中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：當(dāng)前，氫能已成為世界各國推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型、培育經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)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(tái)《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(bào)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(diǎn)支持氫能儲(chǔ)能等前沿技術(shù)。在政策與資金的雙重推動(dòng)下，氫能迎來重要發(fā)展機(jī)遇。
綠氫的價(jià)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(dòng)等多重價(jià)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(jià)值。氫氣可以通過燃燒、發(fā)電等形式釋放能量價(jià)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(dòng)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(jià)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(dòng)鋼鐵行業(yè)實(shí)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(jià)值。可再生能源制綠色氫氨醇可以實(shí)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(dòng)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(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色低碳轉(zhuǎn)型。
產(chǎn)業(yè)價(jià)值。氫能產(chǎn)業(yè)涵蓋制儲(chǔ)運(yùn)用等多個(gè)領(lǐng)域，具有產(chǎn)業(yè)鏈條長、技術(shù)密集、帶動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。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)?；l(fā)展水平，推動(dòng)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(chǔ)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(jià)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(dòng)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(jià)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(jià)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(dòng)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(dòng)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(yàn)證與示范應(yīng)用階段，已在30、60萬千瓦機(jī)組上實(shí)現(xiàn)了10%~35%摻氨燃燒穩(wěn)定運(yùn)行的試驗(yàn)驗(yàn)證。從平價(jià)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(jì)算，當(dāng)電煤價(jià)格等于800元/噸時(shí)，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(jià)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(jì)），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(yùn)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(shí)現(xiàn)100%純氫燃燒的愿景。從平價(jià)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(jì)算，當(dāng)天然氣價(jià)格每方3元時(shí)，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)?？矗?024年670億立方米的發(fā)電用氣量計(jì)算，在不需要較多技術(shù)改造的10%低比例摻氫（按體積計(jì)）下，需要?dú)錃?7億立方米/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(dòng)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)?；?，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(dòng)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(shí)現(xiàn)了點(diǎn)狀示范應(yīng)用。從平價(jià)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(shí)現(xiàn)平價(jià)，一公斤氫氣熱值是柴油的3.3倍，當(dāng)柴油價(jià)格是8元/升、9.6元/公斤時(shí)，綠氫的平價(jià)水平是32元/公斤。從需求規(guī)模看，若以2030年燃料電池汽車保有量60萬輛計(jì)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(yùn)輸。在國際海事組織通過2050年凈零排放框架，歐盟將航運(yùn)業(yè)納入歐盟碳排放交易體系等國際政策形勢推動(dòng)下，航運(yùn)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(jià)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(jià)格在5500元/噸時(shí)，得到平價(jià)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)?？?，勞氏船級社預(yù)計(jì)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(shí)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?dú)?，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(jià)水平看，綠氨需要實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)合成氨平價(jià)，當(dāng)原料煤價(jià)格800元/噸時(shí)，傳統(tǒng)合成氨成本為2325元/噸，對應(yīng)綠氫價(jià)格約為9.2元/千克。從需求規(guī)?？?，目前氨主要用于農(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(xiàng)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(shí)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(xiàng)目為代表。從平價(jià)水平看，作為化工原料，綠醇需要和傳統(tǒng)甲醇平價(jià)，當(dāng)原料煤價(jià)格800元/噸時(shí)，傳統(tǒng)合成甲醇成本為2418元/噸，直接合成甲醇路線下平價(jià)綠醇對應(yīng)的綠氫成本為7.3元/千克。從需求規(guī)?？?，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(jì)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(fèi)氫氣約600萬噸。煉廠制氫環(huán)節(jié)是重點(diǎn)控碳領(lǐng)域，綠氫煉化是重要減碳路徑。從平價(jià)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(jià)水平為12.6元/千克、天然氣制氫對應(yīng)的綠氫平價(jià)水平為14.7元/千克。從需求規(guī)模看，在考慮新能源車替代油車，大型煉化一體化新增產(chǎn)能、小規(guī)模獨(dú)立煉廠淘汰產(chǎn)能等系列因素下，預(yù)計(jì)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(qiáng)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)100%綠氫直接還原預(yù)留了切換功能。
從平價(jià)水平看，綠氫需要實(shí)現(xiàn)與煤炭等化石燃料平價(jià)，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(jià)格計(jì)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(shí)現(xiàn)氫炭還原平價(jià)。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(jià)路徑
在不考慮碳稅和固定投資等因素下，初步計(jì)算得到氫氣的平價(jià)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(jià)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?、需求?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(dòng)力，但綠氫在產(chǎn)業(yè)化過程中面臨綠色價(jià)值難以變現(xiàn)，供給成本高且需求推動(dòng)不足等問題，綠氫制儲(chǔ)運(yùn)用鏈條尚未貫通，供需兩側(cè)尚未形成良性互動(dòng)。
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(jià)指數(shù)，2024年全國生產(chǎn)側(cè)氫價(jià)指數(shù)為28.0元/公斤，消費(fèi)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(diǎn)。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(jià)、電解水電耗、電解槽設(shè)備成本等因素，需要持續(xù)推動(dòng)電價(jià)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(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，綠氫生產(chǎn)與需求空間不匹配導(dǎo)致儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)已成為綠氫供給的瓶頸。高壓氣態(tài)儲(chǔ)存、長管拖車等成熟儲(chǔ)運(yùn)條件下，儲(chǔ)運(yùn)占終端用氫成本的30%，液氫、管道輸氫等技術(shù)尚未規(guī)?；瘧?yīng)用，大規(guī)模低成本儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)亟待創(chuàng)新突破。
二是需求側(cè)推動(dòng)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)?；?、多元化的應(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)模化應(yīng)用場景，對綠氫產(chǎn)業(yè)化推動(dòng)作用較為有限。工業(yè)領(lǐng)域用氫潛力大，發(fā)電、化工、航運(yùn)等行業(yè)單個(gè)項(xiàng)目年用氫量可達(dá)萬噸甚至數(shù)十萬噸，是綠氫規(guī)?；玫睦硐雸鼍埃F(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(dòng)力，無法為綠氫產(chǎn)業(yè)化提供有力的需求側(cè)拉動(dòng)。
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(jià)優(yōu)惠或政策直接補(bǔ)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(xiàng)目有退稅70%的優(yōu)惠政策，綠色氫氨醇僅在個(gè)別地區(qū)出臺(tái)了短期補(bǔ)貼政策，激勵(lì)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(qiáng)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(jià)格未包含碳排放成本，綠氫的綠色價(jià)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(tái)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(qiáng)化綠氫項(xiàng)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(bǔ)貼、稅費(fèi)減免、優(yōu)先供地等政策。對新能源制綠色氫氨醇項(xiàng)目在競爭性配置、項(xiàng)目核準(zhǔn)、機(jī)制電量、電價(jià)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(dòng)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(dòng)標(biāo)準(zhǔn)國際互認(rèn)。以綠色氫氨醇為切入點(diǎn)，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(jià)值認(rèn)證，提升產(chǎn)品國際競爭力。
