集群化发展助力低碳转型之：工业场景中大规模绿氢应用模式研究
1. 背景与概述
- 研究背景: 工业领域是氢气消费的主要领域，预计未来绿氢将成为氢气供给的主流。到2060年，国内氢的消费总量预计将增长2.5倍以上，达到7500万吨到1亿吨。
- 主要行业: 钢铁和化工行业是未来绿氢规模化应用潜力较大的工业行业。到2050年，钢铁行业对绿氢的需求有望增长到700万吨左右，化工行业对绿氢的需求将达到1100万吨和900万吨左右。
2. 工业场景对绿氢的需求
- 规模化需求: 单个典型规模的工业应用场景的氢气需求量显著大于其他领域。例如，钢铁生产中，典型氢冶金设施产能规模100万吨/年对应的氢气需求量是6万吨/年，是单个加氢站需氢量的近40倍。
- 稳定性要求: 由于工业生产环节较为连续，氢气供给也需要连续稳定，以避免供应间断带来的额外成本。目前，国内绿氢制取潜力较大的区域和需求集中区域存在一定地理错配。
3. “集群化发展”模式
- 定义: 通过优化绿氢的“制-储-运-用”各环节及其配合方式，实现经济性最优，从而保证工业场景中大规模、连续稳定且成本更低的绿氢供应。
- 构建要点:
- 技术可行: 在技术可行的前提下，实现连续稳定的绿氢供给。
- 有机联动: 实现多种低碳、零碳资源及其基础设施，以及工业产能的有机联动。
- 商业模式: 充分考虑各方角色，确保集群快速启动和运转。
4. 关键技术和经济性分析
- 绿氢制取技术: 目前，电解水制氢的技术路径主要有碱性电解（ALK）、质子交换膜电解（PEM）、阴离子交换膜电解（AEM）和固体氧化物电解（SOEC）。其中，ALK技术最为成熟且成本较低，已处于大规模应用阶段。
- 成本分析: 2023年通过ALK技术制取绿氢的成本约为18元/kg，显著高于传统化石能源制氢的成本。中远期来看，随着电力成本和设备成本的进一步降低，2030年和2050年绿氢制取成本预计可降至11元/kg和7元/kg，较2023年成本降低62%。
5. 典型场景分析
- 场景一：氢气供需同址
- 场景二：氢气供需异地
- 商业模式: 通过优化设计和合理的资源配置，实现成本最优。
6. 发展展望与行动建议
- 未来展望: 随着绿氢成本的降低和技术的进步，绿氢在工业领域的应用将更加广泛。
- 行动建议: 提出五项行动建议，加速大规模绿氢在工业低碳、零碳转型中的应用。
主要数据总结
- 氢气需求: 到2060年，国内氢的消费总量预计增长2.5倍以上，达到7500万吨到1亿吨。
- 钢铁行业: 2050年钢铁行业对绿氢的需求有望增长到700万吨左右。
- 化工行业: 2050年以绿氢为原料生产的合成氨和甲醇产量将分别达到总产量的70%和74%。
- 绿氢成本: 2023年通过ALK技术制取绿氢的成本约为18元/kg，预计到2050年降至7元/kg，较2023年成本降低62%。
通过上述分析，集群化发展模式能够有效解决绿氢在工业场景中的规模化应用面临的挑战，推动低碳、零碳转型。
