实现 1.5°C 气候目标的全球氢贸易：第二部分

实现 1.5°C 气候目标的全球氢气贸易第二部分 氢载体技术综述 © 国际可再生能源署 2022除非另有说明，否则本出版物中的材料可以自由使用、共享、复制、复制、打印和/或存储，前提是适当确认 IRENA 作为来源和版权所有者。本出版物中归属于第三方的材料可能受到单独的使用条款和限制，并且在使用此类材料之前可能需要获得这些第三方的适当许可。国际标准书号：978-92-9260-431-8引文：IRENA（2022 年），全球氢贸易以实现 1.5°C 气候目标：第二部分 – 氢载体技术审查，国际可再生能源署，阿布扎比。致谢该报告由 Dolf Gielen 领导的 IRENA 创新与技术中心 (IITC) 编写。本报告由 Herib Blanco 撰写，是 Emanuele Taibi 在 Roland Roesch 指导下领导的电力部门转型团队活动的一部分。本报告受益于以下专家的意见和审查：Kevin Rouwenhorst（氨能源协会）、Ed Frank（阿贡国家实验室）、Umberto Cardella（低温汽车）、 Aparajit Pandey 和 Andreas Wagner（能源转型委员会）、 Markus Albuscheit、 Andreas Lehmann , Ralf Ott (Hydrogenious), Ilkka Hannula (International Energy Agency), Emanuele Bianco, Barbara Jinks, Paul Komor, and Emanuele Taibi (IRENA), Martin Lambert (Oxford Institute for Energy Studies), Cédric Philibert, Rafael d'Amore Domenech (马德里理工大学）。以下专家为验证本报告中使用的一些技术经济数据提供了支持：Francesco Dolci 和 Eveline Weidner（欧盟委员会联合研究中心）、David Franzmann、Heidi Heinrichs 和 Jochen Linssen（于利希研究中心）、Thomas Hajonides van der Meulen（荷兰应用科学研究组织）、Rafael Ortiz Cebolla 和 Octavian Partenie（Vattenfall）。该报告由 Justin French-Brooks 编辑。可在线获取报告：www.irena.org/publications如有问题或提供反馈：publications@irena.orgIRENA 感谢日本经济、贸易和工业部 (METI) 对制作本出版物的支持。免责声明本出版物和此处的材料按“原样”提供。 IRENA 已采取所有合理的预防措施来验证本出版物中材料的可靠性。但是，IRENA 或其任何官员、代理、数据或其他第三方内容提供商均不提供任何形式的明示或暗示保证，并且他们对使用此处的出版物或材料的任何后果不承担任何责任或义务.此处包含的信息不一定代表 IRENA 所有成员的观点。提及特定公司或某些项目或产品并不意味着它们得到 IRENA 的认可或推荐，优先于未提及的其他类似性质的公司。此处使用的名称和材料的呈现方式并不意味着 IRENA 对任何地区、国家、领土、城市或地区或其当局的法律地位，或对边界或边界的划分表示任何意见. 3实现 1.5°C 气候目标的全球氢贸易：第二部分 – 氢载体的技术审查目录缩写61基础设施发展的技术途径 161.12氨 242.12.22.3合成）302.42.5（开裂）453液体氢503.13.23.3（液化）563.43.5（气化）774液态有机氢载体 824.14.24.3（氢化）884.44.5(脱氢)9755.15.25.3评估1106成本比较备择方案1146.1航运1176.26.3运营商154 4数字图 0.1。2050 年最具成本效益的氢运输路径，取决于项目规模和距离 9图 0.2。2030 年按运营商和阶段划分的运输成本细分（左）和向 2050 年的演变（右）11图 0.3。本报告系列在 IRENA 出版物的更广泛背景下的范围 13图 1.1。基于距离和体积的氢气运输成本 17图 1.2。各种燃料和储能系统的能量密度和比能量 18图 1.3。每个氢运输选项的氢价值链的处理步骤。 21图 2.1。2019 年全球氨贸易流量（Mt） 26图 2.2。设有氨装卸设施的港口 27图 2.3。根据项目公告预计绿色氨产能 29图 2.4。各代氨生产中的初级资源和转化步骤技术31图 2.5。合成氨及辅助设备 CAPEX 32图 2.6。合成氨及辅助设备能耗（不含制氢） 34图 2.7。氨敏感性的平准化成本对最小调节和爬坡率的影响合成工艺和空气分离单元36图 2.8。氨载体的具体投资成本 40图 2.9。氨储罐的具体投资成本 41图 2.10。与峰值效率相比，燃料电池和 ICE 的效率作为负载的函数 43图 2.12。各种工艺条件下氨、氮和氢的平衡浓度 45图 2.13。基于各种文献估计（左）和函数的氨裂解资本支出工厂规模（右）47图 2.14。将来自加热器的热能用于 200 tH2/d 氨裂解装置 48图 2.15。氨裂解能耗 49图 3.1。自 1960 年代以来全球氢气液化能力增长 53图 3.2。从澳大利亚到日本的 HySTRA 项目中的氢价值链 55图 3.3。最小液化能耗作为入口压力的函数 57图 3.4。使用混合制冷剂预冷的克劳德循环的火用损失分解 58图 3.5。运行工厂的能源消耗、概念设计和氢气的理想循环液化59图 3.6。液化比能耗与工厂产能的关系 60图 3.7。液化比能源消耗与工厂负荷的关系 61图 3.8。氢气液化的特定资本支出与工厂产能的关系 62图 3.11。3 x 200 t/d 氢气液化设施的资本支出明细 67图 3.13。来自文献 74 的液态氢储存的特定 CAPEX 和不确定性图 3.14。液氢运输船的具体投资成本与船舶尺寸 76 的关系图 3.15。液氢再气化具体投资成本 78图 3.16。150 t/d 液氢终端成本明细（不包括存储)079图 4.1。使用 LOHC 84 进行氢传输的主要步骤和条件图 4.2。Hydrogenious 86的当前项目管道图 4.3。可再生甲醇生产成本与氢气和二氧化碳成本的关系 92图 4.4。不同 LOHC 94 加氢的具体投资成本图 4.5。LOHC 船舶的投资成本与船舶尺寸 96 的关系图 4.6。LOHC 脱氢的平衡转化率随压力和温度的变化 98图 4.7。LOHC 脱氢的具体投资成本 99 5实现 1.5°C 气候目标的全球氢贸易：第二部分 – 氢载体的技术审查图 5.1。各国天然气输送网络总长度。102图 5.2。天然气和氢气价格不同组合的二氧化碳减排成本105图 5.3。从混合混合物中分离氢气的平均成本，用于不同的技术和条件106图 5.4。作为内径函数的新氢气管道的具体成本范围111图 5.5。氢气管道的资本成本（左）和总运输成本（右）按成本构成112图 6.1。2050 年按氢载体、情景和成本构成划分的运输成本细分117图 6.2。2050 年按氢载体、情景和成本构成划分的资本成本细分120图 6.3。2050 年 5 000 公里固定距离的承运人运输成本与项目规模的函数关系121图 6.4。2050 年固定容量 1.5 MtH2/yr 的运输成本与距离的函数关系122图 6.5。2050 年成本最低的承运商，适用于可变项目规模和运输距离乐观的情景（实线）和悲观情景（虚线）123图 6.6。在 5 000 公里的固定距离内，作为项目规模函数的路径运输成本2050125图 6.7。2050 年固定项目规模为 1.5 MtH2/yr 的路径运输成本与距离的函数关系126图 6.8。2050 年可变项目规模和运输距离的最低成本路径，乐观的情景（实线）和悲观情景（虚线）127图 6.9。2050 年成本最低的承运商，适用于可变项目规模和运输距离，成本为3%的资本128图 6.10。从今天到 2050 年的成本路径以及氨成本下降的原因（顶部），LOHC（中）和液态氢（下）132表格表 1.1。每种潜在氢载体的优缺点22表 2.1。2 500 TEU 13.5 MW 集装箱船可能不同部件的体积和重量 43表 3.1。50 t/d 液化厂的估计材料库存67表 3.2。燃料电池和内燃机直接使用氢气的比较68表 3.3。液氢加注港口标准（改编自 LNG）72表 3.4。1 250 m 规格3液态氢载体77表 3.5。液氢再气化的能耗79表 4.1。LOHC的典型加氢条件和化学性质89表 4.2。LOHC加氢能耗93表 4.3。LOHC 船舶的原动机效率和热回收系统95表 4.4。不同类型油轮的尺寸96表 4.5。LOHC的典型脱氢条件和化学性质97表 6.1。价值链中氢载体的成本缩放指数129表 6.2。价值链中氢载体的成本缩放指数130表 6.3。2030 年至 2050 年氢载体的技术性能131盒子框 2.1。运输成本构成和运营合同类型44框 3.1。LNG 用于氢气液化的教训64框 3.2。LNG 用于液氢运输的经验教训70框 3.3。液化天然气冷回收的经验教训80 6缩写AB1,2-dihydro-1,2-azaborineABS美国船级社爱普原则上批准亚利桑那州立大学空分装置BECC具有碳捕获和储存功能的生物能源英国电信苄基甲苯资本支出资本支出CCS碳捕获和储存CH2压缩氢气天然气压缩天然气一氧化碳一氧化碳数模转换器直接空气捕获DACCS具有碳捕获和储存的直接空气捕获DBT二苄基甲苯二甲醚二甲醚载重吨载重吨位燃料电池汽车燃料电池电动汽车温室气体温室气体重油重质燃料油Hx热交换器冰内燃机IGC 代码国际气体运输公司代码IGF 代码使用气体或其他低闪点燃料的国际船舶安全规则国际海事组织国际海事组织IPCEI欧洲共同利益的重要项目国际标准化组织国际标准化组织H2氢LH2液态氢低压较低的热值液化天然气液化天然气 7实现 1.5°C 气候目标的全球氢贸易：第二部分 – 氢载体的技术审查LOHC液态有机氢载体液化石油气 液化石油气氧化镁海上柴油谅解备忘录 谅解备忘录先生混合制冷剂小憩萘NECN-乙基咔唑尼多新能源与产业技术开发机构NH3氨不X氮氧化物N2氮运营支出运营支出PEMFC聚合物电解质膜燃料电池ppm百万分之几PSA变压吸附光伏光伏SMR蒸汽甲烷重整SOFC固体氧化物燃料电池猪瘟时空产量总拥有成本总拥有成本标准箱二十英尺等效单位四氢呋喃四氢呋喃TRL技术准备水平技术支持办公室传输系统操作员超临界超大型原油运输船超大型油轮非常大的原油运输船VLSFO极低硫燃料油计量单位桶桶厘米厘米d天G公克 8GJ千兆焦耳总吨千吨级GtCO2十亿吨二氧化碳GW千兆瓦小时小时ķ开尔文千卡/摩尔每摩尔千卡公斤公斤公里公里千瓦千瓦千瓦埃尔千瓦电千瓦时埃尔千瓦时电千瓦时/升每升千瓦时千瓦时2千瓦的氢气米仪表乔丹兆焦耳MMBtu百万英热单位兆帕百帕斯卡公吨百万吨二氧化碳百万吨二氧化碳MtH2/年 百万吨氢气/年兆瓦兆瓦兆瓦时兆瓦时米3立方米牛米3标准立方米吨公吨吨/天吨/天年年 9实现 1.5°C 气候目标的全球氢贸易：第二部分 – 氢载体的技术审查执行摘要氢气可以通过管道或船舶进行长距离运输。本报告比较了氢气作为压缩气态氢的管道运输与三种运输途径：氨、液态氢和液态有机氢载体 (LOHC)。重点是氢运输，而不是使用氢（例如铁）制成的商品的运输，并指出氨既可以作为氢载体，也可以直接用作不同应用的原料或燃料。含碳载体（如甲醇或甲烷）被排除在外，因为它们需要可持续的碳源（生物或直接来自空气）才能被认为是可再生的，并且成本优势不足以弥补这一缺点。范围包括从气态氢转变