中国远期氢储运格局和技术展望

中国氢储运中长期布局图景和技术展望 关于落基山研究所（RMI） 落基山研究所(Rocky Mountain Institute, RMI)是一家于1982年创立的专业、独立、以市场为导向的智库，与政府部门、企业、科研机构及创业者协作，推动全球能源变革，以创造清洁、安全、繁荣的低碳未来。落基山研究所着重借助经济可行的市场化手段，加速能效提升，推动可再生能源取代化石燃料的能源结构转变。落基山研究所在北京、美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、纽约市及华盛顿特区和尼日利亚设有办事处。 作者与鸣谢 作者李婷谭光瑀王喆张博雅 作者姓名按姓氏首字母顺序排列。除非另有说明，所有作者均来自落基山研究所。 联系方式王喆，zwang@rmi.org 引用建议 李婷，谭光瑀，王喆，张博雅，中国氢储运中长期布局图景和技术展望，落基山研究所，2024，https://rmi.org.cn/insights/long-term-outlook-on-hydrogen-storage-and-transportation-landscape-and-technology-evolution-in-china/ 落基山研究所重视合作，旨在通过分享知识和见解来加速能源转型。因此，我们允许感兴趣的各方通过知识共享CC BY-SA 4.0 许可参考、分享和引用我们的工作。https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ 除特别注明，本报告中所有图片均来自iStock。 鸣谢 特别感谢儿童投资基金会对本报告的支持。 目录 执行摘要...................................5 1.氢储运发展背景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 2.1 氢能供需规模预测............................................................................................................82.1.1 全国氢能供需规模.............................................................................................................82.1.2 分省氢能供需规模预测...................................................................................................102.2 运输场景及规模预测......................................................................................................122.3 存储场景及规模预测......................................................................................................13 3.氢储运技术比较分析..........................14 3.1 运氢技术对比.................................................................................................................143.1.1 技术特性和适用场景.......................................................................................................143.1.2 技术经济性.....................................................................................................................153.2 储氢技术对比..................................................................................................................173.2.1 技术特性和适用场景.......................................................................................................173.2.2 技术经济性.....................................................................................................................18 4. 综合场景需求、技术特性和成本经济性的中远期储运氢模式. . . .20 4.1 大规模储运管网模式.......................................................................................................204.2 具体应用场景氢储运方案................................................................................................214.2.1 工业园区储运氢方案.......................................................................................................224.2.2 交通加氢站储运氢方案...................................................................................................23 5. 政策及产业发展建议..........................24 参考文献..................................25 执行摘要 在2060年碳中和情景下，氢能作为我国未来的低碳能源体系中的重要组成部分，其需求规模预计将成倍增长，绿氢比例也将大幅提高。我国绿氢产业正处于快速发展初期，供需在时间和空间尺度上均存在一定程度的错配，氢储运环节成为突破产业瓶颈的关键。当前，氢储运技术仍处于起步阶段，产业的发展潜力、未来规模以及技术发展路线是政策方、投资方和企业方所关心的核心，对于促进和加强氢储技术的政策指引和行业布局十分关键。 本报告从储运规模和技术经济性两个角度出发，基于对远期氢能产业规模的预测，确定氢能运输和存储场景，计算各场景的氢能储运需求规模，从而尝试展望我国2060年氢能储运的整体格局，结合当前市场主流氢能储运技术的发展现状及趋势，预测了2060年各类技术的适用场景及成本效益，并提出了推动氢能储运产业发展的相关建议。 预计我国氢能总需求将从当前的3500万吨/年增长至2060年的9000万吨/年，年氢能运输需求7250-7600万吨，年储氢需求4050-4150万吨。短距离运氢、短时储氢是最为主要的储运氢场景，仅有少部分用氢需求需要通过长距离运输、长时存储来满足，其规模的大小取决于未来产业布局。与当前百万吨级别的储运体量相比，远期氢能储运需求将大幅扩大，储运市场在整体氢能市场中的占比也将大幅提升，具有极大发展潜力。 作为未来的关键能源之一，氢能资源分布将在一定程度上决定未来产业布局，进而影响储运格局。为更准确地了解资源分布对储运格局影响的不同程度，我们设置了工业无搬迁、大规模搬迁两种情景，分别对应产业格局不发生变化、产业格局以绿氢资源为核心考虑因素重新布局两种假设，进行了模型量化分析。结果表明，工业无搬迁情景下，有1540万吨氢能需要跨省长距离运输以缓解供需错配，占总氢能规模的17%；工业大规模搬迁情景下，各省氢资源可基本满足本省用氢需求，无需跨省长距离运氢，但工业搬迁至可再生资源丰富地区，则受到季节性波动影响增大，相应产生100万吨以上长时储氢需求。在实际产业发展过程中，产业搬迁方向、规模还会受到政策引导、供应链配套、需求侧等多方面因素影响，最终形成氢储运整体格局。 从不同储运需求类型的技术选择上看，短距和长距运氢、短时和长时储氢均适用不同技术路线： •运氢：在短距离运氢中，除氢衍生品转化运输（仅单次转化）外，管道和输电经济性较强，但前期投入较大；前期投入较小、更灵活的运输方式还可考虑气氢和液氢运输，相比液氢，气氢长管拖车在200km运距以下更具优势。在长距离运氢中，氢衍生品转化运输（仅单次转化）经济性最佳；此外管道和输电也为适用方案，经济性接近，输电成本介于不同管径大小管道成本之间。 •储氢：在短周期（周以内）储氢中，气罐储氢为常见选择，以制氢侧、公路交通和工业为代表性需求的使用场景中，气氢储罐储氢成本随着储氢压力增加而增加。在长周期（月以上）储氢中，以电力为代表性需求的使用场景（亦有少量交通和工业需求）中，地质储氢为主要的储氢技术选择，岩洞成本最低，盐穴最高，枯竭油气田居中。 在应用场景中，氢储运环节紧密联系、互相影响，需要用全面系统的视角对比和形成不同的组合方案。从宏观视角看，大规模氢储运管网的建设可以最大程度实现跨区域和周期的氢资源互补，提高氢能供应的稳定性、安全性，并降低整体储运环节成本。从微观视角看，以工业、交通等为代表的具体储运氢应用场景中，一般而言存在不同的可选氢储运方案，需要结合项目实际情况，因地制宜做出最佳选择。 为了推动氢能储运体系布局，引导产业良性发展，助力技术研发突破，报告提出了以下政策及产业发展建议： •持续研究全球和国内的氢产业技术进展、市场需求和政策趋势，定期评估氢能产业链各环节的发展状况与整合程度，研判产业发展方向，提早布局发展资源；•根据区域资源禀赋和工业需求，进一步科学规划工业产业的总体布局，引导氢能产业分布格局的逐步形成，并支持因地制宜规划建设氢能管网等大型基础设施；•重视支持氢能储运主流技术路线中的关键技术环节的研发，提升重要材料和零部件的国产化水平，推动技术的部署成本持续优化，并推动储运示范项目落地；•在氢储运产业规划和研判中需注重与上游制氢端和下游用氢端的充分协同，避免产能投资不足或者过剩，并基于行业的新动态与新需求对规划与实施进行提升。 1.氢储运发展背景 在能源转型与“双碳”目标的引领下，我国正在加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系，促进能源高质量发展和经济社会发展全面绿色转型。在我国未来的低碳能源体系中，氢作为一种用途广泛的二次能源，将在化工、钢铁、交通、电力等众多行业的深度减排中发挥关键作用。根据预测，到2060年，我国氢需求量将在当前3500万吨/年的基础上增长2–3倍，达到近亿吨/年，在整体能源体系中的占比达到15-20%。氢能供应将采用低碳清洁的技术路径，其中，通过可再生电力电解水制取的绿氢可以实现近零排放，是远期最主要的氢能来源，占比达到总量的70%以上。1 到2060年，随着氢产业的扩大化和低碳化，受到可再生资源的时空分布特征影响逐渐加深，空间、时间尺度的双重错配将成为影响产业发展的核心问题。在空间上，随着绿氢规模与比例的提升，供给侧将逐渐向可再生资源丰富的西北地区集中，然而主要氢能需求却集中在东南经济发达地区的工业、交通等领域，形成了“西北制氢、东南用氢”的空间错配格局。在时