能源篇，氢能，碳中和时代零碳能源
下面是小编为大家整理的能源篇，氢能，碳中和时代零碳能源,供大家参考。
正文目录 一、氢能是替代化石能源实现碳中和的重要选择
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二、当前中国氢气生产分布和来源
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2.1 氢能分布在西部
5 2.2 氢气来源仍然以化石燃料为主
................................................................................................... 5 三、不同技术制氢的技术经济环境性分析
................................................................................ 8
四、氢能冶金领域处于研究示范阶段
..................................................................................... 10
五、氢能用于交通领域进入推广应用阶段
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5.1 氢能+燃料电池产业链市场前景广阔
......................................................................................12 5.2 氢燃料电池产业需大幅降低成本 .............................................................................................16 五、投资建议
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六、风险提示
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图表目录 图表 1 氢能替代主要领域
..................................................................................................................... 4 图表 2 氢能投资呈现增长趋势（亿元）
............................................................................................ 4 图表 3 从区域分布看，氢能生产主要分布在西北和华北地区（万吨）
...................................... 5 图表 4 从氢的来源看可分为灰氢、蓝青、绿氢
................................................................................ 6 图表 5 2020 年我国氢气主要来源占比
.............................................................................................. 6 图表 6 2020 年我国氢气主要消费途径占比
...................................................................................... 6 图表 7 当前中国氢气生产和消费主要工艺
........................................................................................ 6 图表 8 副产气制氢在经济性、碳排放等方面具有综合优势
........................................................... 8 图表 9 副产气制氢能源效率最高
........................................................................................................ 9 图表 10 以现状电力结构看，电解水制氢碳排放最高
................................................................... 9 图表 11 工业副产氢成本最低
......................................................................................................... 10 图表 12 我国钢铁行业碳排放量占全国碳排放总量的 15%左右 ............................................... 10 图表 13 HYBRIT 项目工艺流程与传统高炉流程对比 .................................................................. 11 图表 14 SALCOS 项目工艺流程
.................................................................................................... 12 图表 15 奥钢联 H 2 FUTURE 项目产业链
...................................................................................... 12 图表 16 氢能+燃料电池产业链
....................................................................................................... 13 图表 17 国内燃料电池汽车主要政策
............................................................................................. 13 图表 18 各地出台的氢燃料电池政策
............................................................................................. 14 图表 19 央企积极布局氢能产业链
................................................................................................. 14 图表 20 2020 年我国燃料电池汽车保有量 7352 辆
.................................................................... 15 图表 21 2020 年底加氢站建成 128 座
.......................................................................................... 15 图表 22 中国氢能及燃料电池产业总体目标
................................................................................. 15 图表 23 氢燃料电池车与汽油车、电动车经济性对比
................................................................ 16 图表 24 国内燃料电池车的总成本发展趋势（美元/百公里）
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一、氢能是替代化石能源实现碳中和的重要选择 氢能（氢的能源利用）受到全球广泛关注，成为应对气候变化、建设脱碳社会的重要产业方向。欧、美、日、韩等发达国家纷纷制定氢能路线图，加快推进氢能产业技术研发和产业化布局。
当前，我国氢气生产利用主要在以石化化工行业为主的工业领域，以“原料”利用为主，“燃料”利用为辅。我国发展氢能具有良好基础，也面临诸多挑战。绿氢供应、氢储运路径和基础设施建设、氢燃料电池核心技术装备、氢燃料电池汽车技术装备等均待逐一攻破，必须实事求是、客观冷静、积极创新，争取少走弯路，开创氢能技术突破和产业化新局面。
氢能产业已成为我国能源战略布局的重要部分。2020 年，氢能被纳入《能源法》（征求意见稿）。2021年，氢能列入《国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》未来产业布局。
氢能产业发展初期，依托现有氢气产能、就近提供便捷廉价氢源，支持氢能中下游产业发展，降低氢能产业起步难度，具有积极的现实意义。绿氢在“碳中和”中可以用在绿电无法发挥作用的领域实现互补，如氢冶金、化工、重卡交通燃料、供热等。面向未来，当绿氢成为稳定足量的低价氢源时，绿氢促进工业脱碳将更好地发挥氢能价值。
图表1
氢能替代主要领域
资料来源：清华大学，
疫情未改变氢能产业投资积极局面。根据公开信息初步统计，2019 年氢燃料电池产业相关投资及规划资金 1805 亿元。尽管受到疫情影响，2020 年氢能产业整体发展速度有所放缓，但在投资方面，投资金额 1600 亿元，仅有 11%左右的降幅，显示了市场对于氢能产业依旧充满信心。
图表2
氢能投资呈现增长趋势（亿元）
6000 4000 2000 0 氢能产业投资 累计投资
2018 2019 2020
资料来源：中国石化集团经济技术研究院，
4255 2655 1805 850 850 1600
二、当前中国氢气生产分布和来源 2.1 氢能分布在西部 2019 年以来，国家、各级地方政府对氢能产业发展高度重视，陆续出台了多项规划和发展目标，众多企业和科研机构纷纷开展技术攻关。中国煤炭加工利用协会统计，2020 年我国氢能产量和消费量均已突破 2500 万吨，已成为世界第一大制氢大国。
从区域分布看，氢能生产主要产生在西北和华北地区，根据 2019 年数据，产量超过 400 万吨的省 份有内蒙和山东，产量超过 300 万吨的省份有新疆、陕西和山西，产量超过 200 万吨的省份有宁夏、河南和河北，产量超过 100 万吨的省份有江苏、安徽、四川、辽宁和湖北。
图表3
从区域分布看，氢能生产主要分布在西北和华北地区（万吨）
资料来源：清华大学，
2.2 氢气来源仍然以化石燃料为主 氢能源按生产来源划分，可以分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”三类。“灰氢”是指利用化石燃料石油、天然气和煤制取氢气，制氢成本较低但碳排放量大；“蓝氢”是指使用化石燃料制氢的同时，配合碳捕捉和碳封存技术，碳排放强度相对较低但捕集成本较高；“绿氢”是利用风电、水电、太阳能、核电等可再生能源电解制氢，制氢过程完全没有碳排放，但成本较高。目前，我国氢气主要来自灰氢。
从来源看，我国的氢源结构目前仍是以煤为主，来自煤制氢的氢气占比约 62%、天然气制氢占 19%，电解水制氢仅占 1%，工业副产占 18%。就消费情况看，目前的氢能基本全部用于工业领域，其中，生产合成氨用氢占比为 37%、甲醇用氢占比为 19%、炼油用氢占比为 10%、直接燃烧占比为 15%、其他领域占比为 19%。
图表4
从氢的来源看可分为灰氢、蓝氢、绿氢
资料来源：清华大学，
图表5
2020 年我国氢气主要来源占比 图表6
2020 年我国氢气主要消费途径占比
工业副产 氢 电解水制 18%
氢 1%
天然气制氢 19%
煤制氢 62%
其他 19%
直接燃烧 15%
炼油用氢 10%
生产合成氨用氢 37%
甲醇用氢 19%
资料来源：中国煤炭加工利用协会，
资料来源：中国煤炭加工利用协会，
图表7
当前中国氢气生产和消费主要工艺
资料来源：石油和化学工业规划院，
（ 1）以煤为原料制氢 煤制氢的本质是以煤中碳取代水中的氢，最终生成氢气和二氧化碳。这里，碳起到还原作用并为置换反应提供热。
以煤为原料制取含氢气体的方法主要有两种：
一是煤的焦化（或称高温干馏），煤在隔绝空气条件下，在
900-1000℃制取焦炭，副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组份中含氢气 55%-60%(体积）、甲烷 23%-27%、一氧化碳 5%-8%等。每吨煤可得煤气 300-350m 3 ，作为城市煤气，亦是制取氢气的原料。
二是煤的气化，使煤在高温常压或加压下，与水蒸汽或氧气（空气）等反应转化成气体产物。气体产物中氢气的含量随不同气化方法而异。
（ 2）天然气制氢 天然气的主要成分是甲烷（CH 4 ），本身就含有氢。和煤制氢相比，用天然气制氢产量高、加工成本较低，排放的温室气体少，因此天然气成为国外制造氢气的主要原料。其中天然气蒸汽转化是较普遍的制造氢气方法。
（ 3）重油部分氧化制造氢气 重油是炼油过程中的残余物，可用来制造氢气。重油部分氧化过程中碳氢化合物与氧气、水蒸气反应生成氢气和二氧化碳。该过程在一定的压力下进行，可以采用催化剂，这取决于所选原料与过程。
（ 4）水电解制造氢气 水电解制得的氢气纯度高，操作简便，但需耗电。水电解制氢的效率一般在
75%-85%，一般生产 1m 3
氢气和 0.5m 3
氧气的电耗为 4-5kWh。根据热力学原理，电解水制得 1m 3 氢气和 0.5m 3 氧气的最低电耗要 2.95 度电。
根据石油和化学工业规划院统计，我国电解水制氢装置约 1500-2000 套，产量约 10-20 万吨。与大规模光伏发电或风力发电配套的电解水制氢装置正在进行小规模示范。
项目 1：河北建投张家口沽源风电制氢综合利用示范项目投资方：河北建投新能源有限公司 建设规模：200MW 风电场、10MW 电解水制氢和氢气综合利用系统制氢能力：1752 万标准立方米 制氢规模：一期 4MW 电解水制氢+2×400Nm 3 /h 中压水电解制氢设备总投资：20.3 亿元 年销售收入：2.6 亿元 项目 2：吉林省长岭龙凤湖 20 万千瓦风电制氢示范项目投资方：北京天润新能有限公司 建设规模：200MW 风电场、700 万立方米制氢、CNG 混氢项目（H2：CNG＝2：8 混合进 CNG 汽车）
制氢规模：一期 4MW 电解水制氢+2×400Nm3/h 中压水电解制氢设备总投资：25.5 亿元
（ 5）生物质制造氢气 家庭、农业、林业等产生的生物质可用于生产氢气。原料包括杨树、柳树和柳枝，以及来自厌氧消化或垃圾填埋所产生的沼气等。生物质可以使用成熟的技术进行气化，甚至在气化过程中与煤或废塑料共同反应，如果与碳捕获技术结合，就有可能生产出负碳氢。沼气有额外的净化要求，可以通过类似于蒸汽甲烷重整（SMR）的过程进行改造以产生氢气。
（ 6）工业副产氢气净化 焦炉气、氯碱、丙烷脱氢制丙烯和乙烷裂解制烯烃副产的粗氢气可以经过脱硫、变压吸附和深冷分离等精制工序后作为燃料电池车用氢源，成本远低于化工燃料制氢、甲醇重整制氢和水电解制氢等路线。
三、不同技术制氢的技术经济环境性分析 氢气生产方式较多，氯碱副产气、干气、焦炉煤气、乙烷裂解副产气、甲烷、煤炭、天然气、电解水等多种制氢方式。其中，氯碱副产气、干气、焦炉煤气、乙烷裂解副产气等副产气制氢在能源效率、污染排放、碳排放、成本方面占据优势。各地区发展氢能产业链时，应充分结合区域能源结构，优先使用副产氢气和富余能源进行利用。
图表8
副产气制氢在经济性、碳排放等方面具有综合优势
制氢方式 优点 缺点 能源效率（%）
氢气价格 氢气成本 碳排放
（元/kgH 2 ）
（元/Nm 3 ）
（ kgCO 2 /kgH 2 ）
化石燃料制氢 天然气制氢 产量高，成本低 排放温室气体 83 13-20 0.6-1.2 10 煤制氢 产量高，成本低， 商业化技术成熟 排放温室气体 63 10-15 1-1.2 20-25
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