中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：國(guó)家主席習(xí)近平在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上宣布“中國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”?！半p碳”目標(biāo)為氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了根本遵循。2022年3月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021～2035年）》，要求逐步推動(dòng)構(gòu)建清潔化、低碳化、低成本的多元制氫體系，穩(wěn)步推進(jìn)氫能在交通、儲(chǔ)能、發(fā)電、工業(yè)領(lǐng)域示范和替代應(yīng)用。2024年11月，全國(guó)人大常委會(huì)表決通過(guò)《中華人民共和國(guó)能源法》，氫能首次被明確納入能源管理體系，為其發(fā)展消除法律約束。同年12月，工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)《加快工業(yè)領(lǐng)域清潔低碳?xì)鋺?yīng)用實(shí)施方案》，提出加快工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫等清潔低碳?xì)鋺?yīng)用，重點(diǎn)加快清潔低碳?xì)涮娲?、氫碳耦合制綠色甲醇、氫氮耦合制綠色合成氨。
油氣企業(yè)大多采取上下游一體化布局業(yè)務(wù)，上游勘探板塊擁有豐富的風(fēng)光資源，下游煉化板塊是氫能生產(chǎn)和消納的重要領(lǐng)域，如何充分挖掘已有產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)綠色低碳?xì)涞统杀疽?guī)?；迫『蛻?yīng)用，將對(duì)行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本文將就氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)、存在問(wèn)題及下一步發(fā)展方向進(jìn)行闡述。
氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)良好，綠色低碳?xì)湓垂┙o不足
氫氣作為合成氨、合成甲醇、油品精煉的原料使用已有百余年歷史，全球范圍內(nèi)每年氫氣消耗規(guī)模達(dá)到億噸，當(dāng)前，階段氫氣制取和利用具有顯著的規(guī)模效益，煉油裝置規(guī)模以千萬(wàn)噸/年為主，合成氨、合成甲醇裝置規(guī)模以數(shù)十萬(wàn)噸乃至百萬(wàn)噸/年為主，“安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)”是獲取最佳經(jīng)濟(jì)效益的重要手段，由于氫源穩(wěn)定可控，幾乎不涉及氫氣儲(chǔ)存運(yùn)輸。
化石能源制氫是氫氣的主要來(lái)源，工業(yè)副產(chǎn)氫是重要補(bǔ)充來(lái)源。我國(guó)煤氣化制氫、天然氣制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫和電解水制氫產(chǎn)能分別約為2800萬(wàn)噸/年、1080萬(wàn)噸/年、1070萬(wàn)噸/年、50萬(wàn)噸/年，2024年產(chǎn)量分別約為2070萬(wàn)噸、760萬(wàn)噸、770萬(wàn)噸、32萬(wàn)噸，化石能源制氫的產(chǎn)能和產(chǎn)量平均占比約80%，其中煤氣化制氫的產(chǎn)能和產(chǎn)量占比均超過(guò)50%，這與我國(guó)以煤炭為主的能源稟賦密切相關(guān)，也是氫能發(fā)展的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。工業(yè)副產(chǎn)氫的產(chǎn)能和產(chǎn)量受主產(chǎn)品的產(chǎn)能和產(chǎn)量限制，提升空間相對(duì)有限，風(fēng)光等可再生能源電解水制氫將是清潔低碳?xì)湮磥?lái)的主要增量來(lái)源。
化石能源制氫的碳排放強(qiáng)度仍有下降空間。根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)裝置實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，煤氣化制氫單耗約7～8噸煤/噸氫氣，二氧化碳排放強(qiáng)度約為20～25千克二氧化碳/千克氫氣，上述煤耗既包括原料也包括提供能量的燃料，若能量來(lái)自可再生能源電力，按照C+2H2O=CO2+2H2計(jì)算，二氧化碳排放強(qiáng)度可降低至11千克二氧化碳/千克氫氣。天然氣制氫單耗約4000～4500立方米天然氣/噸氫氣，二氧化碳排放強(qiáng)度約為10～12千克二氧化碳/千克氫氣，上述天然氣消耗同樣既包括原料也包括提供能量的燃料，若能量來(lái)自可再生能源電力，按照CH4+2H2O=CO2+4H2計(jì)算，二氧化碳排放強(qiáng)度可降低至5.5千克二氧化碳/千克氫氣，如果采用可再生能源電力作能量直接熱裂解天然氣，按照CH4=C+2H2計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)零碳排放制氫。此外，煤氣化制氫、天然氣制氫耦合碳捕集技術(shù)也是降低碳排放的有效技術(shù)手段，但居高不下的碳捕集成本是阻礙該技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用的重要原因。
電解水制氫的碳排放強(qiáng)度與電力來(lái)源密切相關(guān)。國(guó)家生態(tài)環(huán)境部、國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)電力平均二氧化碳排放因子為0.5366千克二氧化碳/千瓦時(shí)，化石能源電力二氧化碳排放因子為0.8325千克二氧化碳/千瓦時(shí)。根據(jù)電解水制氫裝置實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)單耗約50～60千瓦時(shí)/千克氫氣，如果采用網(wǎng)電電解水制氫，若按照全國(guó)電力平均排放因子核算，二氧化碳排放強(qiáng)度約為27～32千克二氧化碳/千克氫氣；考慮到當(dāng)前全國(guó)非水電可再生能源電力發(fā)電量?jī)H占全社會(huì)用電量的15.9%，電解水制氫所消耗電力在風(fēng)光出力不足時(shí)段實(shí)質(zhì)為100%化石能源發(fā)電，二氧化碳排放強(qiáng)度高達(dá)41～49千克二氧化碳/千克氫氣。即使是規(guī)劃中的“離網(wǎng)制氫”項(xiàng)目碳減排效應(yīng)也存疑，該類(lèi)項(xiàng)目大多位于風(fēng)光資源優(yōu)質(zhì)地區(qū)，所發(fā)可再生能源電力對(duì)電網(wǎng)沖擊最小，是替代煤發(fā)電的“優(yōu)質(zhì)電力”，屬于稀缺資源，若所發(fā)電力全部用于電解水制氫，雖然可制取一定數(shù)量綠氫（含氫基產(chǎn)品），有助于局部地區(qū)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，但不利于全國(guó)范圍實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。在我國(guó)化石能源發(fā)電占比超過(guò)60%、煤電兜底背景下，無(wú)論“離網(wǎng)制氫”還是“并網(wǎng)制氫”，現(xiàn)階段全天候連續(xù)電解水制氫的電力很大比例都是煤電，難以有效降低整體碳排放。
工業(yè)副產(chǎn)氫碳排放強(qiáng)度無(wú)法單獨(dú)定量碳排放強(qiáng)度，其數(shù)值受核算方法影響顯著。工業(yè)副產(chǎn)氫主要來(lái)源于石化、焦炭、燒堿、鋼鐵等行業(yè)，以及合成氨、合成甲醇副產(chǎn)的尾氣、馳放氣等。目前，行業(yè)通行的二氧化碳分配規(guī)則大多是質(zhì)量分配法，考慮到副產(chǎn)氫產(chǎn)量相比主產(chǎn)品產(chǎn)量要小1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，副產(chǎn)氫碳排放強(qiáng)度遠(yuǎn)小于化石能源制氫，是理想的低碳?xì)湓础５糁鳟a(chǎn)品二氧化碳排放強(qiáng)度偏高，為增強(qiáng)主產(chǎn)品的綠色低碳屬性，未來(lái)二氧化碳核算規(guī)則修改，副產(chǎn)氫的碳排放強(qiáng)度會(huì)隨之增加。
制氫成本總體可控，氫能綜合成本偏高
氫氣作為合成氨、甲醇及油品精煉的原料是“剛需”，沒(méi)有替代品，對(duì)氫氣價(jià)格不敏感，中國(guó)合成氨產(chǎn)能超過(guò)7000萬(wàn)噸/年，年產(chǎn)量超過(guò)5000萬(wàn)噸，約80%合成氨用于生產(chǎn)氮肥，為糧食增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了重要保障。作為能源直接利用，氫燃料相比于燃油、燃?xì)饧翱稍偕茉措娏Φ绕渌茉磩t是“奢侈品”，京津冀、上海、廣東等氫能示范城市群大多將加氫站終端銷(xiāo)售價(jià)格上限定為30元/千克氫氣，按照等熱值計(jì)算，類(lèi)比價(jià)格對(duì)應(yīng)5200元/噸煤、204美元/桶原油、8.9元/立方米天然氣、0.9元/千瓦時(shí)、7.9元/升汽油、8.8元/升柴油，數(shù)倍于煤炭等化石能源價(jià)格，僅與含稅的汽柴油價(jià)格相當(dāng)。
化石能源制氫成本受原料成本影響顯著?；茉粗茪涑杀局饕ㄔ铣杀?、設(shè)備折舊及人員費(fèi)和稅費(fèi)等，其中原料成本受地域影響最為顯著，新疆、內(nèi)蒙古等煤化工、氮肥企業(yè)生產(chǎn)裝置緊鄰煤炭或天然氣主產(chǎn)區(qū)，不需要額外的原料運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本，氫氣生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于其他地區(qū)。
電解水制氫成本受電價(jià)影響顯著。堿性電解槽預(yù)期使用壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，全生命周期可生產(chǎn)1億標(biāo)方氫氣，當(dāng)前主流1000標(biāo)方/小時(shí)堿性電解槽的市場(chǎng)報(bào)價(jià)已降低至500萬(wàn)元，不考慮維修及財(cái)務(wù)成本，設(shè)備成本僅0.05元/標(biāo)方氫氣，折合560元/噸氫氣，即使每天只利用8小時(shí)，設(shè)備成本也僅1680元/噸氫氣，低于煤制氫和天然氣制氫2000～3000元/噸氫氣的設(shè)備成本。全國(guó)各省、自治區(qū)、直轄市網(wǎng)電價(jià)格區(qū)間0.38～0.62元/千瓦時(shí)，按照制氫單耗50千瓦時(shí)/千克氫氣，對(duì)應(yīng)制氫電力成本19～31元/千克氫氣，僅電力成本就比化石能源制氫高一倍。
交通用氫成本穩(wěn)步降低，但下降幅度遠(yuǎn)不及預(yù)期。根據(jù)《中國(guó)氫能發(fā)展報(bào)告2023》，2023年，全國(guó)高純氫生產(chǎn)側(cè)價(jià)格為34元/千克氫氣，較2022年降低1.5元/千克氫氣；消費(fèi)側(cè)價(jià)格為58元/千克氫氣，較2022年降低1.3元/千克氫氣。乘用車(chē)領(lǐng)域，燃油車(chē)、氫燃料電池車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)百公里能耗分別為6～7升油、1千克氫氣、15～20千瓦時(shí)的電量，前兩者燃料熱值折合60～70千瓦時(shí)、33千瓦時(shí)（低熱值），內(nèi)燃機(jī)效率約為20%～30%（電量輸出相當(dāng)于12～21千瓦時(shí)）、氫燃料電池發(fā)電效率約為50%（電量輸出相當(dāng)于16.5千瓦時(shí)），三種類(lèi)型車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率基本相當(dāng)，特別是在可再生能源電力可視作“一次能源”的背景下，氫燃料電池車(chē)很難與電動(dòng)汽車(chē)相競(jìng)爭(zhēng)。
電氫協(xié)同、油氫協(xié)同是能源企業(yè)發(fā)展的主要方向
近年來(lái)，可再生能源發(fā)電成本快速下降，光照資源豐富地區(qū)的度電成本接近0.1元/千瓦時(shí)。但可再生能源發(fā)電的最大問(wèn)題是出力不均勻、不受控，如何將其與“安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)”的煉化產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，是解決氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重點(diǎn)方向。
短期內(nèi)適度解耦“安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)”，推進(jìn)能源清潔替代。2024年，風(fēng)光可再生能源發(fā)電總量比2023年增加3800億千瓦時(shí)，按等熱值約相當(dāng)于3260萬(wàn)噸原油，換言之，一年接近新增一個(gè)大慶油田，這為電解水制氫提供了電量?jī)?chǔ)備。燃油消費(fèi)達(dá)峰疊加煉油產(chǎn)能過(guò)剩，傳統(tǒng)的長(zhǎng)周期滿負(fù)荷生產(chǎn)模式已無(wú)法取得經(jīng)濟(jì)效益，因此，需要靈活安排生產(chǎn)，如僅在白天太陽(yáng)能出力好的時(shí)段，利用現(xiàn)有電網(wǎng)富余的輸送電能力，將中西部地區(qū)不能上網(wǎng)的光伏電力輸送至東部煉廠用于電解水制氫，通過(guò)靈活調(diào)節(jié)化石能源制氫裝置白天低負(fù)荷、晚上高負(fù)荷運(yùn)行，無(wú)需新建儲(chǔ)氫設(shè)施，即可低成本制取和消納綠氫。按照滿負(fù)荷20%的灰氫替代，全國(guó)需新增約700×10的四次方標(biāo)方/小時(shí)制氫能力，對(duì)應(yīng)新增7000臺(tái)1000標(biāo)方/小時(shí)電解槽，功率規(guī)模為35吉瓦，相當(dāng)于2023年全國(guó)電解槽出貨總量的20余倍。制約該模式的最大問(wèn)題是電網(wǎng)過(guò)網(wǎng)費(fèi)造成的“高電價(jià)”，需要加快以電力市場(chǎng)化為代表的能源體制革命，將西部地區(qū)幾分錢(qián)的“市場(chǎng)電”，通過(guò)收取合理的過(guò)網(wǎng)費(fèi)輸送至東部地區(qū)，保障電解水制氫綜合成本控制在1萬(wàn)元/噸氫氣以內(nèi)，提升綠氫競(jìng)爭(zhēng)力。
中遠(yuǎn)期布局供氫供電中心，推進(jìn)戰(zhàn)略接替。《能源法》明確“國(guó)家建立能源消耗總量和強(qiáng)度雙控向碳排放總量和強(qiáng)度雙控全面轉(zhuǎn)型新機(jī)制，加快構(gòu)建碳排放總量和強(qiáng)度雙控制度體系”，這將倒逼煉化行業(yè)加快淘汰高碳排放生產(chǎn)裝置，增加風(fēng)光可再生能源及電解水制氫供給。隨著未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)滲透率進(jìn)一步提高，大量油氣資源可能會(huì)用于發(fā)電，來(lái)彌補(bǔ)風(fēng)光出力不足時(shí)段的電力供應(yīng)。中國(guó)煉油產(chǎn)能約有10億噸，能源供給能力超過(guò)50座三峽水電站，煉化生產(chǎn)裝置既可消納風(fēng)光大發(fā)時(shí)段多余電力又可作為出力不足時(shí)段的補(bǔ)充電力，遍布全國(guó)的煉化生產(chǎn)企業(yè)猶如大型蓄能電站，在基本不增加基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的前提下，低成本實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略接替。
政策建議
實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，不可能畢其功于一役，要在推進(jìn)新能源可靠替代過(guò)程中逐步有序減少傳統(tǒng)能源消耗。
技術(shù)先行，示范帶動(dòng)。氫能產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、技術(shù)門(mén)檻高，在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃持續(xù)支持下，一批制氫、儲(chǔ)運(yùn)氫、用氫示范項(xiàng)目陸續(xù)落地，各大能源央企結(jié)合自身業(yè)務(wù)積極開(kāi)展工業(yè)應(yīng)用，仍需久久為功，善作善成。
以量換價(jià)，良性循環(huán)。氫氣作為能源利用還處于商業(yè)化初期，雖然增速很快，但利用總量仍偏少，設(shè)備利用率不高，導(dǎo)致成本居高不下，需進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模和使用領(lǐng)域，“以量換價(jià)”降低成本，促進(jìn)形成良性循環(huán)。
標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)，產(chǎn)業(yè)升級(jí)。氫能是化工、冶金等高耗能行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手，從能耗雙控向碳排放雙控轉(zhuǎn)變的背景下，要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)逐步優(yōu)勝劣汰，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)有序轉(zhuǎn)型升級(jí)。
