中國儲能網(wǎng)訊：當(dāng)前，氫能已成為世界各國推動能源轉(zhuǎn)型、培育經(jīng)濟(jì)增長點以及促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略選擇。我國高度重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出臺《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021~2035年）》明確氫的能源屬性，2024年政府工作報告將氫能納入前沿新興產(chǎn)業(yè)，《能源法》賦予氫能法定能源地位，國家設(shè)立萬億級創(chuàng)業(yè)投資引導(dǎo)基金重點支持氫能儲能等前沿技術(shù)。在政策與資金的雙重推動下，氫能迎來重要發(fā)展機(jī)遇。
綠氫的價值
綠氫作為一種零碳、清潔、綠色的二次能源形式，具有能源、原料、綠色和產(chǎn)業(yè)帶動等多重價值屬性，在能源轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展的大背景下，極具發(fā)展?jié)摿Α?/span>
能量價值。氫氣可以通過燃燒、發(fā)電等形式釋放能量價值。氫的質(zhì)量能量密度顯著高于傳統(tǒng)化石燃料，是長距離和重載交通的理想能源。氫能作為高溫?zé)嵩纯商娲鷤鹘y(tǒng)化石燃料，可推動鋼鐵、化工等高耗能行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型。氫氣發(fā)電站可以為數(shù)據(jù)中心、通信基站、醫(yī)院等關(guān)鍵設(shè)施提供備用/應(yīng)急電源，為偏遠(yuǎn)地區(qū)或離網(wǎng)場景提供電力。
原料價值。氫氣是合成氨、合成甲醇、石油精煉、煤化工行業(yè)中的重要原料，也可以作為還原劑代替鋼鐵冶煉行業(yè)中的焦炭和天然氣，推動鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)碳減排。氫氣作為原料，在終端產(chǎn)品生產(chǎn)過程中通常具有不可替代性，使用綠氫替代灰氫是其脫碳化發(fā)展的重要路徑。
綠色價值?？稍偕茉粗凭G色氫氨醇可以實現(xiàn)電能向氫基能源的轉(zhuǎn)化利用，促進(jìn)以風(fēng)電光伏為代表的可再生能源電力消納，推動新型電力系統(tǒng)的建設(shè)。綠氫可以應(yīng)用于化工、鋼鐵、重載交通等較難減排領(lǐng)域，推動經(jīng)濟(jì)社會綠色低碳轉(zhuǎn)型。
產(chǎn)業(yè)價值。氫能產(chǎn)業(yè)涵蓋制儲運用等多個領(lǐng)域，具有產(chǎn)業(yè)鏈條長、技術(shù)密集、帶動性強等特點。作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)，氫能產(chǎn)業(yè)可以進(jìn)一步提升風(fēng)電光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展水平，推動化工、鋼鐵、交通等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型升級，并催生燃料電池、氫儲能系統(tǒng)等新興綠色低碳產(chǎn)業(yè)。
綠氫應(yīng)用場景分析
綠氫價值的釋放依賴于產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、市場需求和政策機(jī)制的協(xié)同。在政策支持、技術(shù)突破和成本降低的推動下，綠氫的應(yīng)用場景正在由早期的氫燃料電池汽車領(lǐng)域向發(fā)電、交通、化工、鋼鐵等新興場景延伸。以下從燃料/原料平價的角度（暫不考慮碳稅、固定投資的影響），對綠氫在不同應(yīng)用場景下替代化石能源的經(jīng)濟(jì)平價水平進(jìn)行分析，為綠氫產(chǎn)業(yè)培育路徑和應(yīng)用場景的選擇提供參考。
發(fā)電領(lǐng)域
電力行業(yè)碳排放占我國碳排放總量的40%左右，其直接碳排放全部來自于火電，降碳的核心路徑是以可再生能源發(fā)電替代火電，以及以煤電摻氨、燃機(jī)摻氫等方式推動火電低碳化改造。
煤電摻氨。2024年我國煤電裝機(jī)11.9億千瓦，約占電力總裝機(jī)的35.5%。2024年6月發(fā)布的《煤電低碳化改造建設(shè)行動方案（2024~2027年）》中將綠氨摻燒作為三種技術(shù)路線之一，要求改造建設(shè)后煤機(jī)應(yīng)具備摻燒10%以上綠氨能力。當(dāng)前，煤電摻氨技術(shù)處于技術(shù)驗證與示范應(yīng)用階段，已在30、60萬千瓦機(jī)組上實現(xiàn)了10%~35%摻氨燃燒穩(wěn)定運行的試驗驗證。從平價水平看，一公斤氨氣的熱值約等于0.85公斤電煤熱值，按等熱值計算，當(dāng)電煤價格等于800元/噸時，氨氣成本需要降至每噸約700元可與電煤持平，對應(yīng)綠氫價格約為3元/公斤。從需求規(guī)?？?，電力企業(yè)每年消耗煤炭已經(jīng)超過20億噸，若摻氨10%（按質(zhì)量計），等熱值換算下需要綠氨3.2億噸，對應(yīng)氫氣需求5600萬噸。
燃機(jī)摻氫。2024年我國氣電裝機(jī)1.4億千瓦，約占電力總裝機(jī)的4.2%。摻氫燃燒是氣電的主要降碳路徑之一，目前燃機(jī)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)30%摻氫燃燒運行，西門子、通用電氣、三菱重工等燃機(jī)廠商均提出了2030年實現(xiàn)100%純氫燃燒的愿景。從平價水平看，一立方氫氣熱值約等于一立方天然氣熱值的30%，按等熱值計算，當(dāng)天然氣價格每方3元時，氫氣成本需要降至每方0.9元，約10元/公斤可與天然氣持平。從需求規(guī)模看，以2024年670億立方米的發(fā)電用氣量計算，在不需要較多技術(shù)改造的10%低比例摻氫（按體積計）下，需要氫氣67億立方米/60萬噸。
交通領(lǐng)域
當(dāng)前，我國交通領(lǐng)域碳排放約占全國碳排放總量的10%，其低碳化發(fā)展主要有電氣化和綠色燃料替代兩條關(guān)鍵路徑。
公路交通。電動汽車已在乘用車和部分商用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，且充電樁部署已趨規(guī)模化，隨著未來技術(shù)的不斷迭代、性能的逐步提升以及成本的持續(xù)下降，電動汽車的適用性和競爭力將進(jìn)一步得到鞏固。相比之下，氫燃料電池汽車的應(yīng)用場景主要集中于物流車、公交車、重卡以及專用車等領(lǐng)域，而在乘用車領(lǐng)域，主要用于租賃，所占比例還不到0.1%?？傮w而言，氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)鏈目前尚未成熟，僅在特定的細(xì)分場景中實現(xiàn)了點狀示范應(yīng)用。從平價水平看，對于氫燃料電池車的主要應(yīng)用領(lǐng)域商用車來說，氫氣需要與柴油實現(xiàn)平價，一公斤氫氣熱值是柴油的3.3倍，當(dāng)柴油價格是8元/升、9.6元/公斤時，綠氫的平價水平是32元/公斤。從需求規(guī)?？?，若以2030年燃料電池汽車保有量60萬輛計算，在百公里氫耗5公斤、年行駛里程15萬公里條件下，燃料電池用氫需求約為450萬噸。
水上運輸。在國際海事組織通過2050年凈零排放框架，歐盟將航運業(yè)納入歐盟碳排放交易體系等國際政策形勢推動下，航運業(yè)正在加快推進(jìn)脫碳進(jìn)程，甲醇、氨是目前行業(yè)關(guān)注度較高的綠色替代燃料，其中甲醇具備成熟的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)與較少的船舶改造成本，氨燃料船舶內(nèi)燃技術(shù)還有待成熟。從平價水平看，與噸氨、噸醇熱值對應(yīng)的燃料油量分別為0.441、0.543噸，當(dāng)燃料油價格在5500元/噸時，得到平價綠氨、綠醇成本分別為2425、2987元/噸，對應(yīng)的綠氫成本分別為9.6、9.6元/千克。從需求規(guī)?？矗瑒谑洗壣珙A(yù)計國際市場2030年電制甲醇燃料需求約348萬噸，對應(yīng)綠氫量65萬噸；綠氨燃料需求約1719萬噸，對應(yīng)綠氫量303萬噸。
化工領(lǐng)域
氫在化工領(lǐng)域主要作為原料應(yīng)用于合成氨、甲醇、煉化等，我國化工行業(yè)仍屬于以化石燃料為主要能源基礎(chǔ)和原料的高耗能高碳排放行業(yè)，約占全國碳排放總量的14%。目前化工用氫主要是煤/天然氣制備的灰氫，用綠氫替代灰氫生產(chǎn)化工產(chǎn)品和新材料，是實現(xiàn)化工行業(yè)深度脫碳的重要途徑。
合成氨。目前我國合成氨年產(chǎn)量約6000萬噸，市場基本保持供需平衡，以煤、天然氣、焦?fàn)t氣為原料的產(chǎn)能占比分別為74%、23%、3%，合成氨行業(yè)年碳排放量約2億噸，基于綠氫的綠氨制備是行業(yè)低碳化發(fā)展的主要路徑。綠氨生產(chǎn)原料只需綠氫與來自空氣的低成本氮氣，其生產(chǎn)可以不依賴煤炭基地、圍繞綠氫產(chǎn)能中心展開。從平價水平看，綠氨需要實現(xiàn)與傳統(tǒng)合成氨平價，當(dāng)原料煤價格800元/噸時，傳統(tǒng)合成氨成本為2325元/噸，對應(yīng)綠氫價格約為9.2元/千克。從需求規(guī)?？矗壳鞍敝饕糜谵r(nóng)業(yè)化肥（占比約70%）、工業(yè)原料（占比約30%），若通過產(chǎn)能置換以綠氨替代10%傳統(tǒng)合成氨，則綠氨需求量在600萬噸左右，對應(yīng)綠氫需求100萬噸。
合成甲醇。目前我國甲醇年產(chǎn)量超8000萬噸，自給率約90%，以煤、天然氣、煤焦?fàn)t氣為原料的產(chǎn)能分別占80%、10%、10%左右。行業(yè)年碳排放量近2億噸，主流煤制甲醇路線下每生產(chǎn)1噸甲醇約排放3噸二氧化碳，碳排放主要來源于其中的變換反應(yīng)，對應(yīng)的降碳路徑主要有綠氫直接耦合傳統(tǒng)煤制甲醇工藝、二氧化碳加氫直接合成甲醇兩種技術(shù)路線。其中，綠氫直接耦合路線通過加入綠氫避免發(fā)生變換反應(yīng)減少碳排放，只需在傳統(tǒng)生產(chǎn)工廠基礎(chǔ)上增加綠氫生產(chǎn)廠房，以寧夏寶豐能源項目為代表；二氧化碳加氫直接制甲醇可以避免使用煤炭作為原材料，實現(xiàn)凈零碳排放，但需要碳源供應(yīng)，以甘肅蘭州的“液態(tài)陽光”示范項目為代表。從平價水平看，作為化工原料，綠醇需要和傳統(tǒng)甲醇平價，當(dāng)原料煤價格800元/噸時，傳統(tǒng)合成甲醇成本為2418元/噸，直接合成甲醇路線下平價綠醇對應(yīng)的綠氫成本為7.3元/千克。從需求規(guī)模看，目前甲醇主要應(yīng)用于烯烴（占比56%）、甲醇燃料（占比18%）、甲醛（占比7%）、醋酸（占比5%）等，存量領(lǐng)域需求將整體保持增長并逐漸飽和，若以10%綠醇替代率計算，綠醇需求量為800萬噸，對應(yīng)綠氫需求150萬噸。
煉化。我國原油年加工量約7.0億噸，碳排放量約4.5億噸。石油煉制是加氫精制過程，通常需要消耗占原油總量0.8％~2.7％的氫氣，其中煉廠副產(chǎn)氫可提供0.5％~1.0％的氫氣，另還需配套煤制氫或天然氣制氫裝置產(chǎn)氫，每年消費氫氣約600萬噸。煉廠制氫環(huán)節(jié)是重點控碳領(lǐng)域，綠氫煉化是重要減碳路徑。從平價水平看，綠氫主要用于替代煉化廠中的煤/天然氣制氫，煤制氫對應(yīng)的綠氫平價水平為12.6元/千克、天然氣制氫對應(yīng)的綠氫平價水平為14.7元/千克。從需求規(guī)?？矗诳紤]新能源車替代油車，大型煉化一體化新增產(chǎn)能、小規(guī)模獨立煉廠淘汰產(chǎn)能等系列因素下，預(yù)計未來煉廠總產(chǎn)量趨于飽和，若以10%綠氫替代，綠氫需求量為60萬噸。
鋼鐵領(lǐng)域
我國鋼鐵年產(chǎn)量近11億噸，碳排放量約18億噸，約占全國排放總量的15%，是碳排放量最高的制造行業(yè)。我國主要有高爐-轉(zhuǎn)爐長流程、廢鋼-電弧爐短流程兩種煉鋼工藝路線，長短流程的粗鋼產(chǎn)量占比分別為90%、10%，碳排放強度分別為2.0、0噸二氧化碳/噸鋼。受廢鋼資源量等因素影響，未來較長時期內(nèi)我國仍將以高爐-轉(zhuǎn)爐長流程煉鋼工藝為主。長流程下碳排放來源主要有焦炭作為原料參與化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的碳排放、化石能源作為燃料燃燒產(chǎn)生的碳排放，以氫氣取代焦炭作為還原劑和過程燃料實現(xiàn)氫冶金是鋼鐵行業(yè)脫碳主要路徑，相關(guān)的主流技術(shù)路線包括富氫高爐冶煉和氫基豎爐還原工藝。其中，富氫高爐冶煉通過在高爐中噴吹氫氣替代部分碳還原反應(yīng)，對現(xiàn)有工藝改造成本低、工藝成熟，但因噴吹氫氣量受限，理論減排潛力有限，一般在10%~20%；氫基豎爐還原工藝是利用氫基混合氣體將鐵礦石直接還原鐵并進(jìn)行電爐冶煉的非高爐技術(shù)，理論減排量可達(dá)90%以上，但需要付出較大工藝轉(zhuǎn)換成本。鋼鐵行業(yè)對氫的利用集中在新增產(chǎn)能生產(chǎn)工藝，目前已宣布的氫氣來源主要是工業(yè)副產(chǎn)氫。2023年6月，河鋼全球首例120萬噸/年富氫氣體零重整豎爐直接還原氫冶金示范工程一期全線貫通，氣體中氫碳比可達(dá)8:1以上，是目前含氫比例最高的氣基豎爐直接還原工藝，該工程也為未來實現(xiàn)100%綠氫直接還原預(yù)留了切換功能。
從平價水平看，綠氫需要實現(xiàn)與煤炭等化石燃料平價，傳統(tǒng)工藝下生產(chǎn)1噸生鐵需要300千克焦炭和200千克煤粉，以焦炭2000元/噸、煤粉800元/噸價格計算，則還原噸鐵的炭成本約680元，生產(chǎn)1噸生鐵需要1000方氫氣，綠氫成本為7.6元/千克能實現(xiàn)氫炭還原平價。從應(yīng)用需求看，若以10%綠氫冶金替代傳統(tǒng)冶金產(chǎn)能，則消耗氫氣約900萬噸。
平價路徑
在不考慮碳稅和固定投資等因素下，初步計算得到氫氣的平價水平由高到低為：交通商用車領(lǐng)域（32元/千克），煉化領(lǐng)域（12~15元/千克），燃機(jī)摻氫、船用氨和甲醇燃料、化工合成氨領(lǐng)域（9~10元/千克），化工合成甲醇、氫冶金領(lǐng)域（7元/千克），煤電摻氨（3元/千克）。氫能在不同場景中平價水平的高低在一定程度上意味著氫能在不同場景中規(guī)?；瘧?yīng)用的先后。然而，綠氫存在堿性電解水、質(zhì)子交換膜、固體氧化物電解水制氫等多種技術(shù)路線，在各應(yīng)用場景下存在氫、氨、醇等不同的能源產(chǎn)品形式，也與電氣化、生物質(zhì)燃料、碳捕集等多種低碳化方式存在路線之爭，綠氫的發(fā)展?jié)摿Α⑿枨笠?guī)模和發(fā)展路線還存在較大不確定性。
綠氫產(chǎn)業(yè)化面臨的問題挑戰(zhàn)
當(dāng)前，脫碳是綠氫發(fā)展的第一驅(qū)動力，但綠氫在產(chǎn)業(yè)化過程中面臨綠色價值難以變現(xiàn)，供給成本高且需求推動不足等問題，綠氫制儲運用鏈條尚未貫通，供需兩側(cè)尚未形成良性互動。
一是綠氫供給成本高。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟研究院發(fā)布的氫價指數(shù)，2024年全國生產(chǎn)側(cè)氫價指數(shù)為28.0元/公斤，消費側(cè)為48.6元/公斤,供給成本高是綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的核心痛點。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，電解水制氫成本的主要影響因素是電價、電解水電耗、電解槽設(shè)備成本等因素，需要持續(xù)推動電價下降、電解槽技術(shù)進(jìn)步和成本降低，以進(jìn)一步降低綠氫制備成本。在儲運環(huán)節(jié)，綠氫生產(chǎn)與需求空間不匹配導(dǎo)致儲運環(huán)節(jié)已成為綠氫供給的瓶頸。高壓氣態(tài)儲存、長管拖車等成熟儲運條件下，儲運占終端用氫成本的30%，液氫、管道輸氫等技術(shù)尚未規(guī)模化應(yīng)用，大規(guī)模低成本儲運技術(shù)亟待創(chuàng)新突破。
二是需求側(cè)推動不足。綠氫的高供給成本制約了其商業(yè)化應(yīng)用，需要探索規(guī)?；⒍嘣膽?yīng)用降本路徑。燃料電池汽車是氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的先導(dǎo)和突破口，但目前整體需求量在數(shù)十萬噸級，難以形成規(guī)?；瘧?yīng)用場景，對綠氫產(chǎn)業(yè)化推動作用較為有限。工業(yè)領(lǐng)域用氫潛力大，發(fā)電、化工、航運等行業(yè)單個項目年用氫量可達(dá)萬噸甚至數(shù)十萬噸，是綠氫規(guī)模化利用的理想場景，但現(xiàn)階段使用綠氫替代的成本過高，且綠氫認(rèn)證體系與碳稅機(jī)制尚未完善，企業(yè)缺乏采用綠氫的內(nèi)生動力，無法為綠氫產(chǎn)業(yè)化提供有力的需求側(cè)拉動。
三是政策機(jī)制尚待完善。在產(chǎn)業(yè)扶持方面，美國、德國、日本等國家對綠氫相關(guān)產(chǎn)業(yè)制定了長期生產(chǎn)稅收減免、制氫電價優(yōu)惠或政策直接補貼等措施。目前我國對工業(yè)副產(chǎn)氫生產(chǎn)純氫的資源綜合利用項目有退稅70%的優(yōu)惠政策，綠色氫氨醇僅在個別地區(qū)出臺了短期補貼政策，激勵機(jī)制和扶植力度較弱，產(chǎn)業(yè)政策體系尚待健全完善。在市場機(jī)制方面，交通、化工、鋼鐵等與綠氫消納應(yīng)用強相關(guān)的領(lǐng)域尚未完全納入全國碳市場，傳統(tǒng)氫氨醇的市場價格未包含碳排放成本，綠氫的綠色價值沒有得到充分體現(xiàn)，其市場競爭力較差、市場需求較弱。標(biāo)準(zhǔn)體系方面，歐盟、美國、日本、德國等分別出臺了綠氫相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，給出了以碳排放為核心衡量指標(biāo)的綠氫定義及碳排放閾值，歐盟、相關(guān)國際組織提出了綠氨、綠醇的定義。我國當(dāng)前僅有2020年發(fā)布的綠氫團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，綠色氫氨醇均無官方統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，直接影響企業(yè)投資積極性、產(chǎn)業(yè)規(guī)范發(fā)展以及國際貿(mào)易的合作。
有關(guān)綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策建議
一是強化綠氫項目政策扶持。研究明確綠色氫氨醇的能源產(chǎn)業(yè)定位，完善長期補貼、稅費減免、優(yōu)先供地等政策。對新能源制綠色氫氨醇項目在競爭性配置、項目核準(zhǔn)、機(jī)制電量、電價政策等方面給予適當(dāng)傾斜支持。構(gòu)建綠色氫氨醇綠色金融服務(wù)體系。
二是完善綠氫參與碳市場機(jī)制。推動化工、鋼鐵等高排放行業(yè)盡快納入全國碳排放市場，提高綠色氫氨醇產(chǎn)品市場競爭力，擴(kuò)大其應(yīng)用需求。研究制定綠色氫氨醇核證自愿減排量技術(shù)規(guī)范，支持其減排量納入自愿減排交易市場，激發(fā)產(chǎn)業(yè)發(fā)展市場活力。
三是構(gòu)建國際接軌的標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證體系。研究制定符合國情、與國際接軌的綠色氫氨醇產(chǎn)業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)，明確定義和認(rèn)證方法，推動標(biāo)準(zhǔn)國際互認(rèn)。以綠色氫氨醇為切入點，逐步建立下游產(chǎn)品碳足跡認(rèn)證方法和標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)全生命周期綠色價值認(rèn)證，提升產(chǎn)品國際競爭力。
