全球氢贸易实现 1.5 ° C 气候目标 ： 氢载体技术综述

全球氢贸易将达到 1.5 ° C 气候目标第二部分氢载体技术综述 © IRENA 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、印刷和 / 或存储，前提是 IRENA 作为来源和版权持有人给予适当的确认。本出版物中属于第三方的材料可能受单独的使用条款和限制的约束，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。书号 ： 978 - 92 - 9260 - 431 - 8引用 ： IRENA （ 2022 ） ， 全球氢贸易以实现 1.5 ° C 气候目标 ： 第二部分 - 氢载体的技术审查 ， 国际可再生能源机构 ， 阿布扎比。Acknowledgements该报告由 Dolf Gielen 领导的 IRENA 创新与技术中心 （ IITC ） 编写。该报告由 Herib Blanco 撰写 ， 是 Emanuele Taibi 在 Roland Roesch 的指导下领导的电力部门转型团队活动的一部分。本报告得益于以下专家的投入和审查 ： 凯文 · 鲁文霍斯特 （ 氨能源协会 ），埃德 · 弗兰克 （ 阿贡国家实验室 ），翁贝托 · 卡德拉 （ Cryomotive ） ， Aparajit Padey ad Adreas Wager (Eergy Trasitios Commissio), Mars Albscheit, Adreas Lehma, Ralf Ott (Hydrogeios), Ila Hala (Iteratioal Eergy Agecy), Emaele Biaco, Barbara Jis, Pal Komor ad Taibi (IRENA),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 ： Fracesco Dolci 和 Evelie Weider （ 欧盟委员会联合研究中心 ） ，David Frazma 、 Heidi Heirichs 和 Joche Lisse (J ü lich 研究中心) 、 Thomas Hajoides va der Mele (荷兰应用科学研究组织) 、 Rafael Ortiz Cebolla 和 Octavia Parteie (Vattefall) 。该报告由 Justin French - Brooks 编辑。在线提供报告 ： www. irena. org / publications如有疑问或提供反馈 ： publications @ irena. orgIRENA 感谢日本经济 ， 贸易和工业部 （ METI ） 在制作本出版物方面的支持。免责声明该出版物和本文的材料 “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 及其任何官员，代理商，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的保证，他们对使用本文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被 IRENA 认可或推荐，而不是未提及的类似性质的其他项目或产品。本文所采用的名称和材料的呈现并不意味着 IRENA 表达了任何关于任何地区，国家，领土，城市或地区或其当局的法律地位，或关于边界或边界划界的意见。 3全球氢贸易将达到 1.5 ° C 气候目标 ： 第二部分 - 氢载体技术综述TABLE OF CONTENTS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液体氢气503.13.23.3（ 液化 ）563.43.5（ 气化 ）774液体有机氢载体 824.14.24.3（ 氢化 ）884.44.5（ 脱氢 ）9755.15.25.3评估1106成本比较替代方案1146.1航运1176.26.3载体154 4Figures图 0.1 。2050 年最具成本效益的氢运输途径作为项目规模和距离的函数 9图 0.2.2030 年按承运人和阶段划分的运输成本细分 （ 左 ） 和 2050 年的演变（ 右 ） 11图 0.3.本报告系列在 IRENA 出版物更广泛背景下的范围 13图 1.1.基于距离和体积的氢运输成本 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 （ 公吨 ） 26图 2.2.带有氨装卸设施的港口 27图 2.3.根据项目公告预计的绿色氨容量 29图 2.4.各代氨生产中的主要资源和转化步骤技术31图 2.5.氨合成和辅助设备的资本支出 32图 2.6.氨合成及辅助设备能耗 (不含制氢) 34图 2.7.氨敏感性对最小调低和升温速率的均衡成本合成工艺和空气分离unit36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 的效率随负载的变化 43图 2.12.各种工艺条件下氨、氮和氢的平衡浓度 45图 2.13.基于各种文献估计的氨裂解资本支出 (左) 和作为函数植物大小 （ 右 ） 47图 2.14.将来自加热器的热量用于 200 tH2 / d 氨裂化器 48图 2.15.氨裂解能耗 49图 3.1.自 1960 年代以来的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.作为入口压力的函数的最小液化能耗 57图 3.4.具有混合制冷剂预冷却的克劳德循环的火用损失分解 58图 3.5.运行设备、概念设计和氢理想循环的能耗液化59图 3.6.液化的特定能耗与工厂容量的关系 60图 3.7.液化的特定能耗作为工厂负荷的函数 61图 3.8.氢液化的特定 CAPEX 作为工厂产能的函数 62图 3.11.3 x 200 t / d 氢气液化设施的 CAPEX 细目 67图 3.13.液态氢存储的特定 CAPEX 和文献中的不确定性 74图 3.14.液态氢载体的具体投资成本与船舶尺寸的关系 76图 3.15.液氢再气化的具体投资成本 78图 3.16.150t / d 液态氢终端的成本分解 (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.当前项目管道为 Hydrogenious 86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 船的投资成本作为船舶尺寸 96 的函数图 4.6.LOHC 脱氢的平衡转化率与压力和温度的关系 98图 4.7.LOHC 脱氢的具体投资成本 99 5全球氢贸易将达到 1.5 ° C 气候目标 ： 第二部分 - 氢载体技术综述图 5.1.按国家划分的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.从不同技术的混合混合物中分离氢的平衡成本和条件106图 5.4.新氢气管道的具体成本范围与内径的关系111图 5.5.氢气管道的资本成本 (左) 和按成本构成的总运输成本 (右)112图 6.1.2050 年按氢载体 ， 方案和成本构成划分的运输成本细分117图 6.2.2050 年按氢载体、方案和成本构成分列的资本成本120图 6.3.2050 年固定距离为 5 000 公里时 ， 承运人的运输成本与项目规模的关系121图 6.4.2050 年固定容量为 1.5 MtH2 / yr 时 ， 承运人的运输成本随距离的变化122图 6.5.2050 年成本最低的承运人 ， 适用于可变的项目规模和运输距离乐观场景 (实线) 和悲观场景 （ 虚线 ）123Figure 6.6.在 5 000 公里的固定距离下 ， 按路径划分的运输成本与项目规模的关系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关系126图 6.8 。2050 年可变项目规模和运输距离的最低成本途径 ，乐观场景 (实线) 和悲观场景 （ 虚线 ）127图 6.9.2050 年成本最低的承运人 ， 适用于可变的项目规模和运输距离 ， 成本为资本 3%128图 6.10.从今天到 2050 年的成本途径以及氨成本下降的贡献者 (顶部) ，LOHC （ 中间 ） 和液态氢 （ 底部 ） 132TABLESTABLE 1.1.每种潜在氢载体的优缺点22TABLE 2.1.13.5 MW 的 2 500 TEU 集装箱船的可能不同部件的体积和重量 43TABLE 3.1.50 t / d 液化厂的预计材料库存67TABLE 3.2.燃料电池和 ICE 中直接使用氢气的比较68TABLE 3.3.液氢加注的港口标准 （ 改编自液化天然气 ）72表 3.4.规格为 1 250 米3液态氢载体77TABLE 3.5.液氢再气化能耗79TABLE 4.1.LOHC 的典型加氢条件和化学性质89TABLE 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95TABLE 4.4.不同类型油轮的尺寸96TABLE 4.5.LOHC 的典型脱氢条件和化学性质97TABLE 6.1.按价值链的步骤计算的氢载体的成本缩放指数129TABLE 6.2.按价值链的步骤计算的氢载体的成本缩放指数130表 6.3.氢载体 2030 - 2050 年的技术表现131BOXES方框 2.1.运输成本构成和运营合同类型44方框 3.1.液化天然气氢的经验教训64方框 3.2.液化天然气用于液氢运输的经验教训70盒子 3.3.LNG 冷回收的经验教训80 6缩写AB1, 2 - 二氢 - 1, 2 - 氮杂硼烷ABS美国航运局AiP原则上批准ASU空气分离单元BECCS具有碳捕获和储存功能的生物能源BT苄基甲苯CAPEX资本支出CCS碳捕获和储存CH2压缩氢气CNG压缩天然气CO一氧化碳DAC直接空气捕获DACCS直接空气捕获与碳捕获和储存DBT二苄基甲苯DME二甲醚dwt载重吨位FCEV燃料电池电动汽车GHG温室气体HFO重质燃料油Hx热交换器ICE内燃机IGC 代码国际天然气运输规则IGF 代码使用气体或其他低闪点燃料的船舶国际安全规则IMO国际海事组织IPCEI欧洲共同利益的重要项目ISO国际标准化组织H2氢气LH2液态氢LHV低热值LNG液化天然气 7全球氢贸易将达到 1.5 ° C 气候目标 ： 第二部分 - 氢载体技术综述LOHC液体有机氢载体LPG液化石油气MGO海上气油MoU谅解备忘录MR混合制冷剂NAP萘NECN - 乙基咔唑NEDO新能源与产业技术开发组织NH3氨NOx氮氧化物N2氮气OPEX业务支出PEMFC聚合物电解质膜燃料电池ppm百万分之几PSA变压吸附PV光伏SMR甲烷蒸汽重整SOFC固体氧化物燃料电池STY时空产量TCO总拥有成本TEU20 英尺当量单位THF四氢呋喃TRL技术就绪水平TSO传动系统操作员ULCC超大型原油运输船VLCC非常大的原油运输船VLSFO极低硫燃料油测量单位bbl桶cm厘米dDayg克 8GJ千兆焦耳GtGigatonneGtCO2千兆二氧化碳GW吉瓦瓦特hr小时K开尔文千卡 / 摩尔千卡每摩尔kgKilogramkm公里kW千瓦kWel千瓦电kWhel千瓦时电气千瓦时 / 升 每升千瓦时kWH2千瓦的氢气mMetreMJ兆焦耳MMBtu百万英国热量单位MPaMegapascalMtMegatonneMtCO2巨大的二氧化碳MtH2/ 年 每年氢的兆吨MW兆瓦MWh兆瓦时m3立方米Nm3正常立方米tTonnet / dTonnes per dayyrYear 9全球氢贸易将达到 1.5 ° C 气候目标 ： 第二部分 - 氢载体技术综述执行摘要氢气可以通过管道或船舶长距离运输