2024年綠氫化工研究報(bào)告-綠色產(chǎn)業(yè)智庫(kù)

綠色產(chǎn)業(yè)智庫(kù)研究報(bào)告行業(yè)概況發(fā)產(chǎn)節(jié)發(fā)房現(xiàn)聯(lián)行業(yè)環(huán)境裝經(jīng)術(shù)力勢(shì)行業(yè)格局服力/志班注業(yè)動(dòng)報(bào)告目錄綠氫化工概述綠氫化工概述國(guó)內(nèi)外綠氫化工進(jìn)展化學(xué)工業(yè)氫產(chǎn)業(yè)鏈綠氫化工項(xiàng)目發(fā)展情況一.綠氫化工概述(一)化學(xué)工業(yè)脫碳的必要性和緊迫性從全球看，化學(xué)工業(yè)是最難減排的工業(yè)門(mén)類(lèi)之一，能耗排名第一，碳排放排名第三，僅次于鋼鐵和水泥。2022年，我國(guó)化學(xué)工業(yè)能耗總量10.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，二氧化碳排放14.5億噸，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的能耗和碳排放來(lái)源。受資源稟賦所限，我國(guó)化學(xué)工業(yè)煤炭消費(fèi)占比高，煤化工產(chǎn)業(yè)體量大，二氧化碳排放強(qiáng)度高于國(guó)際平均水平。我國(guó)鋼鐵、水泥行業(yè)將隨著城鎮(zhèn)化完成逐步去產(chǎn)能，其能耗和碳排放也將隨之下降，但化學(xué)品需求仍有較大增長(zhǎng)空間，且我國(guó)新產(chǎn)能占比高，為避免碳鎖定效應(yīng)，亟需提高化學(xué)工業(yè)的可再生能源消費(fèi)占比，降低碳排放。電力(0.66EJ)7%生物質(zhì)(0.05EJ)煤炭(3.27EJ)天然氣(4.98EJ)石油(0.09EJ天然氣(4.98EJ)2022年全球初級(jí)化學(xué)品生產(chǎn)分品種能耗(單位：艾焦EJ)其余高價(jià)值化學(xué)品(2.55億噸)其余高價(jià)值化學(xué)品(2.55億噸)合成氨(4.198億噸)甲醇(2.61億噸)2022年全球初級(jí)化學(xué)品生產(chǎn)直接碳排放(單位：億噸)中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心一.綠氫化工的意義和作用GA-BCDEFUncompetitiveAsammoniaormethanol“Ase-tuelor氫能階梯5.0氫與電氣化和生物質(zhì)能存在競(jìng)爭(zhēng)和替代關(guān)系，應(yīng)優(yōu)先應(yīng)用在具有比較優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域。化學(xué)工業(yè)雖然可通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整、應(yīng)用生物質(zhì)能、直接電氣化、生產(chǎn)工藝優(yōu)化、數(shù)字化改造等措施減排，但要實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放，耦合綠氫是必由之路。全球化學(xué)工業(yè)依賴(lài)灰氫滿(mǎn)足用氫需求，每年排放二氧化碳約9億噸，發(fā)展綠氫化工是化學(xué)工業(yè)實(shí)現(xiàn)凈零排放的必然選擇。—5—一.綠氫化工的意義和作用(三)綠氫化工的主要方向(存量應(yīng)用和增量應(yīng)用)存量應(yīng)用：綠氫替代綠氫及其衍生物替代灰氫，取消制氫環(huán)節(jié)溫室氣體排放，不改變后續(xù)化學(xué)工藝流程。增量應(yīng)用：高溫工業(yè)過(guò)程用熱以綠氫替代化石燃料，對(duì)現(xiàn)有化石燃料鍋爐進(jìn)行適氫改造，從摻氫到純氫，節(jié)約電力基礎(chǔ)設(shè)施投資，實(shí)現(xiàn)間接電氣化。增量應(yīng)用：分布式熱電聯(lián)產(chǎn)開(kāi)展自備電廠適氫/氨改造，以氫/氨代煤，降低環(huán)境污染和碳排放增量應(yīng)用：長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能以氫及其衍生物作為儲(chǔ)能載體，平抑新能源供需的季節(jié)性失衡，提升能源系統(tǒng)可靠性。增量應(yīng)用：系統(tǒng)耦合深入挖掘化學(xué)工業(yè)系統(tǒng)耦合潛力，促進(jìn)能量和物質(zhì)循環(huán)利用，為化學(xué)工業(yè)提供新型碳源，提高固碳能力。增量應(yīng)用：助力交通行業(yè)減排發(fā)揮規(guī)?；茪?氨/甲醇的成本優(yōu)勢(shì)，助力長(zhǎng)途重載運(yùn)輸、航空和航運(yùn)等難以直接電氣化的交通部門(mén)深度減排。二.國(guó)內(nèi)外綠氫化工進(jìn)展(一)中國(guó)綠氫化工進(jìn)展1、中國(guó)氫產(chǎn)銷(xiāo)量2023年，我國(guó)氫產(chǎn)量3686.2萬(wàn)噸，其中58%來(lái)自煤炭，22%來(lái)自天然氣，19%來(lái)自副產(chǎn)氫，1%來(lái)自電解水制氫、生物質(zhì)制氫等其它方式。從產(chǎn)地看，西北、華北和華東是氫主產(chǎn)區(qū)，合計(jì)占比77.3%。2023年，中國(guó)30%的氫用于石油煉化，29%用于甲醇，27%用于合成氨，14%用于其它工業(yè)，不到1%用于其它領(lǐng)域?；瘜W(xué)工業(yè)用氫合計(jì)達(dá)86%,是最大的氫終端用戶(hù)?？紤]未來(lái)產(chǎn)量變化趨勢(shì)，如果2030年我國(guó)合成氨中的綠氨占比達(dá)到20%,甲醇生產(chǎn)中的綠色甲醇占比達(dá)到15%,石油煉化中的綠氫占比達(dá)到30%,2060年以上三個(gè)行業(yè)全面使用綠氫，那么2030年綠氫需求將分別達(dá)到210萬(wàn)噸、220萬(wàn)噸和375萬(wàn)噸，2060年綠氫需求將分別達(dá)到1060萬(wàn)噸、1520萬(wàn)噸和250萬(wàn)噸，如果考慮其它環(huán)節(jié)的綠氫需求，我國(guó)化學(xué)工業(yè)遠(yuǎn)期綠氫需求有望接近3000萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)仍將是最大的氫終端用戶(hù)。甲醇29%發(fā)布時(shí)間發(fā)布部門(mén)見(jiàn)2020年9月等2020年12月面的發(fā)展，以支持石化行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型?！笆奈濉睔淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃2021年3月國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)氫能在石化化工行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景，并計(jì)劃在綠色生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展。2022年4月2022年6月等北京市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施方案(2021-2025年)2021年6月上海市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2020-2030年)2020年11月應(yīng)用，以降低碳排放和捉高能效。廣東省氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2020-2025年)2020年9月項(xiàng)目，提高氫能在化工生產(chǎn)中的使用比例。山東省氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2025年)2021年5月山東省發(fā)展和改革委員會(huì)進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)與化工產(chǎn)業(yè)的深度融合。河北省氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2030年)2021年3月中國(guó)化學(xué)工業(yè)耦合氫能支持政策(2020年至今)二.國(guó)內(nèi)外綠氫化工進(jìn)展(一)中國(guó)綠氫化工進(jìn)展3、中國(guó)綠氫化工的優(yōu)勢(shì)擁有產(chǎn)銷(xiāo)者優(yōu)勢(shì)擁有產(chǎn)銷(xiāo)者優(yōu)勢(shì)我國(guó)化學(xué)工業(yè)既是氫的最大消費(fèi)者，也是各類(lèi)副產(chǎn)氫的主要生產(chǎn)者。在綠氯尚未實(shí)現(xiàn)平價(jià)的近中期，化學(xué)工業(yè)作為主要的氫產(chǎn)消者(Prosumer),在合理的產(chǎn)業(yè)空間布局下，利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施和副產(chǎn)氫完善氫應(yīng)用，將為大規(guī)模耦合綠氫，發(fā)展綠氫化工奠定發(fā)展基礎(chǔ)。促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展我國(guó)基礎(chǔ)化學(xué)品、電解槽、新能源產(chǎn)業(yè)都具有規(guī)模優(yōu)勢(shì)，化學(xué)工業(yè)大規(guī)模耦合綠氫將帶動(dòng)電解槽裝機(jī)容量增長(zhǎng)和成本下降，推動(dòng)綠氫早日實(shí)現(xiàn)平價(jià)。氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展將帶動(dòng)下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如催化劑、膜材料等，為化學(xué)工業(yè)帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。24增量綠電消納途徑增量綠電消納途徑風(fēng)光發(fā)電將成為發(fā)電量主體，但存在隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性，光伏發(fā)電還存在季節(jié)性差異，綠電制氯和氫長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能是未來(lái)消納綠電、平衡季節(jié)差異的主要手段，化學(xué)工業(yè)將為綠氫提供穩(wěn)定的終端消納途徑。生產(chǎn)3000萬(wàn)噸綠氫需要約1600億千瓦時(shí)綠電。安全風(fēng)險(xiǎn)低安全風(fēng)險(xiǎn)低化學(xué)工業(yè)長(zhǎng)期和廣泛利用氫，熟悉高壓設(shè)備操作，擁有完善的基礎(chǔ)設(shè)施和豐富的安全經(jīng)驗(yàn)，氫應(yīng)用的培訓(xùn)成本、行業(yè)壁壘和安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低。中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心二.國(guó)內(nèi)外綠氫化工進(jìn)展(一)中國(guó)綠氫化工進(jìn)展中國(guó)石化是中國(guó)第一、世界第二大化學(xué)工業(yè)集團(tuán)，擁有國(guó)內(nèi)最大的制氫能力，2022年產(chǎn)氧(工業(yè)副產(chǎn)氫、煤制氫和天然氣重整制氫)445萬(wàn)噸，占全國(guó)氫產(chǎn)量13.3%,絕大部分仍用于煉化和化工生產(chǎn)，少量用于加氫站。中國(guó)石化在氫的制備、儲(chǔ)運(yùn)、加注和使用環(huán)節(jié)都有堅(jiān)實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)，其遍布全國(guó)的石化煉廠、氣液儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施、輸配管線和加油站為布局氫能全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)造了得天獨(dú)厚的條件。2018年，中國(guó)石化成立新能源研究所，為集團(tuán)氫能產(chǎn)業(yè)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐和決策咨詢(xún)，搭建技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，承擔(dān)重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，力爭(zhēng)在高性能燃料電池催化等石化材料、質(zhì)子交換膜電解水制氫、加氫站關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大突破，為實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈自主可控作出更大貢獻(xiàn)，參與產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系制定，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與標(biāo)準(zhǔn)融合發(fā)展，為氫能產(chǎn)業(yè)穩(wěn)健發(fā)展提供保障。中國(guó)石化與國(guó)內(nèi)主要能源企業(yè)深化互利合作，2021年至今通過(guò)下轄兩家投資平臺(tái)已戰(zhàn)略投資10家氫能頭部企業(yè)，涵蓋氫能全產(chǎn)業(yè)鏈。2022年，中國(guó)石化發(fā)布實(shí)施氫能中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略，加快打造中國(guó)第一氫能公司，力爭(zhēng)成為世界領(lǐng)先氫能公司。中國(guó)石化按照“加氫引領(lǐng)、綠氫示范、雙輪驅(qū)動(dòng)、助力減碳”的思路，聚焦氫能交通和綠氫煉化兩大領(lǐng)域，大力發(fā)展氫能一體化業(yè)務(wù)，引領(lǐng)氫能產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展，計(jì)劃在“十四五”末建成1000座加氫站，加氫能力達(dá)到12萬(wàn)噸/年，旗下加油站逐步向“油氣氫電服”綜合加能站轉(zhuǎn)型，減排二氧化碳1000萬(wàn)噸以上。中國(guó)石化已在新疆庫(kù)車(chē)投建一座年產(chǎn)2萬(wàn)噸綠氫的煉化項(xiàng)目，同時(shí)規(guī)劃在內(nèi)蒙新建兩座年產(chǎn)5萬(wàn)噸綠氫的煉化項(xiàng)目，遠(yuǎn)期規(guī)劃綠氫產(chǎn)能超百萬(wàn)噸。二.國(guó)內(nèi)外綠氫化工進(jìn)展(二)德國(guó)、美國(guó)綠氫化工進(jìn)展天然氣33%甲疆15%化學(xué)工業(yè)是德國(guó)能耗最高的工業(yè)門(mén)類(lèi)，德國(guó)氫年產(chǎn)量約70萬(wàn)噸，德國(guó)化學(xué)工業(yè)的遠(yuǎn)期綠氫需求量將接近350萬(wàn)噸。德國(guó)巴斯夫是世界最大的化學(xué)工業(yè)集團(tuán)，也是歐洲最大的氫生產(chǎn)商和消費(fèi)者之一，位于路德維希的工廠年產(chǎn)25萬(wàn)噸氫，目前仍以天然氣蒸汽重整制氫為主，計(jì)劃重點(diǎn)發(fā)展電解水制氫和甲烷熱解制氫。巴斯夫正與西門(mén)子能源合作建設(shè)50兆瓦PEM電解水制氫項(xiàng)目，甲烷熱解制氫研究由德國(guó)聯(lián)邦教育和研究部資助。石油煉化55%石油煉化55%共它8%化學(xué)工業(yè)是美國(guó)能耗最高的工業(yè)門(mén)類(lèi)，美國(guó)氫年產(chǎn)量約1000萬(wàn)噸，每年氫氣生產(chǎn)約產(chǎn)生1億噸二氧化碳當(dāng)量的溫室氣體排放。預(yù)計(jì)美國(guó)化學(xué)工業(yè)遠(yuǎn)期的綠氫需求也將達(dá)到3000萬(wàn)噸。陶氏化學(xué)是世界第三大化學(xué)工業(yè)集團(tuán)，也是質(zhì)子交換膜、儲(chǔ)氫材料的重要供應(yīng)商。陶氏化學(xué)正在加拿大薩斯喀徹溫省投資建設(shè)零碳裂解裝置，利用當(dāng)?shù)爻渥愫土畠r(jià)的碳?xì)湓希_(kāi)發(fā)改進(jìn)的藍(lán)氫技術(shù)，稱(chēng)為“循環(huán)氫”,將裂解裝置副產(chǎn)的富甲烷氣體轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳。氫氣作為裂解裝置燃料，二氧化碳在現(xiàn)場(chǎng)捕集，并使用第三方基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行運(yùn)輸和存儲(chǔ)。三.化學(xué)工業(yè)氫產(chǎn)業(yè)鏈(一)工業(yè)副產(chǎn)氫潛力和應(yīng)用我國(guó)是世界最大的工業(yè)副產(chǎn)氫生產(chǎn)國(guó)，來(lái)自焦化、燒堿、丙烷脫氫和乙烷裂解的年理論副產(chǎn)氫1187萬(wàn)噸，是2023年工業(yè)副產(chǎn)氫產(chǎn)量的1.74倍，占?xì)淠戤a(chǎn)量的32%。焦化副產(chǎn)氫是我國(guó)產(chǎn)量占比最高的工業(yè)副產(chǎn)氫，預(yù)計(jì)產(chǎn)量將隨焦炭產(chǎn)量一同下降。燒堿副產(chǎn)氫預(yù)計(jì)將保持穩(wěn)定。丙烷脫氫和乙烯裂解副產(chǎn)氫產(chǎn)量預(yù)計(jì)有較大增長(zhǎng)潛力。世銅化聯(lián)產(chǎn)乙s綠氧護(hù)鋼鐵聯(lián)合焦化企業(yè)產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣，除用于冶煉還原劑，目前大部分作為助燃燃料和燃?xì)獍l(fā)電燃料。鋼化聯(lián)產(chǎn)是利用這些尾氣資源，提取分離一氧化碳和氫氣等氣體，進(jìn)而生產(chǎn)甲醇、甲酸、乙二醇等載碳化工產(chǎn)品，同時(shí)輸出富氫氣體，返回高爐和燒結(jié)工序，降低煤炭消耗，實(shí)現(xiàn)鋼鐵、化工耦合系統(tǒng)降碳，“以2020年8月，晉南鋼鐵建成年產(chǎn)30萬(wàn)噸乙二醇和15萬(wàn)噸液化天然氣的鋼化聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，配套建設(shè)一座日加氫量9噸加氫站，年產(chǎn)氫氣6萬(wàn)噸，其中25%用于氫冶煉，60%用于生產(chǎn)載碳化工產(chǎn)品，剩余15%經(jīng)提純后供400輛氫能重卡短倒運(yùn)輸。晉南鋼鐵經(jīng)過(guò)鋼化聯(lián)產(chǎn)改造后，每年減少二氧化碳排放193萬(wàn)噸，減少氮氧化物排放700噸，噸鋼碳排放已降至1.43噸，較我國(guó)長(zhǎng)流程煉鋼平均水平低18%,未來(lái)有望達(dá)到噸鋼碳排放1噸。(二)適合與化學(xué)工業(yè)耦合的制氫技術(shù)1、固體氧化物電解水制氫(SOEC)固體氧化物電解水制氫(SOEC)是固體氧化物燃料電池(SOFC)的逆反應(yīng)，陽(yáng)極和陰極都使用鈣鈦礦氧化物，電解質(zhì)使用固態(tài)陶瓷，在600-1000攝氏度的高溫下反應(yīng)，SOEC技術(shù)日趨成熟，10兆瓦級(jí)示范項(xiàng)目已開(kāi)始商業(yè)運(yùn)行，世界最大的SOEC生產(chǎn)商——美國(guó)BloomEnergy公司已累計(jì)部署SOEC超過(guò)1吉瓦。SOEC最主要的優(yōu)勢(shì)是利用外部系統(tǒng)輸入熱量(以高純水蒸氣形式)提高電解槽反應(yīng)動(dòng)力和電導(dǎo)率，從而提高電解水效率，電解槽直流側(cè)能效已能超過(guò)100%,特別適合與煉油、鋼鐵等蘊(yùn)含大量高溫工業(yè)余熱的工業(yè)場(chǎng)景進(jìn)行耦合。SOEC無(wú)需鉑、銥等貴金屬催化劑，對(duì)鎳需求比堿性電解少一個(gè)數(shù)量級(jí)，符合我國(guó)的資源稟賦；SOEC不僅能電解水，還能電解其它分子，便于整合進(jìn)合成氨、CCUS等化學(xué)工藝流程；SOEC可設(shè)計(jì)成可逆裝置，做到SOEC與SOFC合二為一，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)制氫和熱電聯(lián)產(chǎn)，為終端用戶(hù)節(jié)約投資和占地。SOEC的高溫運(yùn)行環(huán)境導(dǎo)致關(guān)鍵元件加速老化，降低可靠性，縮短使用壽命，導(dǎo)致目前運(yùn)行壽命只有ALK和PEM的1/3到1/2。SOEC占地面積大于其它電解水制氫技術(shù)。SOEC電解槽冷啟動(dòng)時(shí)間和爬坡時(shí)間較長(zhǎng)，與波動(dòng)性高、輸出不穩(wěn)定的可再生能源電力匹配相對(duì)較差。SOEC電解槽功率只有10兆瓦級(jí)。ReactantN?三.化學(xué)工業(yè)氫產(chǎn)業(yè)鏈(二)適合與化學(xué)工業(yè)耦合的制氫技術(shù)生物質(zhì)制氫熱化學(xué)法生物法生物質(zhì)制氫工藝路線和代表項(xiàng)目資料來(lái)源：勢(shì)銀氯鏈《生物質(zhì)制范走進(jìn)視野》生物質(zhì)制氫技術(shù)是利用農(nóng)林牧漁廢棄的各類(lèi)生物質(zhì)為原料，通過(guò)熱化學(xué)法或生物法制備氧氣。綠氫通常指可再生電力電解水生產(chǎn)的氫氣，但生物質(zhì)制氫如果保證原料來(lái)自可持續(xù)的生物質(zhì)資源，生產(chǎn)過(guò)程能源為可再生能源，也可視為綠氫。生物質(zhì)制氫工藝與CCUS結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放，但生物質(zhì)供應(yīng)鏈包括直接和間接的土地利用變化和化肥施用，這部分的溫室氣體排放不能忽視。熱化學(xué)法制氫是通過(guò)熱化學(xué)處理，將含水率低的生物質(zhì)熱解和氣化為包含氯氣、一氧化碳、甲烷等可燃?xì)怏w的合成氣，然后進(jìn)一步反應(yīng)，使一氧化碳和甲烷繼續(xù)轉(zhuǎn)化，增加氫氣產(chǎn)量，最后凈化去除雜質(zhì)，得到純凈氫氣。熱化學(xué)法制氫能實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)化效率和較大的生產(chǎn)規(guī)模，但需要高溫和復(fù)雜的氣體處理設(shè)備，催化劑能降低熱解溫度需求，提高氫氣產(chǎn)率，但催化劑的選擇和再生是技術(shù)難點(diǎn)。生物法制氫適用于含水率高的生物質(zhì)，如廚余垃圾、污泥等，包括暗發(fā)酵、光發(fā)酵和生物光解水三種技術(shù)路線。生物質(zhì)制氫輸入和輸出的物質(zhì)和能量可與化學(xué)工業(yè)和環(huán)保產(chǎn)業(yè)深度耦合，如熱化學(xué)法與廢塑料化學(xué)回收協(xié)同，生物法與城鄉(xiāng)有機(jī)廢棄。生物質(zhì)制氫使廢棄生物質(zhì)和其它廢棄物得到資源化利用，替代化石能源，并減少常規(guī)污染物和溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)減污降碳，同時(shí)生產(chǎn)氫氣、熱能和其它化學(xué)品，發(fā)展?jié)摿薮?，綜合效益顯著。生物質(zhì)原料收儲(chǔ)成本直接影響生物質(zhì)制氫成本。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有生物質(zhì)制氫裝置容量偏小，大多處于試運(yùn)行階段，尚無(wú)法滿(mǎn)足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)需要，制氫效率和成本仍有較大優(yōu)化空間。中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心—16—三.化學(xué)工業(yè)氫產(chǎn)業(yè)鏈(三)化學(xué)工業(yè)氫儲(chǔ)運(yùn)儲(chǔ)存溫度(℃)儲(chǔ)存壓力密度(kg/m3)爆炸范圍(%)壓縮氫氣液氫甲醇液氨在當(dāng)前技術(shù)條件下，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫都不可避免損耗氫氣熱值，損耗比例從10%-35%不等。降低氫儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)能耗是降低用氫總成本的關(guān)鍵?；瘜W(xué)工業(yè)目前利用化石能源現(xiàn)場(chǎng)制灰氫，為下游工序穩(wěn)定供氫，儲(chǔ)氫需求較低，如果轉(zhuǎn)向波動(dòng)性可再生電力現(xiàn)場(chǎng)電解水制綠氬，為平衡電解槽氫氣產(chǎn)量和化工生產(chǎn)用氯負(fù)荷，需要增加現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)氫規(guī)模。化學(xué)工業(yè)儲(chǔ)氫以滿(mǎn)足本地消費(fèi)為目的，以使用低成本、高安全的中低壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，減少加壓和冷凍能耗，降低儲(chǔ)氫成本。利用化學(xué)工業(yè)完善的儲(chǔ)存和運(yùn)輸設(shè)施，以氨或甲醇形式存儲(chǔ)氫能，可大幅降低儲(chǔ)氫成本和長(zhǎng)距離輸氫成本。氨的大規(guī)模儲(chǔ)存技術(shù)成熟，采用低溫常壓存儲(chǔ)液氨，可在-33.5攝氏度液化，比低溫液態(tài)氫儲(chǔ)存溫度(-253攝氏度)高得多，相應(yīng)的能耗和儲(chǔ)罐絕熱要求也低得多。如果常溫儲(chǔ)存，可在0.99兆帕下液化，也比壓縮氫氣的壓力低得多。液氨儲(chǔ)存應(yīng)用雙層結(jié)構(gòu)絕緣圓柱形鋼罐，配置制冷和保冷系統(tǒng)，單罐存儲(chǔ)容量可達(dá)5萬(wàn)噸。液氨運(yùn)輸技術(shù)成熟，成本低廉，全球已有成規(guī)模的貿(mào)易與運(yùn)輸體系，作為氫儲(chǔ)運(yùn)載體的發(fā)展?jié)摿?yōu)良。甲醇存儲(chǔ)無(wú)需加壓和降溫，可用非承壓金屬儲(chǔ)罐存儲(chǔ)，難度和成本較低?；瘜W(xué)工業(yè)應(yīng)用大型內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，單罐容積可到2萬(wàn)立方米，最大儲(chǔ)量可達(dá)1.4萬(wàn)甲烷也是一種潛在的儲(chǔ)氫衍生物，優(yōu)點(diǎn)是可直接利用現(xiàn)有的天然氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施和用氣設(shè)備，缺點(diǎn)是氫轉(zhuǎn)換甲烷的副產(chǎn)水多，氫原子利用率低，甲烷生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)存在溫室氣體逸散風(fēng)險(xiǎn)，并推遲純氫基礎(chǔ)設(shè)施改造進(jìn)程。四.綠氫化工項(xiàng)目發(fā)展情況(一)綠氫化工項(xiàng)目進(jìn)展0生物質(zhì)制氫工藝路線和代表項(xiàng)目2023年國(guó)內(nèi)綠氫項(xiàng)目下游應(yīng)用分布(以綠氫年產(chǎn)能口徑)資料來(lái)源：中國(guó)平安證券研究報(bào)告《綠魚(yú)化工項(xiàng)目將如何落地》我國(guó)綠氫項(xiàng)目蓬勃開(kāi)展，2023年有104個(gè)綠氫項(xiàng)目更新動(dòng)態(tài)，涉及綠氫規(guī)劃產(chǎn)能218萬(wàn)噸，其中4萬(wàn)噸已投產(chǎn)，處在規(guī)劃/簽約階段的綠氫產(chǎn)能接近170萬(wàn)噸，近80%的規(guī)劃綠氫產(chǎn)能用于化工生產(chǎn)，預(yù)計(jì)投資額超過(guò)4500億元。我國(guó)綠氫示范項(xiàng)目主要集中在新疆、內(nèi)蒙、甘肅、寧夏等風(fēng)光資源豐富的西北地區(qū)，最終產(chǎn)品以氨、甲醇為主；國(guó)外綠氫示范項(xiàng)目主要集中于歐洲、日本和中東等地，最終產(chǎn)品以甲醇、甲烷為主。綠氨、綠色甲醇與傳統(tǒng)化工相似度高，氫原子利用率高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好，示范工程規(guī)模相對(duì)較大，電源規(guī)模達(dá)吉瓦級(jí)，化學(xué)品產(chǎn)能達(dá)十萬(wàn)噸級(jí)，綠氨已進(jìn)入商業(yè)開(kāi)發(fā)階段，而綠氫制甲烷和合成燃料仍處于小規(guī)模示范。四.綠氫化工進(jìn)展和難點(diǎn)分析(二)綠氫項(xiàng)目類(lèi)型類(lèi)型與公共電網(wǎng)關(guān)系是否配電化學(xué)儲(chǔ)能初投資離網(wǎng)型物理隔離低是，大規(guī)模高短電網(wǎng)調(diào)峰型較少互動(dòng)高否低長(zhǎng)電網(wǎng)友好型頻繁互動(dòng)較低是，中等規(guī)模中中資料來(lái)源：中國(guó)平安證券研究報(bào)告(《綠氧化工項(xiàng)目將如何落地》根據(jù)對(duì)電網(wǎng)的依賴(lài)程度，綠氫項(xiàng)目可分為離網(wǎng)型和并網(wǎng)型兩大類(lèi)，并網(wǎng)型又可細(xì)分為電網(wǎng)調(diào)峰型和電網(wǎng)友好型。離網(wǎng)型需配置大容量的電化學(xué)儲(chǔ)能(20%,4小時(shí))和儲(chǔ)氫，電解槽運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)由配套綠電項(xiàng)目的可利用小時(shí)數(shù)決定，儲(chǔ)能可增加利用時(shí)數(shù)，用電成本由綠電成本和儲(chǔ)能成本共同決定，完全不與公共電網(wǎng)進(jìn)行功率和電量交換，保證100%生產(chǎn)綠氫，適于電網(wǎng)基礎(chǔ)薄弱、風(fēng)光電資源豐富的地區(qū)，但年運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)偏短(1500-2200小時(shí)),初投資和折舊成本較高，單位制氯成本高(>20元/千克氯)。電網(wǎng)調(diào)峰型無(wú)需配置電化學(xué)儲(chǔ)能和儲(chǔ)氫，依靠風(fēng)光耦合和公共電網(wǎng)調(diào)峰，電解槽制氫負(fù)荷恒定，運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)(7000小時(shí))。配套風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)容量一般大于電解槽功率，風(fēng)光發(fā)電出力大于電解槽功率時(shí)余電上網(wǎng)，風(fēng)光出力低于電解槽功率時(shí)使用網(wǎng)電。電網(wǎng)調(diào)峰型技術(shù)難度低，初投資和折舊成本較低，但依賴(lài)公共電網(wǎng)支撐才能穩(wěn)定運(yùn)行，網(wǎng)電比例高且電價(jià)高(0.5元/千瓦時(shí)),減碳效果不足，單位制氫成本高(20-25元/千克氫),未來(lái)應(yīng)用空間受限。電網(wǎng)友好型配置一定比例的電化學(xué)儲(chǔ)能(15%,2小時(shí))和儲(chǔ)氫或僅配置儲(chǔ)氫，主要依靠電化學(xué)儲(chǔ)能、儲(chǔ)氫和工藝靈活性適應(yīng)波動(dòng)的風(fēng)光電，盡可能減少與公共電網(wǎng)的功率和電量交換并利用低價(jià)谷電時(shí)段降低網(wǎng)電成本。電網(wǎng)友好型的初投資和折舊成本適中，技術(shù)難度高，年運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)，網(wǎng)電使用比例低且電價(jià)低(0.3元/千瓦時(shí)),減碳效果好，單位制氫成本最低(16元/千克氫),有望成為未來(lái)主流的綠氫項(xiàng)目形式。四.綠氫化工進(jìn)展和難點(diǎn)分析(三)綠氫化工重難點(diǎn)分析柔性化學(xué)合成電解制氫系統(tǒng)圖14綠氫化工關(guān)鍵環(huán)節(jié)示意圖傳統(tǒng)化工生產(chǎn)講求“安穩(wěn)長(zhǎng)滿(mǎn)優(yōu)”,如果全部使用穩(wěn)定的網(wǎng)電來(lái)電解水制氫，完全符合傳統(tǒng)化工運(yùn)行模式，但是網(wǎng)電的碳排放因子高。風(fēng)光電源碳排放因子為零，但具有間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性，與保持剛性和連續(xù)的傳統(tǒng)化工運(yùn)行模式存在矛盾。配置一定比例的電化學(xué)儲(chǔ)能可平滑風(fēng)光電日內(nèi)波動(dòng)，但會(huì)提高綠氫化工項(xiàng)目初投資。風(fēng)光出力波動(dòng)與電解槽運(yùn)行功率范圍之間存在矛盾。為實(shí)現(xiàn)制氫負(fù)荷隨新能源出力調(diào)整，電解槽自身的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力需要加強(qiáng)，單體電解槽要有更短的爬坡時(shí)間和更寬的負(fù)載工作范圍；電解槽最小工作單元要有較快的出入列速度和較短的黑啟動(dòng)時(shí)間，以工作數(shù)量適應(yīng)新能源出力變化。但是不同的電解槽技術(shù)有合理的負(fù)載區(qū)間和運(yùn)行模式，過(guò)低負(fù)載和過(guò)頻繁的變負(fù)載運(yùn)行將降低系統(tǒng)效率，帶來(lái)安全隱患。國(guó)內(nèi)綠氫項(xiàng)