工业场景中大规模绿氢应用模式研究

2024.09集群化发展助力低碳转型之：工业场景中大规模绿氢应用模式研究rmi.org / 2集群化发展助力低碳转型之：工业场景中大规模绿氢应用模式研究关于落基山研究所（RMI）落基山研究所(Rocky Mountain Institute, RMI)是一家于1982年创立的专业、独立、以市场为导向的智库，与政府部门、企业、科研机构及创业者协作，推动全球能源变革，以创造清洁、安全、繁荣的低碳未来。落基山研究所着重借助经济可行的市场化手段，加速能效提升，推动可再生能源取代化石燃料的能源结构转变。落基山研究所在北京、美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、纽约市及华盛顿特区和尼日利亚设有办事处。rmi.org / 3集群化发展助力低碳转型之：工业场景中大规模绿氢应用模式研究作者与鸣谢作者李抒苡，李婷，王珮珊，薛雨军*除非另有说明，所有作者均来自落基山研究所。作者姓名按姓氏首字母顺序排列。联系方式李抒苡，sli@rmi.org引用建议李抒苡，薛雨军，王珮珊等, 集群化发展助力低碳转型之：工业场景中大规模绿氢应用模式研究, 2024，https://rmi.org.cn/insights/transitioning-chinas-industrial-sectors-creating-clusters-for-large-scale-green-hydrogen-integrationRMI 重视合作，旨在通过分享知识和见解来加速能源转型。 因此，我们允许感兴趣的各方通过知识共享 CC BY-SA 4.0 许可参考、分享和引用我们的工作。https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/除特别注明，本报告中所有图片均来自iStock。鸣谢感谢落基山研究所的刘雨菁、王喆、高硕、刘子屹和谭光瑀在报告撰写过程中给与的宝贵建议。本报告作者特别感谢以下来自企业和研究机构的专家对报告撰写提供的洞见与建议：陈学谦 中国产业发展促进会氢能分会 刘 毅 清华四川能源互联网研究院王洪建 北京市煤气热力工程设计院有限公司 赵吉诗 佛山环境与能源研究院 本报告所述内容不代表以上专家和所在机构的观点。rmi.org / 4集群化发展助力低碳转型之：工业场景中大规模绿氢应用模式研究前言.......................................................... 5第一章.集群化发展助力工业场景中绿氢大规模应用................. 7........1.1.绿氢应用是工业低碳、零碳转型的关键抓手之一..........................................7........1.2.工业场景对氢气供应的规模化和连续稳定要求...........................................8........1.3.通过集群化发展实现绿氢资源的优化配置...............................................10第二章.“集群化发展”模式构建的考虑因素：工业绿氢应用的技术和经济性................................................ 13........2.1.绿氢制取......................................................................................13........2.2.绿氢储存......................................................................................16........2.3.绿氢运输......................................................................................18........2.4.绿氢应用......................................................................................20第三章..“集群化发展”的典型场景研究和商业模式构建............. 23........3.1.场景一：氢气供需同址.......................................................................23........3.2.场景二：氢气供需异地.......................................................................26........3.3.可行商业模式和利益相关方的角色.......................................................28第四章..未来展望与行动建议.................................... 34参考文献. ................................................... 36目录rmi.org / 5集群化发展助力低碳转型之：工业场景中大规模绿氢应用模式研究前言工业是目前氢气消费量最大的领域，也是未来绿氢规模化应用的重点领域。从国内情况看，2020年共计消费氢气3173万吨，其中化工行业和炼油行业占比最大，分别为70%和24%。1长期看，到2060年，国内氢的消费总量预计增长2.5倍以上，达7500万吨到1亿吨。其中工业仍将是氢气需求最大的领域，总消费量占比接近60%，意味着绝对量需求的1.5倍的增长。2从细分行业看，近一半的氢气需求来自化工行业，钢铁行业则是用氢的新增长点，需求占比约1/3。当前，全球95%以上的氢气均为由化石燃料制取的“灰氢”，由可再生能源电解水制成的“绿氢”仅占不到5%。长期看，随着应对气候变化进程和面向低碳和零碳能源转型的推进，绿氢必将成为氢气供给的主流。到2060年，若我国绿氢占比达到到总供给的75%，即达到5600万吨到7500万吨，应用于工业领域的绿氢将相应达到3400万吨到4500万吨的体量。在工业场景中，绿氢可作为替代燃料、原料被利用。作为燃料，绿氢可通过燃烧反应快速提高反应器温度，达到绿电加热难以达到的极高温区间。作为原料，绿氢可在钢铁生产中替代目前常用的焦炭作为还原剂；而在化工生产中，绿氢则可替代灰氢作为原料，以大大降低反应过程中的碳排放。钢铁和化工行业是未来绿氢规模化应用潜力较大的工业行业。到2050年，在国内的钢铁总产量中，有望高达20%来自基于氢的生产路径。3此时，钢铁行业对绿氢的需求有望增长到700万吨左右，在20年间实现超过4.5倍的增长。对于化工行业，到2050年，基于绿氢的合成氨、甲醇产量有望分别达到总产量的70%和74%，4此时，绿氢将替代煤成为最主要的原料来源。相应地，用于合成氨和甲醇生产的绿氢需求将分别达到1100万吨和900万