國合作應(yīng)對氣候變化國合作應(yīng)對氣候變化中國的氫能政策和技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展建議彭天鐸、李爽清華大學氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院中國的氫能政策和技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展建議2中國政府氟能發(fā)展戰(zhàn)略和舉措53.氫能生產(chǎn)64.氫氣的儲存、輸送和分配76.未來政策關(guān)注點10彭天鐸、李離氫能在中國能源系統(tǒng)和經(jīng)濟部門中的角色《巴黎協(xié)定》后，中國于2020年更新了氣候目標，即在2030年前實現(xiàn)碳達蜂，在2060年前實現(xiàn)碳中和。2021年底，中國進一步發(fā)布了實現(xiàn)可再生能源的優(yōu)質(zhì)載體，有望在能源密集型和高碳排2030年，一次能源消費總量可能比2020年增加約10億噸標準煤當量。然而，能源供應(yīng)一直高度依鼓化石燃科，超過70%的石油和40%的天IE源基生出資計華大70時強大蘋開網(wǎng)井“中美脫堿技術(shù)創(chuàng)附與隨策比范研究二隱項目然氣需要進口。另一方面，中國擁有豐富的可再生能源廩賦。據(jù)估計，可再生能源《如水能、風能和太陽能)的年可開發(fā)量為9584萬億千瓦時，幾乎是2020年全國總用電量的73倍。為了實現(xiàn)碳中和目標并渡少對化石燃料進口的依效，可再生能源在能源原結(jié)構(gòu)中的比例必須增加。雖然中國的可再生能源大多遠離人口稠密的沿海地區(qū)，而且可再生能源發(fā)電因其不穩(wěn)定性而存在因有的問歌性問題，但氫能作為一種易于儲存和運輸?shù)哪茉摧烍w，可以有效消除能源在空間和時間上的供需錯配，從而提高中國未來能源供應(yīng)的彈性氫能發(fā)展可促進中國正在進行的工業(yè)和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型從能原和化工生產(chǎn)到交通運輸和鋼鐵制造全鏈條，氟能需求的增長將使許多原材料和零部件供應(yīng)高、設(shè)備制造商和服務(wù)提供商等受益。中國氫能聯(lián)盟是全國最大的氨能與燃料電池產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新平臺，根據(jù)該聯(lián)盟的預測，到2050年，中國氫能產(chǎn)業(yè)的年總產(chǎn)值將達到10萬億元人民幣《的合1.58萬億美元)。因此，陸著化石燃料需求增長的放媛和中國能源烴濟的系統(tǒng)性轉(zhuǎn)型，氫能及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展將通過創(chuàng)造全新的產(chǎn)業(yè)鏈，助力中國新的綠色經(jīng)濟發(fā)展中國政府氫能發(fā)展戰(zhàn)略和舉措2022年初，中國發(fā)布了《氬能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劍(2021-2035年)》,提出了來來15年氮能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的并目標規(guī)劃明確了2025年的具體目標，如實理操色氮氣年產(chǎn)量10-20萬噸，氯燃料電池汽車保有量達到5萬輛，形成較為完整的氮能產(chǎn)業(yè)鏈。近期內(nèi)，工業(yè)副產(chǎn)品和可再生能源生產(chǎn)的氫氣將成為終端應(yīng)用的主要供應(yīng)。從長遠來看，可再生能源生產(chǎn)的氫氣在總供應(yīng)量中的占比將大幅增加。氫氣的應(yīng)用將擴展到多個領(lǐng)域，包括運輸、儲能、發(fā)電以及鋼鐵和化工行業(yè)。可以看出，中國政府對氫能的態(tài)窿樂觀但謹慎：2035年前關(guān)注氮能技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)鏈的建立，并不盲目追求大規(guī)模應(yīng)用。地方政府在推動氯能發(fā)黑方而更加積極主動地方展面的政簫制定并不完全與中央政府的節(jié)奏和目標相對應(yīng)，相對獨立，更加強調(diào)區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展的競爭力。陳了作為低碳轉(zhuǎn)型的重要組成部分，地方政府還將氫能視為促進經(jīng)濟增長和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要抓手。批至2021年底，中國半數(shù)以上的省份和30多個直轄市已經(jīng)發(fā)布了支持氫此發(fā)展政策仍面臨掛戰(zhàn)一方面，隨著氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，氫能的長明發(fā)展路徑仍需不斷代化和完善，以最大限度地降低產(chǎn)業(yè)和投資者面臨的風險和不拋定性。另一方面現(xiàn)有的市場資源和政策，尤其是地方政府層面，過多地集中在氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用上，而對其他領(lǐng)域的關(guān)注應(yīng)較性。在這方面，中國需要采取更加全面和協(xié)調(diào)的方法來制定和實施氬能政策,以挖掘氫能在其他領(lǐng)域的潛力，并在各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)氧能應(yīng)用的均街發(fā)展中國是目前世界上最大的氫氣生產(chǎn)國。中國近年來年產(chǎn)量超過3000萬噸約占全球氫氣產(chǎn)量的三分之一然而，中國的氫氣產(chǎn)量主要來自化石燃料，并作為工業(yè)原料消費，而清潔能原制氫的規(guī)模很小。中國近70%的氬氣來自蝶炭、天然氣和石油，約30%的氯氣來自工業(yè)副產(chǎn)物，而電解水的氧氣產(chǎn)量不足M■中回目前以化石燃料為基礎(chǔ)的氫氣供應(yīng)錨由干生產(chǎn)成本低且適合市場。預計將在未來轉(zhuǎn)型的早期階段保持其主要地位。中國擁有豐富的煤炭資源媒化工產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大，產(chǎn)能分布廣泛：煤制氫年產(chǎn)量可觀。相比之下，盡管以天然氣為原料的蒸汽甲燒轉(zhuǎn)化(SMR)制氬枝術(shù)已經(jīng)成熟井得到廣泛應(yīng)用，但由于多種原因，以天然氣為原料制瓶在中國井不具有成本效益。這些原因包括天然氣供應(yīng)有限、疏含量高以及天然氣價格對制氧成本的巨大影響。因此，用SMR制氫只有在天然氣資源豐富的地區(qū)才具有成本競氫氣生產(chǎn)極可能直接從灰氫跨至綠氫。雖然中國現(xiàn)有的氯氣生產(chǎn)能力足以滿定目前的國內(nèi)需求，但根據(jù)規(guī)劃，未來的氯氣供應(yīng)，特別是增量部分，將更多地向可再生能源過控，終過所調(diào)的“藍氬”,即利用煤炭、天然氣生產(chǎn)氧氣并將排放的二氧化融捕集井儲存在地下，這背后的主要原因是中國CCUS應(yīng)用的高成本和天然氣資源高對外依栽。例如，如果采用CCUS技術(shù)，利用埋氣化制氫的總成本將高出15倍至2倍。另一個重要的決定因素是中國計劃從長遠角度轉(zhuǎn)向以可再生能源為主的能源結(jié)構(gòu)，這就抑制了使用化石燃料制氫。從長遠來看，利用可再生能雙進行水電解出氮前景廣錳，將在氮氣供應(yīng)中發(fā)揮主導作用。目前，電解水制氯有堿性水解、質(zhì)子交換膜(PEM)電解和高溫電解三種技術(shù)，成熟度各不相同、未來電解制氯在中國將具有成本效益。太陽能、風能、水能、地熱能和生物質(zhì)能等可再生能源的年發(fā)電量總潛力為9584萬億千瓦時，利用可再生能源總產(chǎn)量的15%,電解制氫可以生產(chǎn)1億噸氫氣，完全可以滿足終端需求其他技術(shù)，如結(jié)合CCS的煤制盟技術(shù)、生物制盟技術(shù)和光催化技術(shù)將可能成為水電解制盟的有效■中國目前最常見的短逸氫氣運輸方式是使用壓力為20MPa的管式拖車對于長距離運輸，使用儲氫壓力更高的液體罐車和氫氣管道更為經(jīng)濟。然而，由于技術(shù)限制，50MPo壓力的公路退輸目前還很少見，低溫液氫罐車的應(yīng)用也非常有限。現(xiàn)有的氯氣管道長莊(主要是藍油廠的專用管道)遠遠少于歐訓和善國這主要是由于初始投資高、復合材料價格高昂且依賴進口以及應(yīng)用場景不足。近年來，中國許多城市都在嘗試將氫氣慘混到天然氣中，通過現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)輸送氫氣。混合氣的一種應(yīng)用是直接用作廚房爐灶和內(nèi)燃機的燃料氣例如，北方的張家口市已經(jīng)啟動了一個試點項目，按索向城市燃氣管網(wǎng)注入400萬立方米氫氣的可能性，將溫合氣體用于烹性，并作為氫氣加壓縮天然氣(HCNG)汽車的燃料。另一個潛在的應(yīng)用是將氫氣從運輸?shù)幕旌蠚怏w中分離和提純，井將其重新用于燃料電池或發(fā)電機。然而，由于高技術(shù)壁堂和高成本，這種情況目前在中國并不多見為了今后的大規(guī)模應(yīng)用，有必要建設(shè)專門的長距離氫氣管道。由于氯氣對管道材料的影響，可能會導致管道開裂和泄漏，氫氣在天然氣中的慘入量也有一定的限制。此外，目前從天然氣中分離翹氣的成本很高，但是效率很低。顯近，位于河北省的一個新的氫氣輔送網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始建設(shè)。該管道全長145公里，比中國現(xiàn)有的任何一條氧氣管道都長，將主要用于京津營地區(qū)氧氣的南北輔送，與此同時，中國的油氣管網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)開始聯(lián)合企業(yè)、學術(shù)研究機構(gòu)和氫部產(chǎn)業(yè)鏈上的其他主要利益相美方，共同推動新的氫能傳輔網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，并解決潛在的技術(shù)難題。及，大多數(shù)加氫站在35MPa壓力下運行。絕大多數(shù)現(xiàn)有加氫站依靠外氯站能夠利用風光互補發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)氯氣另一座位于華南佛山市的加氯站可同時利用天然氣和電解水制氧，制氫能力分別為500Nm3h和50如；2019年折建的加氫站中有17.9%為多燃科加氫站，2020年這一比例增至約50%。中國石油化工集團公司是中國最大的加油站的所有者和卡車、客車等商用FCVB占據(jù)現(xiàn)有銷量的主導地位，累計銷量超過1萬輛。目前，中國約有17個省份開展了FCV商業(yè)化示范，多個地區(qū)(如廣鏈的客個環(huán)節(jié)(如生產(chǎn)、儲存、運輸?shù)?開發(fā)更成熟的商業(yè)模式，以降低高昂的成本。例如，目前中國42噸氫動力重型卡車的購車成率和燃料成本分別比柴油動力卡車高230%和100%因此，整體來看購買和運管一輛氬能重型卡車的總成本比普通內(nèi)燃機卡車高出約150%。隊長運來看未來十年內(nèi)可能會降低約80%中國石油集團的一項研究認為，氫動力重型卡車的成本可能在2030年前與柴油動力卡車持平。來可能會實現(xiàn)高業(yè)化，如慰彩電池有軌電車、燃料電池叉車、內(nèi)河航運航空、鋼鐵生產(chǎn)、熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)、發(fā)電和儲能以及可再生甲。目前的工業(yè)制氫方法，如SMR和CG,無法滿足環(huán)保要求，而利用可再成本競爭力。氫能發(fā)展路徑的確定需要綜合考慮盟燃料電池技術(shù)成熟度、氫氣來源、經(jīng)濟性和減排效果。目前制氫技術(shù)的平準化成本大致在534-59.27元/kg之間，主要體現(xiàn)在以煤發(fā)、天然氣為代表的傳統(tǒng)化石能源制路線成本較低，而各種新型可再生能源電解水制氫成本較離。學每干克氯能的平準化成本將逐步降任。在不考慮碳價的情況下，到2040氯成本將大幅降低，約為15-21元/千克，到2060年，將進一步降低到3-19元/千克左右。與傳統(tǒng)化石能源路線相比，水電、風電和光伏電解水刺盟的平準化成本明顯降任氯氣供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃。屏望未來，基出設(shè)曲扔創(chuàng)至關(guān)重要，但仍存在不確定性。由于綠色氫氣成本高，最初的應(yīng)用可能從灰色氫氣開始。不同氫氣供應(yīng)路徑的能源系統(tǒng)特點明顯不同，應(yīng)注意和預防路徑單一化所帶來的風險。在監(jiān)氫路徑下，制氫裝機容量更集中，儲復作力更大。如果初期大規(guī)模發(fā)展藍氫，逐步向綠氫過渡，可能面臨基礎(chǔ)設(shè)施銜接不匹配、資產(chǎn)擱置、氬氣供應(yīng)不穩(wěn)定等風險。高班責盡管氫氣在使用時不會排放二氧化碳，但其本身也是一種間接溫室氣體。氫氣對紅外輻射的吸收能力不強，因此不會直接成為溫室氣體。然而，它與地球大氣申天然存在的羥基自由基發(fā)生反應(yīng)并消耗掉羥基自曲基，而輕基自由基是去除甲烷的關(guān)鍵機制。甲烷是一種強效溫室氣體，氫氣的泄洲將延長其在大氣中的停留時間井增加其對氣候的影響。據(jù)顯新估計，按照100年的時問尺度,氯氣的全球變暖潛勢(GWP)為I±5,因此,如果氮在生產(chǎn)、儲存、分配和使用過程中泄漏到大氣中的無法得到控制，將部分托消甄能應(yīng)用的氣候和經(jīng)濟效益。感謝能深基金會對課題的資助。清華大學歐訓民博士、董文媽副研究員。毛春柳博土、劉建喆博士為課研究和報告揖寫提供了模型和數(shù)據(jù)支持以及修改建議在此一并感謝。清華大學氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院成立于2017年10月。氣候院敗力于打造跨學料研