解由可再生能源提供动力，包括风能、太阳能、海洋、海德尔、地热和生物质(图1)。 氢能是全球优先事项，现在是中国国家计划的一部分 氢能产业规划强调了“建设清洁、低碳、低成本、多途径制氢系统，重点关注可再生能源制氢，严格控制化石能源制氢。” 氢能的发展已成为全球的优先事项，并已被纳入中国的国家发展规划。除气候变化外，由于极端天气和俄罗斯入侵乌克兰而加剧的全球能源危机为氢能行业的发展提供了重要的战略机遇。迄今为止，包括占全球国内生产总值（GDP）70％的世界主要经济体在内的30个司法管辖区已经宣布了国家级氢气战略（图2）。2欧洲、美国、日本和韩国是先锋。 该计划针对以下目标期限制定了绿色氢开发的要求： 迄今为止，30个司法管辖区覆盖全球GDP的70%宣布了氢气战略。 –到2025年，建立一个氢供应系统，确保氢在接近生产的地方被消耗，无论是作为工业副产品还是来自可再生能源。目标是生产50, 000辆氢燃料电池汽车（HFCV），并配备足够的氢加油站。4以可再生能源为主的制氢产能目标为10-20万吨/年,实现CO2减排100-200万吨/年。–到2030年，由可再生能源生产的氢气将得到广泛应用，这将有力地支持该国的脱碳目标，重点是使交通和工业脱碳。–到2035年，来自可再生能源的氢气将在终端或最终用户的消费中占更高的比例，在支持向绿色能源过渡方面发挥着至关重要的作用。 2022年3月，中国国家发展和改革委员会（NDRC）和国家能源局联合发布了《氢能产业发展中长期规划（2021- 2035年）》，正式将氢能发展纳入中国的国家发展计划，并使该国的氢行业进入了一个新的发展阶段。 中国需要一条清晰的氢