发展氢能产业 助力“双碳”战略 中国工程院 干勇 2022年7月19日 一、国内外氢能发展现状及趋势 目 录 二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现 三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇 2 一、国内外氢能发展现状及趋势 p 发达国家和地区氢能发展战略 欧盟：欧洲氢能路线图指出氢能是欧洲能源转型的必要元素。能源供给侧注重可再生能源和氢能融合互补， 能源消费侧注重可再生能源制氢综合利用，特别是天然气掺氢和车用燃料。 德国：德国国家氢能战略2020指出氢能是德国脱碳战略的中心组成部分，作为多部门耦合的要素，在无法 通过可再生电力脱碳的领域，绿氢和下游产品（P-to-X）为脱碳开辟了新路径。 日本：选择氢能作为低碳技术创新的重要方向之一，致力于建设“氢能社会”，在替代石油和其他能源方面 发挥核心作用，促进能源结构向多元化发展，保障能源安全。 美国：在“能源独立”的前提下，把天然气作为与可再生能源并重的过渡能源，推动能源结构清洁化。发展 氢能和燃料电池技术的目的在于通过迅速兴起和发展的氢经济扩大其在全球能源和技术创新领域的领导地位。 p 国际氢能领域快速发展 Ø 截至2021年底，全球共有685座加氢站投入运营，分布在33个国家/地区； Ø 在2017到2021这过去5年中，全球加氢站保有量从328座增长到685座，增加了109%，全球氢能产业 建设进入快速发展期； Ø 截至2021年底，我国建成加氢站255座，共计超过8000辆燃料电池汽车在示范运行。 3 一、国内外氢能发展现状及趋势 p 保守估计，2050年氢在我国终端能源体系占比约10%，2060年占比将达约15%，成为 我国能源战略的重要组成部分，氢能将纳入我国终端能源体系，与电力协同互补，共同成 为我国终端能源体系的消费主体，带动形成十万亿级的新兴产业。 10.00% 9.00% 8.00% 交通 4.5% 4.5千万吨 7500万辆乘用车；500万辆商用车 （15%） （50%） 4.50% 7.00% 化工原料 3.5% 3.5千万吨 6.00% 5.00% 4.00% 3.50% 工业 1% 1千万吨 1.00% 建筑 1% 1千万吨 3.00% 2.00% 1.00% 1.00% （中国能源统计年鉴） 0.00% 氢能（10%） 2050 4 一、国内外氢能发展现状及趋势 p 央企积极布局氢能产业链 Ø 随着氢能产业发展中长期规划的发布，氢能上升到国家能源战略地位，众多大型能源企业及 上市公司加快布局氢能全产业链。 Ø 目前已有超过三分之一的中央企业布局包括制氢、储氢、加氢、用氢等全产业链，并取得了 一批技术研发和示范应用的成果。 5 5 一、国内外氢能发展现状及趋势 p 人类利用氢能的经济性问题是能够被解决的！ 大规模集中煤制氢+CCUS 可再生能源电解水制氢 充分发挥国内丰富的煤资源优势 灵活高效的低成本“绿氢” 解决方案 14元/kg的制氢成本在2060年是能够实现的 在风电、光伏资源好的地区可大力发展 6 一、国内外氢能发展现状及趋势 p 人类利用氢能的经济性问题是能够被解决的！ 大规模管道输氢降低输氢成本 氢能应用的技术成熟及规模化推广 氢气专用管网 天然气管网掺氢… 技术进步（瓶颈技术突破、系统优化、效率提升…） 规模效益（原材料成本下降、 基础设施成本摊薄…） FCV数量 5千辆 2万辆 10万辆 30万辆 90万辆 流量 60t/d 240t/d 1000t/d 2700t/d 7200t/d 内，FCEV的成本可 管径 DN150 DN300 DN600 DN900 DN1400 以与BEV持平； p 在400km里程范围 管道运输氢气测算原则：以DN300为例，管道及施工价 格1km约300万，100km需设一个增压站，根据投资折 p 当里程超过400km 旧与消耗，估算运输费用为0.7元/kg·100km；约为 时，FCEV的长续航 200bar长管拖车运输费用的10%，液氢运输费用的50%。 优势得以体现，而 • 全球已有近5000公里的氢气管道（美国：2608km，中国：400km） BEV充电时间成本 • 天然气管网掺氢成本增加：0.3-0.4美元/kgH2 显著增加。 7 二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现 p 氢能产业绿色发展趋势 三种全球碳中和情景下的二氧化碳排放量 三大GS碳中和模型内的全球氢能需求量（Mt H2） Ø 清洁氢能已成为全球所有碳中和路线的关键支柱之一，预计可助力实现全球温室气体排放约15%的去碳化； Ø 对于氢能的需求量会增长高达7倍（2050年碳中和情景）/ 4倍（2060年碳中和情景）。 高盛，清洁氢革命，2022 8 二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现 p 氢储能助力可再生能源大规模开发 Ø 全球总煤炭总消费量77亿吨，IEA报告到2050年保留2%，则为1.5亿吨； Ø 按照我国能源基金会的预测报告，煤电到2050年降低80%，现在每年煤电消耗约20亿吨， 如果全用煤发电，依然需要4亿吨，远高于IEA的1.5亿吨预测； Ø 如果80%由氢替代，1kg氢约和5kg煤，则至少需氢6000万吨 l 综上，替煤发电用氢至少6000万吨 全球2亿吨氢用于交通， 假设中国占比为30%，则约需6000万吨 全球4500万吨氢用于钢铁冶金，假设中国占比为40-50%，则约需2000万吨； 全球5000万吨氢用于化工, 假设中国占比为40%，约2000万吨 因此我国到2050年总计约需氢气1.6亿吨，占IEA报告预测5亿吨的32% 我国2050年的1.6亿吨绿氢： 按8600小时计算，约需要1TW电解槽： 考虑50%负荷率，则需2TW，5MW电解槽约需要40万套 若采用碱性电解槽(AEL)产值超过¥5万亿；若采用质子交换膜电解槽 (PEMEL)产值超过¥7万亿 注：2020年中国一次能源消费占全球26% 9 二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现 p 我国零碳情景下装机及发电量结构预测 类型 总计 煤电 气电 碳中和倒逼约束下， 核电 水电 新能源将迎跨越式发展 零碳情景下 风电 ——“碳达峰碳中和” 装机及发电量 光伏 光热 结构预测 的必由之路 生物质 抽水蓄能 非抽蓄储能 类型 总计 煤电 零碳情景下， 气电 2060年新能源装机和 核电 水电 零碳情景下 发电量占比均超50%， 风电 装机及发电量 光伏 成为电力供应主体。 光热 结构预测 生物质 抽水蓄能 非抽蓄储能 数据来源：国网能源研究院（模型计算） 2030年 2060年 装机量（万千瓦） 38.6亿千瓦 121960 化石能源装机占比37% 22000 非化石能源装机占比63% 11900 40400 78600 合计： 合计占比： 83400 16.2亿千瓦 41.9% 3000 11000 12000 2000 装机量（万千瓦） 74.5亿千瓦 46000 21000 化石能源装机占比9% 32900 非化石能源装机占比91% 53900 221400 合计： 合计占比： 259565 48.1亿千瓦 64.6% 25000 18000 19980 47113 发电量（亿千瓦时） 11.8万亿千瓦时 52226 化石能源发电量占比51% 7621 非化石能源发电量占比49% 8658 15733 15429 合计： 合计占比： 9985 2.5万亿千瓦时 21.5% 726 7622 发电量（亿千瓦时） 15.7万亿千瓦时 14481 5527 化石能源发电量占比13% 24405 非化石能源发电量占比87% 21130 44677 合计： 合计占比： 34144 7.9万亿千瓦时 50.2% 7323 2060年风电+光伏发电量较 5313 2030年增加5.4万亿千瓦时， 可制氢1亿吨 10 - 二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现 Ø 可再生能源的波动性和随机性、发电设备的低抗扰性和弱支撑性，给电网带来高效消纳、安全运行 和机制体制三大挑战。 Ø 氢储能具备大规模、长周期等优势，可实现可再生 能源电力时间、空间转移，有效提升能源供给质量 和可再生能源消纳利用水平，将成为拓展电能利用、 应对可再生能源随机波动的最佳方式之一。 Ø 2060年国内风电+光伏装机48.1亿千瓦，发电量7.9万亿千瓦时，若通过氢储能，不用考虑上网问 题，富余发电量可制氢1~1.5亿吨，终端能源消费占比将达约15%。 Ø 按西部五省占比50%测算， 2060年风电+光伏装机24亿千瓦，发电量4万亿千瓦时，若通过氢储能， 不用考虑上网问题，富余发电量可制氢5000万~7500万吨。 西部地区应该成为绿氢主体供应基地。 11 氢能作为储能载体的移动式能源和分布式固定能源，将为人类最大限度利用可再生能源提供有力保障 二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现 p 氢的特点 —— 氢是二次能源，作为能源载体具有显著的优势 p 氢能产业的主体是绿氢体系和对应装备，锂电产业的主体是锂动力电池 01 02 05 04 高效 能源互联 媒介 热值是汽油三倍 燃料电池效率 60% 电，热，气之间转化的媒介，是 在可预见的未来实现跨能源网络 协同优化的唯一途径 零碳 最终产物只有水，实现 能量转化的物质闭环 03 交通 可储能 可再生能源电解水制氢， 实现能源消纳与储存 06 工业 丰富的应用 场景 建筑 安全可控 其它 交叉的应用网络，将大幅降低其使用成本 虽然氢气燃烧点能量低，但密度小，易挥发易扩散，扩散系数 是汽油的12倍，发生泄漏时迅速向上逃逸并扩散稀释浓度。 12 二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现 p 氢能生产的潜在总市场容量（TAM）可观 全球氢能生产、运输和储能的总市场容量TAM （单位：十亿美元） Ø 氢能生产的潜在总市场容量（TAM） 完全有可能在2030年底翻倍增长，从当前的1250亿美元提高到本世纪 二十年代末的大约2500亿美元，至 2050年底更会突破1万亿美元。 Ø 我国在全球占比按32%计算，则国内氢能生产的潜在总市场容量（TAM）将从当前的¥2680亿元提高到本世 纪二十年代末的大约¥5360亿元，至 2050年底更会突破¥2.14万亿元。 高盛，清洁氢革命，2022 13 二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现 p 清洁氢的大规模开发和利用创造巨大投资机遇 ◢ 对于氢能产业的投资已开始飞速增长，尤 其在技术部署方面