为了加速全球清洁能源转型,实现在本世纪中叶实 现气候中和的远大目标,世界多个地区已对大幅遏 制化石燃料消费形成了共识。尽管几十年来,氢气一 直是能源和化学工业中不可或缺的重要组成部分, 但现有氢能价值链的环境足迹不具有可持续性。因 此,在中国和欧盟等已宣布净零排放目标的国家和 地区,可再生能源电解水制氢作为一种功能多样且可 持续的能源载体,正在引起越来越多的关注。可再生 氢有望为复杂的能源经济低碳转型提供助力,特别是应用于高碳排放的工业行业。
中国氢能发展
中国年产氢气约3410万吨,是世界最大的氢生产和 消费国。世界范围内氢能生产现状的一大共性是高 度依赖化石能源。中国与其他国家最主要的不同在 于其当前制氢路线以煤为主(72%),而非天然气。
在中国,合成氨是最大的氢气消费行业,其次是合成 甲醇、石油精炼、氯碱等,这些工业流程以氢气为原 料或工艺系统热源。全国年度氢气生产总量多出各 行业消费总量约450万吨,表明现有氢气产出有未被 合理利用的部分。未来这部分可用于工业脱碳等领 域,为可再生氢产业链的建设打基础。
中国的电解制氢仍处于起步阶段,截至2022年7月, 我们统计到中国各地已规划了50个可再生氢示范生 产项目,其中32个可再生氢气试点项目设计年度总 产能已超过29.7万吨。在现有的可再生氢气生产示 范项目中,有四个项目已投入运行,产能最大的是宝 丰能源2021年4月在宁夏投产的200兆瓦太阳能光 伏发电可再生能源制氢项目,年产氢量约2.4亿立方 米,直接用于宝丰的煤化工设施中作为生产烯烃的 原料,每年可减少56万吨的二氧化碳排放。另一个 具有代表性的示范项目是中国石化2021年11月启动 的年产能2万吨的新疆库车太阳能光伏制氢示范项 目。该项目设有配套的储氢设施和输氢管道,预计于 2023年6月建成投产,取代其塔河炼油厂现有的天 然气制氢,每年将减排二氧化碳48.5万吨。
从地域上看,可再生氢生产主要集中在西部、北部和 东北地区,而未来需求中心则在东南沿海省份。这种 供需错配情况与中国煤炭产业链极为类似。除了进 口可再生氢及其制成品之外,有两种方案可以应对 这种错配。一是将高需求的终端氢用户迁移至生产 基地附近,带动欠发达地区获取更多投资和经济效 益;另一个办法是规划建设长距离输电或可再生氢 网络运输基础设施。
氢能应用
氢能有望成为大规模、长时间储能的解决方案,为风 电、光伏等间歇性可再生能源发电提供托底保障。 可再生氢也有望助力排放密集型工业流程的深度脱 碳。在上述应用场景中,可再生氢能够有效替代化石 燃料作为能源载体和生产原料的双重角色。以钢铁 行业为例,氢直接还原铁可以大幅降低焦炭消费。在海运和长途飞行领域,直接通过电气化减少碳排放 不但效率低下而且成本高昂,采用可再生氢被广泛 认为是实现净零排放的不二法门。
氢作为一种能源载体,在转换过程中伴随较大的能 量损耗。因此,在中国大幅度提高可再生氢供应之 前,首先确定最适宜应用可再生氢的领域,即“无 悔”应用,是非常有必要的。与电力和交通相比,中 国的工业行业——特别是钢铁行业——碳排放强 度更大,其能应用于工艺过程碳减排的技术选择也 更少,可再生氢在工业行业的应用不仅是无悔应用, 也能反向促进可再生氢的规模化生产。预计到2050 年,中国以可再生氢直接还原铁为原料的粗钢产量 将达到1.24亿吨/年,相当于锁定约670万吨/年的可 再生氢需求。
中德氢能战略对比启示
世界上越来越多的国家纷纷做出在本世纪中叶实现 净零排放的承诺,许多发达经济体先后制定国家氢 政策计划。发展氢能可以一箭双雕:既能协助各国 的高碳排放领域低碳发展,又能抓住氢供应链发展 带来的新机遇。德国在2020年6月发布了《国家氢 能战略》,为该国氢能规划了清晰的发展框架,提出 38项具体措施以支持可再生氢在生产、消费、运输、 基础设施和研究领域的发展,并配套推出了90亿欧 元的政府资金,以期拉动私人投资,共同培育面向 未来的可再生氢价值链。2022年3月,《氢能产业发 展中长期规划(2021-2035年)》出台,相当于中国 也有了国家氢能战略,进一步巩固了中国政府对建 立氢能供应链的支持。作为极具气候雄心的发达经 济体,德国在氢能经济领域的经验和教训可以帮助 中国培育本国处于起步阶段的可再生氢产业链。
中国和德国同为制造业大国,都设置了在本世纪中 叶实现净零排放的气候目标,在清洁能源转型领域 面临着诸多共同挑战。作为中国的第二大贸易伙伴 和颇具气候雄心的发达经济体,以德国为代表的欧 盟在构思和培育全球可再生氢经济发展方面发挥着 引领作用。对中国来说,欧洲及德国的做法和经验尤 其具有政策启示意义。
德国《国家氢能战略》特别成立了氢能国务秘书委 员会、国家氢能理事会和联邦政府氢能协调办公室, 呈现出结构化的治理体系。这些管理机构从目标制定、行动建议起草、战略实施、监督反馈政策调整等 方面确保氢能战略总能配合市场需要。此外,德国确 立了氢生产、工业应用、交通和补充供热四个战略市 场,尤其重视可再生氢的行业应用,并通过政府绿色 采购、碳差额合约、气候友好型材料需求配额等手段 为气候中性产品和再生原材料制品开拓市场。这种 生产和应用并重的思路和不同角度的政府政策工具 都值得中国借鉴。
中国电动汽车发展历程的经验教训
为减少对石油进口的严重依赖,缓解空气污染,中国 在2000年首次引入电动汽车产业。鉴于当时煤炭发 电在中国电力结构中的绝对多数比重,电动汽车饱 受争议。然而,政府决策者坚定不移地把电动汽车作 为化石燃料内燃机汽车的替代品为其制定了发展战 略并稳步推进。今天,煤电在中国电力结构中的份额 从70%以上逐步下降至60%,使电动汽车成为交通 行业低碳发展的中流砥柱。中国也已然成为世界上 最大的电动汽车市场,仅2021年一年,中国电动汽车 销量就达到340万辆,占全球总量的一半以上。
回顾电动汽车产业的发展,在萌芽阶段不把下游的 电动汽车部署与上游的电力低碳发展做捆绑是合理 明智的。同样的,现阶段促进现有化石燃料氢生产更 多转向低碳制氢路线不应该成为下游行业应用氢能 的制约。考虑到“双碳”目标会在未来几十年分阶段 实施,为使氢能产业与工业、交通和电力行业产生与 电动汽车行业类似的减碳协同效应,可再生氢生产 规模的扩张应与下游应用的规模化发展同步进行。
本文源自涂建军、王立报告《可再生氢在中国的前景及在工业脱碳中的作用》。
Like