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(kāi)啟綠色氫能新時(shí)代之匙：中國2030年“可再生氫100”發(fā)展路線(xiàn)圖》。報告提出了綠氫在不同領(lǐng)域的發(fā)展路徑。到2030年，全國電解槽裝機量達到102GW，全國可再生氫總需求達到770萬(wàn)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、華北地區本地應用需求旺盛，成為裝機規模最大的區域，

綠氫發(fā)展模式展望

氫能的發(fā)展將遵循需求拉動(dòng)供給的一般規律，其供需格局演變受產(chǎn)業(yè)布局演變、技術(shù)經(jīng)濟進(jìn)步、安全保障約束、資源統籌優(yōu)化等多方面因素驅動(dòng)?！皡^域為主”統籌發(fā)展、“大基地”規?；_(kāi)發(fā)、“先立后破”逐步替代將是未來(lái)十年可再生氫發(fā)展的重要特征，最終實(shí)現氫能乃至整個(gè)能源系統的跨區域、跨品類(lèi)統籌規劃、協(xié)調發(fā)展。

到2030年，全國電解槽裝機量達到102GW，全國可再生氫總需求達到770萬(wàn)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)。在可再生氫發(fā)展初期，由于行業(yè)用戶(hù)端對于使用的成本和便利性敏感程度較高，且儲運的成本瓶頸在短期內無(wú)法得到顯著(zhù)突破，因此，區域內可再生氫產(chǎn)銷(xiāo)結合的經(jīng)濟性?xún)?yōu)勢較為明顯。西北、華北地區本地應用需求旺盛，成為裝機規模最大的區域，其次為華東和華南。（區域劃分參照全國七大自然地理分區，即華北、東北、華東、華中、華南、西南、西北七大行政地理分區，其中內蒙古全部劃歸為西北地區。）

到2030年，可再生氫預計將在化工、鋼鐵、交通等部門(mén)得到規?；痉稇?。其中化工領(lǐng)域的氫能應用場(chǎng)景仍主要集中在合成氨、合成甲醇、煉廠(chǎng)煉化等高耗氫過(guò)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、輕中型物流車(chē)、公交車(chē)、礦山機械、港口機械、清潔車(chē)等多場(chǎng)景均得到一定比例的應用，同時(shí)可再生氫在不同行業(yè)的應用將呈現顯著(zhù)的空間差異。

與其他原本就有用氫需求的部門(mén)相比，目前能源尤其是電力部門(mén)對氫能的應用尚未大規模開(kāi)展，替代或補充現有能源在技術(shù)和經(jīng)濟性方面挑戰巨大，在未來(lái)十年內仍將處于示范探索期，大規模商業(yè)化應用難以實(shí)現。因此，能源電力部門(mén)用氫將不會(huì )對2030年可再生氫的需求量產(chǎn)生顯著(zhù)影響。

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

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(gè)上游化工細分領(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，對氫氣的需求量大，大型煉化廠(chǎng)幾乎均有場(chǎng)內制氫設備，采取天然氣重整或煤氣化做為主要氫氣供給方式。合成氨、甲醇的生產(chǎn)在中國以煤化工為主要路徑，工廠(chǎng)大多采用煤氣化制氫的傳統方式獲取氫氣。

化工行業(yè)氫能利用路徑

隨著(zhù)環(huán)保、準入等政策的出臺和實(shí)施，氫基綠色化工將成為產(chǎn)能轉型的重要突破口?！笆濉币詠?lái)，在能耗和碳排放“雙控”等目標的促進(jìn)下，山東、內蒙古和陜西等傳統能源化工大省，均開(kāi)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(huì )、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)加強攻關(guān)并加快淘汰不符合綠色低碳轉型要求的落后設備和技術(shù)。相關(guān)政策為以可再生氫為基礎的清潔化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了基礎。

未來(lái)，可再生氫能在化工行業(yè)的應用將主要包括既有傳統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。由于現代化工項目工藝復雜、投資大且周期長(cháng)，可再生氫作為原料在化工生產(chǎn)中大規模利用需要進(jìn)行較多產(chǎn)線(xiàn)的升級改造，短期內成本較高且風(fēng)險較大，因此未來(lái)十年可再生氫將主要在既有傳統工藝流程中發(fā)揮對傳統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(kāi)展試點(diǎn)應用。新型化工路徑采取的工藝技術(shù)不同于現有傳統生產(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(chǎng)用氫）、合成氨、甲醇為研究對象，根據對各區域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(chǎng)用氫量與煉廠(chǎng)產(chǎn)品結構和總產(chǎn)量相關(guān)，而合成氨和甲醇的單位用氫需求較明確。同時(shí)，考慮細分行業(yè)技術(shù)經(jīng)濟性和區域可再生氫可及性，可再生氫在細分行業(yè)和不同區域的替代和增量發(fā)展模式各有差異。通過(guò)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)的用氫和裝機需求。

化工行業(yè)2030年用氫量分析框架

各區域可再生氫2030年需求量

根據測算，2030年，化工行業(yè)總可再生氫消費量將達到376萬(wàn)噸，是中國最大的可再生氫需求市場(chǎng)。其中，西北地區由于具備化工產(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地，其次分別是華東、東北和西南地區。

考慮到生產(chǎn)工藝流程、原料、技術(shù)和成本經(jīng)濟性等因素，可再生氫具備在煉化、合成氨和甲醇這三類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中作為重要的低碳替代化工原料的潛力。根據落基山研究所的分析，到2030年，化工行業(yè)中可再生氫應用量最多的是甲醇，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(cháng)并逐漸飽和，可再生氫需求量預計達到165萬(wàn)噸/年，全國甲醇產(chǎn)業(yè)平均可再生氫應用率有望達到20%。目前國內甲醇產(chǎn)業(yè)整體供過(guò)于求且各區域差異大，原料結構對煤炭的依賴(lài)度高，易受?chē)獾统杀炯状嫉臎_擊。未來(lái)預計甲醇下游消費增長(cháng)將以MTO/MTP（甲醇制烯烴）、甲醇燃料等新興下游帶動(dòng)，政策引導下優(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(lái)增加甲醇產(chǎn)能的突破口，相關(guān)項目逐漸在西北、西南等地區開(kāi)展（例如“液態(tài)陽(yáng)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、裝置替換升級，并進(jìn)一步向可再生資源富集地區轉移，可再生氫需求預計達到138萬(wàn)噸/年。目前國內合成氨產(chǎn)能分布受煤炭資源和工業(yè)基礎等因素影響，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(chǎng)需求整體增長(cháng)緩慢，導致北方市場(chǎng)供需情況相對飽和，但安徽、湖北、河南、福建等地近年來(lái)新增產(chǎn)能規劃相對較多。未來(lái)，預計西南、西北等地區合成氨企業(yè)將率先響應政策引導，進(jìn)行技術(shù)改造和兼并重組，通過(guò)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)化調整。同時(shí)，合成氨有潛力作為更安全和便于運輸的儲氫媒介，從而擴大應用范圍7。東北等具備合成氨出口條件的地區，將推動(dòng)合成氨規模擴大并成為可再生資源規?；{的重要手段。

煉化領(lǐng)域，到2030年，煉廠(chǎng)總產(chǎn)量預計與目前持平，可再生氫需求預計達到73萬(wàn)噸/年。受到上游原料供應來(lái)源、工業(yè)基礎以及下游消費市場(chǎng)等因素影響，目前煉廠(chǎng)的區域布局以東部沿海地區為主。至2030年，隨著(zhù)“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(chǎng)總需求增長(cháng)不顯著(zhù)，未來(lái)大型煉化一體化裝置的投產(chǎn)將增長(cháng)部分產(chǎn)能，同時(shí)部分規模較小的獨立煉廠(chǎng)將面臨淘汰或兼并重組，煉廠(chǎng)總產(chǎn)量預計與目前水平持平。盡管目前煉油廠(chǎng)采用可再生氫的成本高于化石燃料制氫的成本9，但隨著(zhù)中國整體石化行業(yè)升級轉型和愈發(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(lái)西南、西北、東北等地區煉廠(chǎng)可再生氫滲透率穩步提升。

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過(guò)程排放，難以通過(guò)電氣化的方式實(shí)現完全脫碳，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(lèi)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)占據先發(fā)地位。根據不同煉鐵工藝，氫冶金的主要應用場(chǎng)景可分為三類(lèi)。通過(guò)統籌考慮鋼鐵企業(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、行動(dòng)規劃、地方性屬性等因素，氫冶金的產(chǎn)能主要來(lái)自于中國鋼鐵行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)，并在將形成數個(gè)規?；臍湟苯鸹??；谏鲜隹紤]，對氫冶金項目產(chǎn)能的規模和區域位置進(jìn)行估算，并結合不同地區電解槽的利用小時(shí)和工業(yè)副產(chǎn)氫供給等因素確定各地區的可再生氫消耗量和電解槽裝機需求。

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

根據測算，2030年中國氫冶金產(chǎn)能的規模約為4347萬(wàn)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(wàn)噸，其中可再生氫94萬(wàn)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)能和現有煉鐵產(chǎn)能存在差異。目前中國鋼鐵企業(yè)區位布局主要與鐵礦石和焦炭資源的分布、運輸條件、市場(chǎng)需求、勞動(dòng)力和產(chǎn)業(yè)基礎等要素密切相關(guān)，產(chǎn)能主要集中在華北和華東地區，例如河北、江蘇、遼寧、山東和山西等地。未來(lái)，各個(gè)鋼鐵企業(yè)在氫能煉鐵項目選址時(shí)會(huì )傾向于選擇可再生氫資源豐富的地區，降低氫能儲運成本，以降低總體成本。西北地區將成為氫能煉鐵發(fā)展最為重要的基地，2030年氫冶金產(chǎn)能占到整個(gè)西北地區產(chǎn)能的46%，華南地區也具有發(fā)展氫冶金的相對優(yōu)勢。而華東地區和華北地區的鋼鐵產(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進(jìn)行轉移。

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?；苿?dòng)帶來(lái)的降本影響，氫燃料電池汽車(chē)在部分場(chǎng)景可實(shí)現加速滲透，交通用氫規模逐漸提升。新能源替代（包含純電動(dòng)和氫燃料電池）是中國道路交通行業(yè)未來(lái)實(shí)現碳中和的最重要措施之一。由于動(dòng)力電池技術(shù)已經(jīng)實(shí)現了一定的商業(yè)規?；瘧?，且隨著(zhù)技術(shù)迭代、能量密度提升和成本降低，它在乘用車(chē)和部分商用車(chē)領(lǐng)域具備了較強的適用性和競爭力，已取得一定商業(yè)化規模發(fā)展。與之相比，氫燃料電池汽車(chē)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(chē)、冷鏈物流、城際巴士、公交車(chē)和港口礦山作業(yè)車(chē)輛等對續航里程穩定性要求較高的使用場(chǎng)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)分散程度較高且運輸范圍較廣，氫燃料電池汽車(chē)在不同地區的可再生氫應用需求可通過(guò)各省車(chē)輛保有量進(jìn)行計算。通過(guò)選定包括乘用車(chē)（包括出租車(chē)和公務(wù)用車(chē)）、公交車(chē)、城市物流車(chē)、清潔車(chē)、重型卡車(chē)、礦山機械和港口機械在內的七種交通領(lǐng)域應用場(chǎng)景，以省份為單元，以市場(chǎng)空間、場(chǎng)景技術(shù)經(jīng)濟性分析為基礎，分析2020-2030年不同地區各車(chē)型銷(xiāo)量及氫燃料電池汽車(chē)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、機動(dòng)車(chē)報廢率和電解槽利用小時(shí)數等因素，分析各區域2030年交通領(lǐng)域用氫需求以及電解槽裝機需求。

2030年交通行業(yè)用氫量分析框架

根據測算，2030年中國氫燃料電池汽車(chē)保有量將達到62萬(wàn)輛，總耗氫量為每年434萬(wàn)噸，其中可再生氫為301萬(wàn)噸，其余為工業(yè)副產(chǎn)氫。在各應用場(chǎng)景中，氫燃料電池重卡的發(fā)展速度最快，預計在2030年將達到28萬(wàn)輛。從區域來(lái)看，氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展較為均衡，初期華東、華北和華南等地區發(fā)展較快，與區域經(jīng)濟發(fā)展水平、運輸需求以及地方對氫燃料汽車(chē)和氫能產(chǎn)業(yè)的支持力度呈現出較強的相關(guān)性；后期西北、東北等地區加速發(fā)展，與氫燃料電池對高寒、重載等場(chǎng)景的適用性相一致。