可再生氢在中国的前景及在工业脱碳中的作用
印记分析“可再生氢的前景中国在工业脱碳和它的作用”是由集市Energiewende在吗框架的中德能源过渡项目。该项目得到了德国的支持联邦经济Aairs和气候行动(BMWK)和中国国家能源政府在中德的框架能源合作伙伴关系。德国公司协会毛皮国际歌Zusammernarbeit(她们)GmbH是一家领导项目实施合作与集市Energiewende和德国能源署(dena)。这种分析提供了一个可再生氢的现状的概述生产在中国,说明了它的潜力工业脱碳和比较国家德国和氢的策略中国,致力于环保和画支持建立在中国可再生氢价值链。■ 项目管理克里斯托弗,她们■ 科研管理伊莎多拉王isadora.wang@agora-energy.org■ 作者伊莎多拉·凯文Jianjun涂■ 确认作者要感谢马蒂亚斯多伊奇,运行Zhang-Class,安德斯抛,费边Barrera)、陈Xueqian Yanming Wan深刻的评论。这篇论文和研究背后也没有不可能提供的支持德国公司协会毛皮国际歌公司(她们)GmbH以及集市与中国的密切合作在其他关键EV100氢中心利益相关者。当然,如果有错误作者的自己。■ 图形BMWK /覆盖凯文Jianjun涂(第四页)Unsplash / Yusen太阳(p.13)Unsplash /泡菜星团(王泽鉴)Unsplash /穆卡斯蒂略(第11期)Unsplash /马克康尼锡(p.25) 中国可再生氢的前景及其在工业脱碳中的作用执行概要执行摘要作为全球最大的氢能生产和消费国，中国每年生产氢气高达 3,400 万吨左右。中国当前制氢路线以煤为主（72%），并有约 450 万吨未被有效利用，未来可用于工业脱碳等领域，并能为可再生氢产业链的建设打好基础。中国的电解制氢仍处于起步阶段，各地规划的 32 个可再生氢气试点项目设计年度总产能已超过 29.7 万吨。推动中国可再生氢产业链发展重在下游应用端。然而，氢作为一种能源载体，在转换过程中伴随较大的能量损耗。因此，如何尽快明确最适合可再生氢应用的场景，即“无悔”选项，已成为当务之急。氢能有望成为大规模、长时间储能的解决方案，为风电、光伏等间歇性可再生能源发电提供托底保障。可再生氢也有望助力排放密集型工业流程的深度脱碳。在上述应用场景中，可再生氢能够有效替代化石燃料作为能源载体和生产原料的双重角色。以钢铁行业为例，氢直接还原铁可以大幅降低焦炭消费。在海运和长途飞行领域，直接通过电气化减少碳排放不但效率低下而且成本高昂，采用可再生氢被广泛认为是实现净零排放的不二法门。中国和德国同为制造业大国，都设置了在本世纪中叶实现净零排放的气候目标，因此在清洁能源转型领域面临着诸多共同挑战。尽管俄乌冲突全面爆发导致了全球范围的能源安全焦虑，德国仍在为实现2045 年气候中性目标而加速布局可再生氢能政策和产业，以有效支撑本国的清洁能源转型进程。作为极具气候雄心的发达经济体，德国在氢能经济领域的经验和教训可以帮助中国培育本国处于起步阶段的可再生氢产业链。本文从氢能治理结构、提高氢能经济可行性措施和促进氢能应用等方面剖析了德国 2020 年6 月发布的《国家氢能战略》。结合中国 2021 年 3 月发布的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》以及电动汽车在中国的发展历程，作者基于中国具体国情提出了以下有针对性的政策建议：● 为更好更快建立工业化规模的低碳氢供应链，中国应在充分利用本国现有化石燃料制氢产能的同时激励可再生氢产能的持续增长。基于中国在电动车发展助力交通行业减排过程中所取得的经验，在氢能产业链规模化之前，扩大氢能的下游需求与上游的低碳生产应该区分对待。扩大可再生氢产能应与鼓励氢能大规模应用同时推进，从而在氢能产业链的上、下游之间产生正向激励效应。另一方面，本世纪初以来全国燃煤发电装机的快速扩张已提前锁定了巨量煤炭需求，中国应以此为鉴，尽量避免进一步扩大现有化石燃料制氢产能规模。● 氢能管制应更多侧重其能源属性。目前，中国仍将氢气作为危险化学品进行标识和监管，对其能源属性没有予以充分考量和反映。对氢能的危化品定位在生产选址、道路运输、市场准入、终端应用以及标准化等方面带来了一系列重大挑战。中国未来是否能够更加合理地对氢能进行定位是实现氢能规模经济性的重要先决条件。● 可再生氢在工业深度脱碳中的作用应被优先考虑，并重点聚焦钢铁、石油化工和煤化工产业。鉴于可再生氢在重工业应用中的巨大潜力，工业脱碳应成为中国实现可再生氢供应链规模经济性的重点领域。除了尽快将排放密集型的工业行业纳入全国碳排放交易体系，还应考虑将德国乃至欧洲的创新政策和金融政策工具针对中国国情进行定制和试点，尤其是绿钢的政府采购、碳差价合约和气候友好型原材料的需求配额。● 为更好促进可再生氢在中国的发展，应建立氢能部际协调机制，并最好由国务院直接领导。否则，氢能治理的职责如果长期分散在在不同部委之间，将会阻碍氢能的长足发展，并使中国错失先机。建议由该高层协调机制主导对建设跨省氢能管道这一无悔基础设施的必要性和规划展开调查研究，以积极应对中国氢气生产、消费地理错配的挑战。● 中央和地方政府补贴氢能发展时，应在制度设计层面防范“骗补”乱象并促进公平竞争。根据以往补贴政策实施过程的经验教训——尤其是电动汽车领域——中国氢能监管框架应重视制约与平衡，并纳入多重监督机制。● 为了缩小与发达经济体在氢能核心技术领域的差距，中国应考虑为包括跨国公司与本土企业在内的市场主体营造更加公平的竞争环境。如果能够大幅加强知识产权保护、积极消除市场准入壁垒，中国将能更好地深化与发达经济体在可再生氢领域的国际合作，并吸引欧盟特别是德国公司来华展开互利双赢的技术合作和商业投资。2 中国可再生氢的前景及其在工业脱碳中的作用内容◆ 1 现状：中国制氢以化石燃料为主1.1 在中国依赖煤炭制氢12355578891.2 扩大中国氢气利用的巨大潜力1.3 中国可再生氢经济的理由1.3.1 多才多艺的氢1.3.2 部门通过可再生氢耦合1.3.3 通过可再生能源电解水降低氢气的碳强度1.4 在中国可再生氢1.4.1 华北地区可再生制氢集中1.4.2 可再生氢供需不匹配◆ 2 无悔：氢能在中国工业脱碳中的作用2.1 可再生氢的应用场景10112.2 在工业过程中无悔地使用可再生氢12◆ 3 德国国家氢能战略及其对中国的影响3.1 德国氢能政策工具和专门的治理3.1.1 结构化的治理和政策环境131414151516171718183.1.2 使可再生氢经济可行的3.1.3 促进氢在关键下游行业的应用3.1.4 欧盟碳边界调整机制（CBAM）和气候俱乐部的影响3.2 中国的国家战略氢3.2.1 改善氢价值链治理的协调3.2.2 详细配套政策尚未出台3.2.3 需要强调氢在工业脱碳中的作用◆ 4 中国电动汽车项目的经验和教训1920214.1 上游发电和下游电动汽车部署分离4.2 避免欺诈行为,促进公平竞争◆ 5 政策建议22242829◆ 附件A 中国可再生氢能项目一览表◆ 附件B 中国氢能治理的主要利益相关者名单◆ 参考文献3 1现状:制氢在中国以化石燃料为主 中国可再生氢的前景及其在工业脱碳中的作用除了极少数情况下,氢分子可再生氢经济已经得到全世界动量。然而，迄今为止，全球96%的氢能供应仍然来自基于化石燃料的产品蒸汽甲烷重整（SMR）等路线，煤的气化和焦炭制造。不是自然发生在地壳中，但经常与氧气，碳，氮气或其他在oms形成化合物比如水(H2O),水电-碳(换个)或生物质(CxHyOzNa)。因此,大规模生产氢气的技术是分离的制造路线不同氢的各种化合物。是什么让氢经济——假设的未来系统通过使用提供能源和原材料氢 - 具有挑战性的是水Gen价值链，包括生产，运输，存储和最终用途可能并不总是明确的边界。换句话说，制氢和消费通常发生在同一个工业设施中关系，和氢产消者包括但不必要仅限于焦炭、氨、甲醇、氯碱、石化产品及甲醇、氯碱煤制油、煤制天然气、煤制烯烃和煤制乙二醇。加速全球清洁能源转型和到本世纪中叶实现气候中和，有一个共识是世界必须大幅遏制化石燃料消耗。尽管氢-在能源和化工行业中可有可无几十年，现有的环境足迹氢价值链是不可持续的。因此，在 ju-具有净零排放目标的指标，例如欧盟和中国电解氢生产战绩在可再生能源引起了人们的关注具有潜力的多功能和可持续能源载体帮助能源经济脱碳，特别是在碳密集型工业部门。作为中国第二大贸易伙伴和广告发达经济与雄心勃勃的气候愿望,欧盟整体，特别是德国在概念化和培养可再生氢经济的全球发展。当然，欧洲的做法和教训，尤其是来自德国的那些，与政治特别相关中国最大的制氢商和世界上消费。氢由来自可再生能源来源通常被称为“可再生氢”国际背景，尤其是欧洲联盟（欧盟）。目前，中国缺乏国家标准。1dard用于可再生氢，但欧盟的定义是被广泛接受的。随着更多的国家采用na -氢能战略和不断上升的业务SIASM走向示范项目，概念1.1在中国依赖煤炭制氢图1.2020年按来源分列的氢气生产组合：中国与世界词(副产品分离)19%60%21%20%中国(副产品分离)65%14%1%词(由源)18%48%30%4%4%中国(源)72%石油14%10%煤炭天然气电解专用电解副产品资料来源：IRENA、IEA和作者自己的估计。1资料来源：欧盟委员会，2022年3月12日 https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-system-integration/hydrogen_en 访问。2 中国可再生氢的前景及其在工业脱碳中的作用在供应方面 ,国家制氢中国各地估计将达到3410万吨（Mt）在2020年，同比（同比）略微上升2%从2019年的33.4公吨开始。制氢中国以化石燃料为主，占96%的化石燃料。层来自煤、天然气或石油。电解包括氯碱副生产和水电特洛利斯仅占全国剩余的4%输出。燃煤氢生产行列首先，72%的市场份额主要归功于圆顶煤炭资源丰富，价格合理作为中国政府在很大程度上支持的态度面向煤化工行业，特别是在当地政府层面(图1)。在煤成氢方法,煤炭gasifi -阳离子超过副产制氢焦炭和氯碱制造，以及输出量分别为 14.4 吨、10.4 吨和 1.0 吨对2020年(图2)。目前，我国电解氢生产仍处于婴儿阶段，由大约510人组成可再生沙吨/年产量 （kt/年）氢能示范项目（见附件A：清单）中国可再生氢项目）和925 kt/氯碱副产的年供应量。康塞-通常，通过可再生能源电解水（重新再生氢)更是可以忽略不计。1.2扩大中国氢气利用的巨大潜力图2。中国氢流2020氨10.6公吨甲醇8.0公吨煤气化14.4公吨可口可乐生产10.4吨加热5.0公吨废物4.5吨油3.3吨精炼3.0公吨其他3.2公吨天然气4.7公吨氯碱1.0公吨电解水0.5公吨在需求方面 ,氨制造业中国最大的氢消费行业,其次是甲醇合成、石油可以 -ING、氯碱等工业过程副产品氢气，在现场利用氢气用于工艺加热或作为原料。4.5米/年国家制氢和差距行业的消费代表氢废物流。造成这种情况的因素有很多。焦炭焦炉产生的炉气和合成煤气化炉中产生的气体是drogen、甲烷、一氧化碳(CO)等杂质。在中国引入示范之前氢燃料电池汽车的城市群，它使用在经济上对分离氢气没有吸引力用于使用而不是现场燃烧以加热焦炉（5.0吨）或作为甲醇原料气(1.0吨/年)和氨合成制造3 中国可再生氢的前景及其在工业脱碳中的作用（0.3吨/年），或干脆作为废物排放要求将氢气标记为危险品并将其处理化学燃料，与其他主要能源燃料不同。这个特定的政策实施了巨大的查尔-在选址生产设施方面，传输特别是通过道路运输，新的资格行业进入者、应用场景以及标准化。负责。与此同时，另外0.4吨/年的副产品氢气被浪费在各种氯碱制造中由于缺乏适当的规划而导致的图灵设施和流程优化。因此，巨大的潜力旨在通过以下方式进一步提高材料效率：走出中国氢供应链的岁月来了。建议已经由著名de -顺从制造者，包括前科学部长和技术，万钢博士，他在No-Vember
