隨著全球氣候變暖壓力增大以及后疫情時(shí)代綠色經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇加速，氫能憑借其低碳清潔、能量密度高、可儲(chǔ)存、來源廣等特點(diǎn)，成為新時(shí)代能源低碳轉(zhuǎn)型的重要抓手。
2019 年底，在西班牙舉行的聯(lián)合國氣候變化框架公約締約方大會(huì)上，77 個(gè)國家承諾 2050 年實(shí)現(xiàn)零碳排放目標(biāo)。2020 年中國國家主席習(xí)近平在第 75 屆聯(lián)合國大會(huì)期間提出，中國二氧化碳排放力爭于 2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取 2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。
從各個(gè)國家地區(qū)提出碳中和目標(biāo)來看，應(yīng)對(duì)氣候變化的脫碳愿景逐步成為推動(dòng)氫能大規(guī)模部署的最大驅(qū)動(dòng)力，我國于 2020 年 12 月由中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（簡稱“中國氫能聯(lián)盟”）牽頭率先發(fā)布《低碳?xì)?、清潔氫與可再生氫氣標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)》。低碳清潔氫由于碳排放低等優(yōu)點(diǎn)成為實(shí)現(xiàn)碳中和路徑的重要手段。
國際氫能委員會(huì)將氫能視為全球變暖控制在 2 攝氏度能源轉(zhuǎn)型的支柱，預(yù)測到 2050 年，氫能將在全球終端能源需求中占比 18%，在交通運(yùn)輸、化工原料、工業(yè)能源、建筑供暖、發(fā)電等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)深度脫碳，將減少 60 億噸二氧化碳排放，消納和存儲(chǔ) 500 太瓦時(shí)的電力來促進(jìn)可再生能源大規(guī)模部署。
德國2020 年通過國家氫能戰(zhàn)略，為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，確認(rèn)了“綠氫”的優(yōu)先地位，同時(shí)明確了氫能的主要應(yīng)用領(lǐng)域：船運(yùn)、航空、重型貨物運(yùn)輸、鋼鐵和化工等行業(yè)。并計(jì)劃在 2030 年建成 5 GW 電解“綠氫”產(chǎn)能，2040 年前建成 10 GW。
全球主要發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體已先后制定氫能國家戰(zhàn)略或頂層設(shè)計(jì)，在氫能產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的戰(zhàn)略布局走在了前面。而作為全球最大碳排放國，中國的碳排放在全球占比接近 30%，碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
2021 年作為“十四五”計(jì)劃的開局之年，明確我國在碳中和目標(biāo)下氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用重點(diǎn)領(lǐng)域和分階段低碳清潔氫能發(fā)展目標(biāo)是關(guān)鍵。因此，本文對(duì)交通、工業(yè)、建筑與發(fā)電等領(lǐng)域的氫能進(jìn)行需求分析測算，在此基礎(chǔ)上提出低碳清潔氫供給結(jié)構(gòu)展望，最后提出我國氫能關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)方向，以期為氫能發(fā)展提供參考，對(duì)我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供指導(dǎo)。
1 分析模型原理
本研究選用情景分析模型，具體采用基于長期能源替代規(guī)劃系統(tǒng) LEAP 模型（Long-range Energy Alternatives Planning System）的自下而上分析方法，利用現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)和預(yù)測數(shù)據(jù)，對(duì)人口、城鎮(zhèn)化進(jìn)程、以及工商業(yè)、建筑、交通和農(nóng)業(yè)等各部門中不同技術(shù)轉(zhuǎn)換、能源產(chǎn)品生產(chǎn)以及終端用能特性進(jìn)行分析，推演并預(yù)估能源消費(fèi)終端中消耗的能源類型、消費(fèi)方式、能源效率以及年活動(dòng)水平等參數(shù)的變化趨勢(shì)，同時(shí)根據(jù)發(fā)展需求設(shè)置不同情景，依此分析預(yù)測 2060 年前的氫能的消費(fèi)總量及結(jié)構(gòu)。
模型將終端能源消費(fèi)劃分為交通、工業(yè)、建筑等部門，模型的運(yùn)行需要大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及預(yù)測性數(shù)據(jù)的輸入。這些數(shù)據(jù)主要來源于中國統(tǒng)計(jì)年鑒、中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)、主要行業(yè)研究機(jī)構(gòu)和領(lǐng)先國家相關(guān)預(yù)測，其中經(jīng)濟(jì)社會(huì)預(yù)測模型使用了中國政府或大型國際組織的預(yù)測數(shù)據(jù)，能效等技術(shù)數(shù)據(jù)著眼于相應(yīng)技術(shù)或領(lǐng)域的國際領(lǐng)先水平，如圖 1 所示。
2 我國碳中和情景下氫能需求預(yù)測
繼“雙碳”目標(biāo)提出以后，2020 年 12 月 12 日，國家主席習(xí)近平在氣候雄心峰會(huì)上進(jìn)一步宣布：到2030 年，中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比 2005 年下降 65%以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到 25%左右，森林蓄積量將比 2005 年增加 60 億立方米，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12 億千瓦以上。
這為我國以新發(fā)展理念為引領(lǐng)，在推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展中促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型指明了方向。作為全球第二大經(jīng)濟(jì)體，宣布碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)愿景彰顯了我國攜手各國積極應(yīng)對(duì)全球性挑戰(zhàn)、共同保護(hù)地球家園的雄心和決心，為我國參與全球氣候治理、堅(jiān)持多邊主義、構(gòu)建人類命運(yùn)共同體展現(xiàn)了大國擔(dān)當(dāng)。
2.1 碳中和情景下的測算邊界
改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，2020 年人均 GDP 連續(xù)第二年超過 1 萬美元，脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)取得了全面勝利。作為負(fù)責(zé)任大國，我國一直積極參與應(yīng)對(duì)氣候變化工作。2019 年與 2005 年相比，我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放下降 48.1%，提前超額完成對(duì)國際社會(huì)承諾的單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放 2020 年比 2005 年下降 40%~45%的目標(biāo)。
碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的提出，意味著我國要用不到 10 年時(shí)間實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、用不到 30 年時(shí)間完成從碳達(dá)峰向碳中和過渡。美國和歐洲從碳達(dá)峰向碳中和過渡的計(jì)劃周期分別是 43 年和 71 年。與之相比，我國碳達(dá)峰碳中和的速度更快、力度更大、任務(wù)更艱巨，建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的必由之路。
2020 年，我國的溫室氣體排放量約 125 億噸，其中二氧化碳排放量約 112 億噸。能源活動(dòng)二氧化碳排放約 99 億噸，占我國二氧化碳排放總量的 85%。根據(jù)科技部中國 21 世紀(jì)議程管理中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，能源活動(dòng)中，電力領(lǐng)域二氧化碳排放約 40 億噸，工業(yè)領(lǐng)域二氧化碳排放約 36.1 億噸（其中鋼鐵、水泥與化工行業(yè)的二氧化碳排放占 61%），建筑與交通領(lǐng)域二氧化碳排放分別約為 11.5 億噸和 11.2 億噸，如圖 2 所示。
中國 21 世紀(jì)議程管理中心研究，預(yù)計(jì)我國將于“十五五”初期實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，溫室氣體排放峰值不超過 130 億噸，能源活動(dòng)二氧化碳排放峰值不超過 105 億噸，碳匯約 9 億噸；2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)，我國的溫室氣體排放量不超過 15 億噸，碳匯約 15 億噸，其中，能源活動(dòng)二氧化碳排放量約 5 億噸，如圖 3 所示。
我國要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的目標(biāo)，能源領(lǐng)域的綠色轉(zhuǎn)型起著至關(guān)重要的作用。國務(wù)院《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》明確指出，要完善能源消費(fèi)總量和強(qiáng)度雙控制度，提升可再生能源利用比例，大力推動(dòng)風(fēng)電、光伏發(fā)電發(fā)展，因地制宜發(fā)展水能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、氫能、生物質(zhì)能、光熱發(fā)電。
預(yù)計(jì) 2030 年和 2060 年中國單位 GDP 能耗分別降至 2020 年的 63%和 17%；2025年煤炭消費(fèi)實(shí)現(xiàn)零增長，電力生產(chǎn)碳排放率先達(dá)峰；2030 年，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將約 30%，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到 12 億~16 億千瓦，電能占我國終端能源消費(fèi)比重約 35%；2050 年交通行業(yè)力爭實(shí)現(xiàn)凈零排放，2060 年電能占我國終端能源消費(fèi)比重將達(dá)到 70%。
2021 年 3 月 15 日，中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議提出要把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。電力將在碳達(dá)峰碳中和過程中扮演最重要的角色，可以直接使用，也可以用來生產(chǎn)氫氣或其他合成燃料。氫則通過與電協(xié)同，推動(dòng)高比例可再生能源發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)終端部門的深度脫碳。
2.2 碳中和情景下的氫能需求測算
在 2030 年碳達(dá)峰情景下，我國氫氣的年需求量將達(dá)到 3715 萬噸，在終端能源消費(fèi)中占比約為 5%，可再生氫產(chǎn)量約 500 萬噸/年，部署電解槽裝機(jī)約 80 GW（按照電解槽負(fù)荷 3000 小時(shí)/年，制氫效率 5千瓦時(shí)/標(biāo)方測算）。
在 2060 年碳中和情景下，我國氫氣的年需求量將增至 1.3 億噸左右，在終端能源消費(fèi)中占比約為 20%，可再生氫產(chǎn)量約 1 億噸，部署電解槽裝機(jī)至少 500 GW（按照電解槽負(fù)荷 8000 小 時(shí)/年，制氫效率 3.6 千瓦時(shí)/標(biāo)方測算）。其中，工業(yè)領(lǐng)域用氫占比仍然最大，約 7794 萬噸，占?xì)淇傂枨罅?60%；交通運(yùn)輸領(lǐng)域用氫 4051 萬噸，建筑領(lǐng)域用氫 585 萬噸，發(fā)電與電網(wǎng)平衡用氫 600 萬噸，如圖 4 所示。
2.2.1 交通部門
近年來，交通運(yùn)輸部門的碳排放年均增速保持在 5%以上，成為溫室氣體排放增長最快的領(lǐng)域之一。交通運(yùn)輸領(lǐng)域碳排放約占全國終端碳排放 15%左右。與此同時(shí)，中國人均出行距離與千人汽車保有量仍遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，隨著中國基本實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化，交通運(yùn)輸部門能源需求量仍會(huì)慣性增加。
提高能源效率是緩解能源需求總量攀升的重要路徑，但是在目前使用內(nèi)燃機(jī)和石油的情況下，能源效率提高并不能實(shí)現(xiàn)交通領(lǐng)域零排放。交通運(yùn)輸部門要實(shí)現(xiàn)碳中和，將需要道路交通全面電氣化，同時(shí)航空和船運(yùn)逐步替換使用零碳燃料等。在碳中和情景下，預(yù)計(jì)到 2060 年交通部門氫消費(fèi)量約 4000 萬噸，如圖5 所示。
道路交通。以氫燃料電池汽車協(xié)同純電動(dòng)汽車是道路交通全面實(shí)現(xiàn)電氣化實(shí)現(xiàn)深度脫碳的關(guān)鍵。目前中國汽車交通電氣化率不足 2%。2035 年前，在輕型道路交通領(lǐng)域，純電動(dòng)汽車仍將占據(jù)主流；氫燃料電池汽車將在中重型和長途道路交通領(lǐng)域起到至關(guān)重要的作用。
預(yù)計(jì)到 2025 年我國加氫站超過1000座，燃料電池汽車保有量超過 10 萬輛；2035 年燃料電池商用車保有量達(dá)到 120 萬輛，加氫站規(guī)模近萬座；到 2060 年增加至 1100萬輛，其中，中重型燃料電池商用車 750 萬輛，占全部中重型商用車占比接近65%。乘用車領(lǐng)域，2060 年燃料電池汽車市場占比有限，約15%左右。結(jié)合燃料電池與電動(dòng)化技術(shù)，道路交通有望在 2050 年前實(shí)現(xiàn)凈零排放。2060 年道路交通氫氣消費(fèi)量 3570 萬噸。
船運(yùn)與航空。船運(yùn)領(lǐng)域，通過動(dòng)力電池和氫燃料電池技術(shù)可實(shí)現(xiàn)內(nèi)河和沿海船運(yùn)電氣化，通過生物燃料或零碳?xì)錃夂铣砂钡刃滦腿剂蠈?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)洋船運(yùn)脫碳。我國在船用動(dòng)力電池技術(shù)、船用直流推進(jìn)技術(shù)、船用充電技術(shù)等方面都具備了比較成熟的技術(shù)水平。
考慮到目前高功率燃料電池技術(shù)尚未成熟，燃料電池船只在早期階段推廣速度相對(duì)滯后于電動(dòng)，但后期隨著氫燃料存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)逐步顯現(xiàn)，燃料電池船舶市場滲透率將逐步提升至純電動(dòng)船舶水平，預(yù)計(jì) 2030 年開始市場化推廣，到 2050 年約 6%的船運(yùn)能源消耗通過氫燃料電池技術(shù)，氫氣消費(fèi)量接近 120 萬噸，2060 年氫氣消費(fèi)量 280 萬噸。
航空領(lǐng)域，以生物燃料、合成燃料為主，以氫能等為輔共同實(shí)現(xiàn)脫碳。以氫為燃料的飛機(jī)可能成為中短途航空飛行的一種脫碳路徑。目前，全世界已有多種機(jī)型正在開發(fā)和試驗(yàn)。但在長距離航空領(lǐng)域，仍須依賴航空燃油，可通過生物質(zhì)轉(zhuǎn)化或零碳?xì)錃馀c二氧化碳合成制得。預(yù)計(jì) 2060 年氫氣消費(fèi)量 200 萬噸，提供 5%左右航空領(lǐng)域能源需求。
2.2.2 工業(yè)部門
工業(yè)是當(dāng)前脫碳難度最大的終端部門，化石能源不僅作為工業(yè)燃料，還是重要的工業(yè)原料。工業(yè)燃料通過電氣化可實(shí)現(xiàn)部分脫碳，但是作為工業(yè)原料部分，直接電氣化的空間十分有限。在氫冶金、合成燃料、工業(yè)燃料等行業(yè)增量需求的帶動(dòng)下，2060 年工業(yè)部門氫需求量將到 7794 萬噸，具體如圖 6 所示。
傳統(tǒng)工業(yè)。氫氣是合成氨、合成甲醇、石油精煉和煤化工行業(yè)中的重要原料，還有小部分副產(chǎn)氣作為回爐助燃的工業(yè)燃料使用。目前，工業(yè)用氫基本全部依賴化石能源制取，未來通過低碳清潔氫替代應(yīng)用潛力巨大。合成氨的需求主要來自農(nóng)業(yè)化肥和工業(yè)兩大方面，其中農(nóng)業(yè)肥料占 70%左右。
目前，我國合成氨行業(yè)步入微量增長階段。隨著肥效提高和有機(jī)肥替代，未來合成氨在農(nóng)業(yè)消費(fèi)量將下降至 60%。非農(nóng)業(yè)領(lǐng)域消費(fèi)量受環(huán)保、新材料、專用化學(xué)品等工業(yè)消費(fèi)拉動(dòng)，需求量增長，但合成氨整體呈穩(wěn)中有降趨勢(shì)。合成甲醇方面，傳統(tǒng)領(lǐng)域甲醇消費(fèi)增長依然較為緩慢，新興的甲醇消費(fèi)的增長主要受甲醇制烯烴和甲醇燃料的發(fā)展推動(dòng)。石油精煉氫氣主要用于石腦油加氫脫硫、精柴油加氫脫硫以改善航空燃油的無煙火焰高度、燃料油加氫脫硫、加氫裂化。
2019 年我國原油加工量 6.52 億噸。隨著石油消費(fèi)量的增長和成品油品質(zhì)要求的不斷提升，石油煉制行業(yè)的氫氣消費(fèi)量有望持續(xù)增加。2030 年以后，由于油品標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到較高水平和交通部門能源效率和電氣化率持續(xù)提升，煉廠氫氣消費(fèi)將大幅下降。煤化工方面，出于我國能源安全的考慮，未來將扮演比較重要的角色。整體來說，現(xiàn)有工業(yè)氫氣需求量將呈現(xiàn)先增后降趨勢(shì)，2060 年降低至 2800 萬噸。
新工業(yè)原料。氫氣通過氫冶金、合成航空燃料、合成氨作為運(yùn)輸用燃料等方式，在鋼鐵、航空、船運(yùn)等難以脫碳行業(yè)中發(fā)揮重要作用。綠色轉(zhuǎn)型下鋼鐵行業(yè)具有巨大清潔氫氣需求。2020 年我國粗鋼產(chǎn)量首次突破 10.65 億噸，占全球產(chǎn)量 50%以上。2030 年后，氫氣作為冶金還原劑的需求開始釋放，到2060 年電爐鋼市場占比有望提升至 60%，超過 30%鋼鐵產(chǎn)量采用氫冶金工藝，氫冶金領(lǐng)域氫氣需求量超過 1400 萬噸。
合成燃料方面，氫氣與一氧化碳經(jīng)費(fèi)托合成可生成氫基柴油，航空燃料等，與氮?dú)庠诟邷馗邏汉痛呋瘎┐嬖谙潞铣砂比剂?，從而?duì)重型貨運(yùn)、水運(yùn)及工業(yè)領(lǐng)域傳統(tǒng)石油基柴油形成替代。2060 年，合成燃料方面氫氣需求量 1560 萬噸，占船運(yùn)與航運(yùn)能源需求總量的 40%。
工業(yè)燃料。氫氣可通過專用燃燒器提供高品質(zhì)熱源，從而代替部分天然氣和其他化石燃料，彌補(bǔ)電力在該領(lǐng)域的不足。例如，高能耗的水泥、鋼鐵、煉化行業(yè)中需要大量的高溫?zé)崃?。其中，鋼鐵和水泥熱耗中高品質(zhì)熱占比近 87.5%。預(yù)計(jì) 2060 年氫氣在鋼鐵和水泥高品質(zhì)能耗中將提供 35%熱量需求，需求量達(dá)到 1980 萬噸。
2.2.3 建筑與發(fā)電部門
隨著我國城鎮(zhèn)化水平不斷提高，建筑部門的能源需求快速增長。2020 年中國城市化率達(dá)到 63%，預(yù)計(jì)到 2030 年建筑部門終端能源需求達(dá)到 7.9 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
建筑部門能源需求主要用于采暖、生活熱水、炊事和各種電器設(shè)備的電能消耗。公共建筑將大量采用集中供熱、先進(jìn)節(jié)能保溫技術(shù)，建筑節(jié)能率逐年提高，建筑采暖能耗強(qiáng)度指數(shù)將持續(xù)降低。建筑部門完全脫碳的難點(diǎn)在于供暖與炊事，尤其在季節(jié)性和每日變化的情況下，峰值熱需求相當(dāng)大。
一方面可以通過集中空調(diào)系統(tǒng)供暖、電力烹飪等技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑電氣化，另一方面通過燃?xì)溴仩t和燃料電池等方式與分布式風(fēng)光等可再生能源結(jié)合逐步打造零碳建筑。根據(jù)國際氫能委員會(huì)的研究，對(duì)于現(xiàn)有天然氣為供能基礎(chǔ)的建筑，到 2030 年通過燃?xì)溴仩t供暖方式相比于熱泵更具有經(jīng)濟(jì)性。尤其管網(wǎng)與電解水制氫技術(shù)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能與更有效的需求波動(dòng)管理，支撐清潔氫的推廣應(yīng)用。此外，對(duì)于部分公共及商業(yè)建筑等，燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)與熱泵將是適合的零碳解決方案。
2060 年預(yù)計(jì) 20%天然氣供暖需求被純氫替代，剩余需求可以通過一定比例的摻氫實(shí)現(xiàn)脫碳，預(yù)計(jì) 2060 年建筑供熱供電領(lǐng)域氫氣消費(fèi)量將達(dá)到 585 萬噸。
氫發(fā)電領(lǐng)域。隨著可再生能源裝機(jī)規(guī)模的快速擴(kuò)展，摻氫燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)漭啓C(jī)技術(shù)的成熟，以及固體氧化物燃料電池（SOFC）技術(shù)的進(jìn)步，氫作為儲(chǔ)能和調(diào)峰電源的需求將得到釋放，尤其作為季節(jié)性儲(chǔ)能可顯著提升波動(dòng)性可再生能源的消納規(guī)模。電解槽可以設(shè)計(jì)為一種靈活的需求側(cè)調(diào)節(jié)工具，一方面同過分布式促進(jìn)電力系統(tǒng)負(fù)荷靈活調(diào)整，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定，另一方面為高比例可再生能源發(fā)電波動(dòng)性提供消納途徑，絕大多數(shù)富余電力以氫氣形式流向交通和工業(yè)等部門，不足 10%可再生氫通過以電力形式回到電網(wǎng)。預(yù)計(jì) 2060 年，發(fā)電與電網(wǎng)平衡用氫 600 萬噸。
3 我國低碳清潔氫供給結(jié)構(gòu)展望
氫氣可以采用多種工藝和能源制取，為表述方便，業(yè)界經(jīng)常以顏色進(jìn)行區(qū)分，諸如灰氫、藍(lán)氫、綠氫等。但是，上述分類方法難以對(duì)所有制氫工藝進(jìn)行明確量化的區(qū)分，即使針對(duì)同一制氫工藝（如電解水制氫）也很難體現(xiàn)為一種顏色。因此，隨著各國碳中和目標(biāo)的提出，基于生命周期溫室氣體排放方法客觀量化定義不同制氫方式逐步為業(yè)界所認(rèn)可。
根據(jù)中國氫能聯(lián)盟提出的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《低碳?xì)?、清潔氫與可再生氫標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)》，制取單位氫氣溫室氣體排放量≤14.51 kg CO2 eq/kg H2的氫氣為低碳?xì)?，制取單位氫氣溫室氣體排放量≤4.9 kg CO2 eq/kg H2 的氫氣為清潔氫，可再生氫同時(shí)要求制氫能源為可再生能源。簡單來講，可再生氫與清潔氫與通俗意義上的“綠氫”大體相當(dāng)，低碳?xì)渑c“藍(lán)氫”大體相當(dāng)。
隨著深度脫碳的需求增加和低碳清潔氫的經(jīng)濟(jì)性提升，氫能供給結(jié)構(gòu)將從化石能源為主的非低碳?xì)渲鸩竭^渡到以可再生能源為主的低碳清潔氫，助力以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)。
從時(shí)間來看，2030 年，我國非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將超過 25%，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到 12 億~20 億千瓦。如果取中位數(shù) 16 億千瓦，按照可再生能源電解水制氫 5%比例配置，裝機(jī)規(guī)模有望達(dá)到 80 GW，可再生氫產(chǎn)量 500 萬噸/年，占?xì)錃饽甓瓤傂枨蟮?13%。
考慮到電解槽滲透率和利用負(fù)荷的提升，2035 年，我國可再生氫產(chǎn)量有望達(dá)到 1500 萬噸/年。與此同時(shí)，化石能源制氫將逐步配套碳捕獲、利用與封存（CCUS）技術(shù)，與可再生氫為代表的清潔氫共同成為我國氫源供應(yīng)主體。預(yù)計(jì)到 2060 年我國電解槽裝機(jī)有望達(dá)到 500 GW，可再生氫產(chǎn)量提升至 1 億噸，占?xì)錃饽甓瓤傂枨蟮?80%，如圖 7 所示。
從結(jié)構(gòu)來看，2030 年碳達(dá)峰時(shí)，可再生氫與清潔氫占比尚不足 20%，新增氫氣需求以可再生能源制氫為主，但存量氫氣的減碳工作更需引起重視，以 CCUS 技術(shù)為代表的技術(shù)需要規(guī)?；渴穑绕鋵?duì)于現(xiàn)有大規(guī)模煤制氫項(xiàng)目其二氧化碳排放濃度高達(dá) 90%，易于捕集和利用。隨著可再生能源制氫達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)和具備成本競爭力，其還可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為其它能源載體，如氨、甲醇、甲烷和液態(tài)碳?xì)浠衔锏取?
從碳減排來看，通過低碳清潔氫供給體系的建立，2060 年可減排二氧化碳排放量約 17 億噸，約占當(dāng)前我國能源活動(dòng)二氧化碳總排放量的 17%。分部門來看，到 2060 年，交通部門、建筑與發(fā)電部門用氫需求幾乎全部由清潔氫供給，交通部門清潔氫可減排 CO2 量約 4.6 億噸，超過當(dāng)前交通部門碳排放量40%，建筑與發(fā)電部門清潔氫 CO2 減排量約 1.4 億噸。工業(yè)部門清潔氫提供至少 66%用氫需求，低碳?xì)涔┙o量占比約 26%，工業(yè)部門低碳清潔氫 CO2減排量約 11 億噸，約占目前工業(yè)部門碳排放量 28%。
4 結(jié)論
（1）氫能在終端能源體系的需求：為了實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的目標(biāo)，在 2030 年碳達(dá)峰情景下，我國氫氣的年需求量將達(dá)到 3715 萬噸，在終端能源消費(fèi)中占比約為 5%。在 2060 年碳中和情景下，我國氫氣的年需求量將增至 1.3 億噸左右，在終端能源消費(fèi)中占比約為 20%。其中，工業(yè)領(lǐng)域用氫占比仍然最大，約 7794 萬噸，占?xì)淇傂枨罅?60%；交通運(yùn)輸領(lǐng)域用氫 4051 萬噸，建筑領(lǐng)域用氫 585 萬噸，發(fā)電與電網(wǎng)平衡用氫 600 萬噸。
（2）氫能供給體系結(jié)構(gòu)：隨著深度脫碳的需求增加和低碳清潔氫的經(jīng)濟(jì)性提升，氫能供給結(jié)構(gòu)將從化石能源為主的非低碳?xì)渲鸩竭^渡到以可再生能源為主的低碳清潔氫。2030 年我國非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將超過 25%，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到 12 億~20 億千瓦，可再生氫產(chǎn)量 500 萬噸/年，新增氫氣需求以可再生能源制氫為主；預(yù)計(jì)到 2060 年我國電解槽裝機(jī)有望達(dá)到 500 GW，可再生氫產(chǎn)量提升至 1 億噸，占?xì)錃饽甓瓤傂枨蟮?80%。
（3）低碳清潔氫碳減排作用：通過低碳清潔氫供給體系的建立，2060 年可減排二氧化碳排放量約17 億噸，約占當(dāng)前我國能源活動(dòng)二氧化碳總排放量的 17%。
來源：儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)
