近日，落基山研究所（RMI）與中國氫能聯(lián)盟研究院聯(lián)合發(fā)布了《開啟綠色氫能新時代之匙：中國2030年“可再生氫100”發(fā)展路線圖》。報告提出了綠氫在不同領(lǐng)域的發(fā)展路徑。到2030年，全國電解槽裝機(jī)量達(dá)到102GW，全國可再生氫總需求達(dá)到770萬噸/年?；ば袠I(yè)對可再生氫的需求量最大，其次是交通和鋼鐵行業(yè)。西北、華北地區(qū)本地應(yīng)用需求旺盛，成為裝機(jī)規(guī)模最大的區(qū)域，

綠氫發(fā)展模式展望

氫能的發(fā)展將遵循需求拉動供給的一般規(guī)律，其供需格局演變受產(chǎn)業(yè)布局演變、技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步、安全保障約束、資源統(tǒng)籌優(yōu)化等多方面因素驅(qū)動?！皡^(qū)域?yàn)橹鳌苯y(tǒng)籌發(fā)展、“大基地”規(guī)?；_發(fā)、“先立后破”逐步替代將是未來十年可再生氫發(fā)展的重要特征，最終實(shí)現(xiàn)氫能乃至整個能源系統(tǒng)的跨區(qū)域、跨品類統(tǒng)籌規(guī)劃、協(xié)調(diào)發(fā)展。

到2030年，全國電解槽裝機(jī)量達(dá)到102GW，全國可再生氫總需求達(dá)到770萬噸/年。化工行業(yè)對可再生氫的需求量最大，其次是交通和鋼鐵行業(yè)。在可再生氫發(fā)展初期，由于行業(yè)用戶端對于使用的成本和便利性敏感程度較高，且儲運(yùn)的成本瓶頸在短期內(nèi)無法得到顯著突破，因此，區(qū)域內(nèi)可再生氫產(chǎn)銷結(jié)合的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢較為明顯。西北、華北地區(qū)本地應(yīng)用需求旺盛，成為裝機(jī)規(guī)模最大的區(qū)域，其次為華東和華南。（區(qū)域劃分參照全國七大自然地理分區(qū)，即華北、東北、華東、華中、華南、西南、西北七大行政地理分區(qū)，其中內(nèi)蒙古全部劃歸為西北地區(qū)。）

到2030年，可再生氫預(yù)計將在化工、鋼鐵、交通等部門得到規(guī)?；痉稇?yīng)用。其中化工領(lǐng)域的氫能應(yīng)用場景仍主要集中在合成氨、合成甲醇、煉廠煉化等高耗氫過程；鋼鐵領(lǐng)域主要集中在頭部鋼企對氫能煉鋼項目的廣泛布點(diǎn)；交通領(lǐng)域在重型貨運(yùn)、輕中型物流車、公交車、礦山機(jī)械、港口機(jī)械、清潔車等多場景均得到一定比例的應(yīng)用，同時可再生氫在不同行業(yè)的應(yīng)用將呈現(xiàn)顯著的空間差異。

與其他原本就有用氫需求的部門相比，目前能源尤其是電力部門對氫能的應(yīng)用尚未大規(guī)模開展，替代或補(bǔ)充現(xiàn)有能源在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性方面挑戰(zhàn)巨大，在未來十年內(nèi)仍將處于示范探索期，大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)。因此，能源電力部門用氫將不會對2030年可再生氫的需求量產(chǎn)生顯著影響。

氫能作為儲能的應(yīng)用，缺少可靠的氫儲運(yùn)解決方案，且與其他更為成熟的儲能（傳統(tǒng)抽水蓄能和電化學(xué)儲能等）方案可行性差距較大。氫能發(fā)電尤其是燃?xì)漭啓C(jī)適合天然氣發(fā)電設(shè)施轉(zhuǎn)型，但中國本身氣電比例極低，而且受限于設(shè)備成熟度，因此綜合氫電成本極高，因此氫能發(fā)電在中國的應(yīng)用潛力低；氫燃料電池發(fā)電則適用于規(guī)模極小的分布式應(yīng)急電源需求，或偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電，應(yīng)用場景和規(guī)模都極為有限。

化工行業(yè)

本領(lǐng)域聚焦與氫能供需關(guān)聯(lián)最緊密的三個上游化工細(xì)分領(lǐng)域：石油煉化、合成氨、甲醇。目前，中國的化工行業(yè)仍然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)。石油煉化作為石油化工行業(yè)的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對氫氣的需求量大，大型煉化廠幾乎均有場內(nèi)制氫設(shè)備，采取天然氣重整或煤氣化做為主要?dú)錃夤┙o方式。合成氨、甲醇的生產(chǎn)在中國以煤化工為主要路徑，工廠大多采用煤氣化制氫的傳統(tǒng)方式獲取氫氣。

化工行業(yè)氫能利用路徑

隨著環(huán)保、準(zhǔn)入等政策的出臺和實(shí)施，氫基綠色化工將成為產(chǎn)能轉(zhuǎn)型的重要突破口。“十三五”以來，在能耗和碳排放“雙控”等目標(biāo)的促進(jìn)下，山東、內(nèi)蒙古和陜西等傳統(tǒng)能源化工大省，均開始逐步收緊對新增高耗能化工項目的審批和管理。2022年2月，國家發(fā)展和改革委員會、工業(yè)和信息部、生態(tài)環(huán)境部和國家能源局聯(lián)合發(fā)布《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級實(shí)施指南（2022年版）》，針對煉油、煤化工、合成氨等化工行業(yè)出臺了具體的實(shí)施指南，提出引導(dǎo)工藝和技術(shù)綠色化水平的升級改造、相關(guān)前沿技術(shù)加強(qiáng)攻關(guān)并加快淘汰不符合綠色低碳轉(zhuǎn)型要求的落后設(shè)備和技術(shù)。相關(guān)政策為以可再生氫為基礎(chǔ)的清潔化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

未來，可再生氫能在化工行業(yè)的應(yīng)用將主要包括既有傳統(tǒng)工藝流程的可再生氫替代和新型化工生產(chǎn)的可再生氫利用兩種模式。由于現(xiàn)代化工項目工藝復(fù)雜、投資大且周期長，可再生氫作為原料在化工生產(chǎn)中大規(guī)模利用需要進(jìn)行較多產(chǎn)線的升級改造，短期內(nèi)成本較高且風(fēng)險較大，因此未來十年可再生氫將主要在既有傳統(tǒng)工藝流程中發(fā)揮對傳統(tǒng)化石能源制氫的替代作用，并在條件相對成熟的少部分可再生氫新型化工項目中逐步開展試點(diǎn)應(yīng)用。新型化工路徑采取的工藝技術(shù)不同于現(xiàn)有傳統(tǒng)生產(chǎn)路徑，已有項目進(jìn)行改造的難度大，因而僅適用于新建項目。

首先選定煉化（煉廠用氫）、合成氨、甲醇為研究對象，根據(jù)對各區(qū)域2030年用氫需求和可再生氫替代可行性的綜合研判，分析化工行業(yè)可再生氫需求。煉化的產(chǎn)品包括汽油柴油等多種產(chǎn)品的組合，煉廠用氫量與煉廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和總產(chǎn)量相關(guān)，而合成氨和甲醇的單位用氫需求較明確。同時，考慮細(xì)分行業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和區(qū)域可再生氫可及性，可再生氫在細(xì)分行業(yè)和不同區(qū)域的替代和增量發(fā)展模式各有差異。通過綜合研判產(chǎn)品產(chǎn)量和發(fā)展模式，分析2030年可再生氫在化工行業(yè)的用氫和裝機(jī)需求。

化工行業(yè)2030年用氫量分析框架

各區(qū)域可再生氫2030年需求量

根據(jù)測算，2030年，化工行業(yè)總可再生氫消費(fèi)量將達(dá)到376萬噸，是中國最大的可再生氫需求市場。其中，西北地區(qū)由于具備化工產(chǎn)業(yè)及可再生電力資源優(yōu)勢，將成為最大的化工可再生氫消費(fèi)地，其次分別是華東、東北和西南地區(qū)。

考慮到生產(chǎn)工藝流程、原料、技術(shù)和成本經(jīng)濟(jì)性等因素，可再生氫具備在煉化、合成氨和甲醇這三類產(chǎn)品生產(chǎn)過程中作為重要的低碳替代化工原料的潛力。根據(jù)落基山研究所的分析，到2030年，化工行業(yè)中可再生氫應(yīng)用量最多的是甲醇，其次是合成氨和煉化。

2030年化工行業(yè)可再生氫需求占比

甲醇領(lǐng)域，到2030年，產(chǎn)業(yè)整2030年化工行業(yè)可再生氫需求占比體保持增長并逐漸飽和，可再生氫需求量預(yù)計達(dá)到165萬噸/年，全國甲醇產(chǎn)業(yè)平均可再生氫應(yīng)用率有望達(dá)到20%。目前國內(nèi)甲醇產(chǎn)業(yè)整體供過于求且各區(qū)域差異大，原料結(jié)構(gòu)對煤炭的依賴度高，易受國外低成本甲醇的沖擊。未來預(yù)計甲醇下游消費(fèi)增長將以MTO/MTP（甲醇制烯烴）、甲醇燃料等新興下游帶動，政策引導(dǎo)下優(yōu)勝劣汰產(chǎn)能整合升級以提高競爭力?？紤]煤制甲醇新項目難以獲批，可再生氫制綠色甲醇將成為未來增加甲醇產(chǎn)能的突破口，相關(guān)項目逐漸在西北、西南等地區(qū)開展（例如“液態(tài)陽光”等新型工藝示范項目）。2030年，西北將成為甲醇行業(yè)最大的生產(chǎn)基地。

合成氨領(lǐng)域，到2030年，相關(guān)產(chǎn)能集中度增強(qiáng)、裝置替換升級，并進(jìn)一步向可再生資源富集地區(qū)轉(zhuǎn)移，可再生氫需求預(yù)計達(dá)到138萬噸/年。目前國內(nèi)合成氨產(chǎn)能分布受煤炭資源和工業(yè)基礎(chǔ)等因素影響，主要集中在山東、河南、山西、湖北、江蘇等省份。尿素等下游市場需求整體增長緩慢，導(dǎo)致北方市場供需情況相對飽和，但安徽、湖北、河南、福建等地近年來新增產(chǎn)能規(guī)劃相對較多。未來，預(yù)計西南、西北等地區(qū)合成氨企業(yè)將率先響應(yīng)政策引導(dǎo)，進(jìn)行技術(shù)改造和兼并重組，通過可再生氫替代等方式降低行業(yè)能耗水平，加快產(chǎn)業(yè)優(yōu)化調(diào)整。同時，合成氨有潛力作為更安全和便于運(yùn)輸?shù)膬涿浇椋瑥亩鴶U(kuò)大應(yīng)用范圍7。東北等具備合成氨出口條件的地區(qū)，將推動合成氨規(guī)模擴(kuò)大并成為可再生資源規(guī)?；{的重要手段。

煉化領(lǐng)域，到2030年，煉廠總產(chǎn)量預(yù)計與目前持平，可再生氫需求預(yù)計達(dá)到73萬噸/年。受到上游原料供應(yīng)來源、工業(yè)基礎(chǔ)以及下游消費(fèi)市場等因素影響，目前煉廠的區(qū)域布局以東部沿海地區(qū)為主。至2030年，隨著“雙碳”和相關(guān)行業(yè)政策的推進(jìn)8，交通領(lǐng)域加速新能源替代，石化產(chǎn)品市場總需求增長不顯著，未來大型煉化一體化裝置的投產(chǎn)將增長部分產(chǎn)能，同時部分規(guī)模較小的獨(dú)立煉廠將面臨淘汰或兼并重組，煉廠總產(chǎn)量預(yù)計與目前水平持平。盡管目前煉油廠采用可再生氫的成本高于化石燃料制氫的成本9，但隨著中國整體石化行業(yè)升級轉(zhuǎn)型和愈發(fā)明確的政策信號，考慮產(chǎn)能替換減碳、重大項目落地和可再生氫成本下降增快等因素，未來西南、西北、東北等地區(qū)煉廠可再生氫滲透率穩(wěn)步提升。

鋼鐵行業(yè)

鋼鐵行業(yè)是碳排放密集程度最高、脫碳壓力最大的行業(yè)之一，碳排放約占全球排放總量的7.2%。鋼鐵行業(yè)迅速脫碳在中國尤為重要，2021年中國粗鋼年產(chǎn)量為10.3億噸，占到全球粗鋼總產(chǎn)量的約53%。由于中國鋼鐵生產(chǎn)中用于提供高溫的燃料燃燒造成的排放和以焦炭為主要還原劑的反應(yīng)過程排放，難以通過電氣化的方式實(shí)現(xiàn)完全脫碳，且能效提升和廢鋼利用等方式的減排潛力有限，對因此利用可再生氫替代焦炭進(jìn)行直接還原鐵生產(chǎn)并配加電爐煉鋼的模式將成為鋼鐵行業(yè)完全脫碳最關(guān)鍵、最具前景的解決方案之一。

氫冶金技術(shù)分類及優(yōu)缺點(diǎn)

鋼鐵行業(yè)對可再生氫的利用集中在新增產(chǎn)能生產(chǎn)工藝流程，行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)占據(jù)先發(fā)地位。根據(jù)不同煉鐵工藝，氫冶金的主要應(yīng)用場景可分為三類。通過統(tǒng)籌考慮鋼鐵企業(yè)2030年前新增產(chǎn)能、氫冶金技術(shù)發(fā)展意愿，以及各企業(yè)產(chǎn)能分布、技術(shù)基礎(chǔ)、行動規(guī)劃、地方性屬性等因素，氫冶金的產(chǎn)能主要來自于中國鋼鐵行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)，并在將形成數(shù)個規(guī)模化的氫冶金基地。基于上述考慮，對氫冶金項目產(chǎn)能的規(guī)模和區(qū)域位置進(jìn)行估算，并結(jié)合不同地區(qū)電解槽的利用小時和工業(yè)副產(chǎn)氫供給等因素確定各地區(qū)的可再生氫消耗量和電解槽裝機(jī)需求。

近期已宣布的氫能煉鋼試點(diǎn)項目信息

鋼鐵行業(yè)2030年用氫量分析框架

根據(jù)測算，2030年中國氫冶金產(chǎn)能的規(guī)模約為4347萬噸，約占到全國總產(chǎn)能的4.5%左右，全行業(yè)的氫氣消耗量約為174萬噸，其中可再生氫94萬噸，約占54%，其他為工業(yè)副產(chǎn)氫。在空間分布上，氫能煉鐵產(chǎn)能和現(xiàn)有煉鐵產(chǎn)能存在差異。目前中國鋼鐵企業(yè)區(qū)位布局主要與鐵礦石和焦炭資源的分布、運(yùn)輸條件、市場需求、勞動力和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)等要素密切相關(guān)，產(chǎn)能主要集中在華北和華東地區(qū)，例如河北、江蘇、遼寧、山東和山西等地。未來，各個鋼鐵企業(yè)在氫能煉鐵項目選址時會傾向于選擇可再生氫資源豐富的地區(qū)，降低氫能儲運(yùn)成本，以降低總體成本。西北地區(qū)將成為氫能煉鐵發(fā)展最為重要的基地，2030年氫冶金產(chǎn)能占到整個西北地區(qū)產(chǎn)能的46%，華南地區(qū)也具有發(fā)展氫冶金的相對優(yōu)勢。而華東地區(qū)和華北地區(qū)的鋼鐵產(chǎn)業(yè)特別是可再生氫冶金產(chǎn)業(yè)將一定程度上向西北地區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

2020年全工藝煉鋼產(chǎn)能分布

2030年中國氫能煉鋼耗氫量分布

交通行業(yè)

受技術(shù)突破和規(guī)?；苿訋淼慕当居绊懀瑲淙剂想姵仄囋诓糠謭鼍翱蓪?shí)現(xiàn)加速滲透，交通用氫規(guī)模逐漸提升。新能源替代（包含純電動和氫燃料電池）是中國道路交通行業(yè)未來實(shí)現(xiàn)碳中和的最重要措施之一。由于動力電池技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一定的商業(yè)規(guī)?；瘧?yīng)用，且隨著技術(shù)迭代、能量密度提升和成本降低，它在乘用車和部分商用車領(lǐng)域具備了較強(qiáng)的適用性和競爭力，已取得一定商業(yè)化規(guī)模發(fā)展。與之相比，氫燃料電池汽車推廣面臨更大的競爭壓力。氫燃料電池更多聚焦于重型卡車、冷鏈物流、城際巴士、公交車和港口礦山作業(yè)車輛等對續(xù)航里程穩(wěn)定性要求較高的使用場景中進(jìn)行推廣。

2030年交通行業(yè)耗氫分布圖

考慮到交通行業(yè)分散程度較高且運(yùn)輸范圍較廣，氫燃料電池汽車在不同地區(qū)的可再生氫應(yīng)用需求可通過各省車輛保有量進(jìn)行計算。通過選定包括乘用車（包括出租車和公務(wù)用車）、公交車、城市物流車、清潔車、重型卡車、礦山機(jī)械和港口機(jī)械在內(nèi)的七種交通領(lǐng)域應(yīng)用場景，以省份為單元，以市場空間、場景技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析為基礎(chǔ)，分析2020-2030年不同地區(qū)各車型銷量及氫燃料電池汽車的滲透情況。在此之后，再綜合考慮行駛里程、單位耗氫量、工業(yè)副產(chǎn)氫供給、機(jī)動車報廢率和電解槽利用小時數(shù)等因素，分析各區(qū)域2030年交通領(lǐng)域用氫需求以及電解槽裝機(jī)需求。

2030年交通行業(yè)用氫量分析框架

根據(jù)測算，2030年中國氫燃料電池汽車保有量將達(dá)到62萬輛，總耗氫量為每年434萬噸，其中可再生氫為301萬噸，其余為工業(yè)副產(chǎn)氫。在各應(yīng)用場景中，氫燃料電池重卡的發(fā)展速度最快，預(yù)計在2030年將達(dá)到28萬輛。從區(qū)域來看，氫燃料電池汽車發(fā)展較為均衡，初期華東、華北和華南等地區(qū)發(fā)展較快，與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、運(yùn)輸需求以及地方對氫燃料汽車和氫能產(chǎn)業(yè)的支持力度呈現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性；后期西北、東北等地區(qū)加速發(fā)展，與氫燃料電池對高寒、重載等場景的適用性相一致。