2030年至2050年绿色和蓝色氨的可用性

白皮书 内容 引言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .02. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .03引言背景方法.................................................. 04 2030年氨供应方法.................... 04 2040年和2050年氨需求方法.......... 05 氨作为零排放航运燃料的来源已引起广泛关注。氨不含碳，在合适条件下可实现无CO₂排放。目前使用中的氨几乎全部由碳氢化合物制成，因此不具备碳减排优势。因此需要增加绿色或蓝色氨的生产能力。然而，在全球关键贸易港口，绿色/蓝色氨的充足供应存在风险，同时也要考虑氨的竞争性终端用途，例如在发电厂、制氢和制肥方面的应用。本前瞻性研究旨在评估2030年、2040年和2050年绿色和/或蓝色氨的供需情况。 2030年清洁氨供应.......................... 06 清洁氨项目发展.................. 06 已宣布项目的地理分布.................... 08 氨厂规模分布........................ 10 按颜色划分的氨生产分类....................... 10 投资规模................................. 12 用于绿色氨的可再生能源类型...... 12 按最终用途划分的清洁氨项目....................... 14 2030年清洁氨的可能供应量？....... 16 电解槽是否足够？ ....................... 2040年和2050年的结果.................. 21 市场动态 ................................................ 22法规 ................................................ 24 讨论................................................. 31 出口与最近的 major 海上枢纽............... 31 关于不同类型清洁氨的竞争....... 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37结论 ............................................... 34参考文献附录 作者 亨德里克·布林克斯，奥列克西·伊瓦申科，本特·埃里克·巴克肯，王天宇和汉斯·安东·特维特 欧盟资助 所表达的观点和意见仅代表作者本人，并不一定反映欧盟或CINEA的观点。欧盟或授予机构均不对这些观点负责。资助协议编号：101056835 背景 氨大多通过哈伯-博施法生产，该方法在高压和高温下将氮气和氢气结合生成氨。为该过程提供氮气和氢气的原料来源多样，这决定了氨的颜色标签。颜色可简化为：来自化石来源（天然气或煤炭）的棕色、由可再生能源或核能驱动的电解产生的绿色，以及接近完全碳捕获和永久储存（CCS）的化石来源的蓝色。用于强化石油回收（EOR）的CO不被视为蓝色，因为以这种方式使用的CO2——即使大部分原始CO2最终会进入地下储存——将导致额外的石油生产，使CO2排放量比储存的CO大约增加一倍。此外，用于生产尿素的CO2不被视为CO的永久储存，因为作为肥料使用时会被释放。在本报告中，我们使用“清洁氨”一词来指代绿色氨和蓝色氨。 原料可以是难以运输的天然气，或当地需求不足的风能和太阳能/风能。生产的氨可以通过船舶运输。目前，近2000万吨的氨在国际上进行贸易。这是通过专门为氨运输设计的船舶完成的，这些船舶类似于LPG运输船。通常，氨的运输使用容量高达6万立方米的气体运输船，但今天8万立方米也是可能的。 绿色氨的成本，在当前可再生能源电价水平和资本支出下，将比从天然气生产的氨高约两到三倍。而天然气最近在能源基础上生产的成本，与非常低硫燃料油（VLSFO）的成本大致相同。未来，绿色氨的价格可能会下降，因为学习曲线效应将导致电解槽价格降低以及可再生电力成本减少。此外，化石燃料预计将面临税收和监管，这将改变竞争格局。在每吨二氧化碳（tCO2）2,150至2,000美元的碳税下，绿色氨目前与两种油基燃料具有竞争力。 如今，大约80%的氨用于化肥。其余部分则用于炸药、塑料、合成纤维和树脂、制冷剂以及硝酸等化学品。近来，除了液氢和液态有机氢载体之外，液氨已被提议作为通过船舶运输氢气的替代方案。因此，用氨生产氢气是氨作为海洋燃料的一种竞争性最终用途。 商业氨的生产始于20世纪20年代，通过哈伯-博施法及相关工艺。1930年，约30%的总氨生产能力基于电力，当时全球最大的单个工厂位于挪威的利克延，其产能为100万吨/年（kTPA = 1000公吨/年）。电解水制氨的全球生产能力在20世纪60年代达到峰值，约为650万吨/年，当时约占全球氨生产的4%。然而，绿色氨被更便宜的天然气基氨所取代。 所有船舶的燃料消耗估计为3亿吨（MT），这相当于基于能量的6500万吨氨。目前全球的氨年产量接近2000万吨（MTPA）。为了避免海事（作为燃料）与粮食生产争夺氨，需要开发绿色和蓝色氨的新生产能力。这种生产能力不一定需要在需求地发展，也可以建在原料供应地附近。 绿氨生产原则上具有可扩展性，因为它由水、空气和可再生电力生产，而这些可以在电力需求不足的地区生产。本研究分析了海运部门对氨的潜在供需情况。 无碳排放绿色氨（来自可再生电力） 蓝氨具有碳捕获与封存（CCS）技术的化石燃料来源 接近 2030年氨供应方案 目前的研究考虑了2030年、2040年和2050年的供需情况。近年来已宣布了多个绿色和蓝色氨项目。这些项目与多种终端用途相关，例如化肥、 marine燃料、发电厂（包括燃煤电厂的协同燃烧和燃气轮机）以及氢能应用。进入项目管道的项目数量正在增加。但项目从宣布到全面投产的时间跨度可能很大。对于配备专用可再生能源的大型独立项目，其研发周期必然更长；最大的拟议项目需要100-200太瓦时/年的新增可再生能源。我们收集了截至2023年6月的已宣布项目，并基于可能性评估，利用该项目管道预测了2030年的氨供应情况。 2030年氨的供应量基于截至2023年6月宣布的项目[附件1]。这些项目是从公开来源发现的所有项目中汇编而来的。特别是，但不仅限于，为完整性而使用的来源是氨能协会网站、3国际能源署（IEA）氢能数据库2021年、欧洲海上安全局（EMSA）报告《氨作为船舶燃料的潜力》、4以及国际可再生能源署（IRENA）创新展望《可再生氨》。5截止日期设定为2023年6月，我们力求包含所有已宣布和仍在考虑中的项目。当然，2023年后期及以后宣布了更多项目，这些项目也可能在2030年内实现。这很可能低估了2030年的氨供应量。一个氨厂通常需要三到四年的时间来实现。在某些情况下，一个项目的生产能力取决于所使用的来源，并选择了保守值。当运营开始日期缺失时，根据以下方式包含了估计年份：对于<10万吨/年（kTPA），从2022年开始估计3年；对于10–100万吨/年（kTPA），估计5年；对于0.1–1兆吨/年（MTPA），估计7年；对于>1兆吨/年（MTPA），估计9年。 然而，对于2040年建成的氨厂而言，大多数项目宣告可能要到后期才会出现。因此，为了研究2040年和2050年的供需情况，从需求角度来考虑这一点更为恰当。在成熟的市场中，供需之间很可能会达到平衡。尽管现在还太早无法确定，但绿色氨和蓝色氨市场在2040年至少会比2030年更加成熟。海上市场对氨的需求估计基于多种因素，其中包括氨与传统燃料的成本比较，并考虑了可能的碳税和2法规以及贸易增长。这是基于DNV此前关于能源转型展望和海上预测的相关工作进行的。 数据一致性已检查。其中一项检查是将电解槽的装机容量与年产能进行比较。通常，生产1吨氨需要10 MWh的电力（即基于低热值，电力转化为氨的效率约为52%）。这意味着，对于电解槽和哈伯-博施工厂的85%容量因子而言， 温室气体路径模型以现有航运船队为起点，并使用IHS Fairplay数据库实现此目标。针对每艘船舶，选择最具财务吸引力的路径，以最小化排放量，从而符合全球、区域和地方性法规。此过程从起始年份一直持续到2050年，每年进行一次决策。决策依据是财务指标净现值，并采用2至10年不等的多种投资期限组合。输入参数，特别是资本支出（capex）和燃料价格，通常随时间变化。 100兆瓦电解槽的装机容量相当于75千吨/年氨的产能。除非使用效率更高的固体氧化物电解槽（SOEC），否则生产容量与电解槽容量之间的更高比例是不切实际的。对于拥有专用可再生能源供电的独立氨厂而言，除非建设大型电池容量（或采用带有大型熔盐储能的聚光太阳能发电），否则其容量因子较低。在许多项目中，宣布的可再生电力装机容量高于电解槽装机容量，这将导致电解槽的容量因子更高。 资本支出（capex）、运营支出（opex）和燃油节约作为输入参数，用于评估旨在减少燃油消耗的新技术（水动力学和机械）。该模型还评估了减速航行的运营措施。此外，该模型纳入了国际海事组织（IMO）在2018年提出的关于温室气体（GHG）减排的预期法规；到2050年全球船队温室气体排放总量减少50%；以及排放强度降低70%。 已将可能的最终用途定义为三个类别：航运、化肥和用于能源目的的氨。后一个类别例如可以是燃煤电厂的绿色氨协同燃烧、燃气电厂使用氨以及使用氨生产氢气。这三个类别可以组合，可以是两个类别的组合（有三种方式）或全部三个类别。因此，总共有七个最终用途类别。管道中的每个项目都已检查是否有对最终用途的任何具体提及。如果没有提及最终用途，则假定最终用途是三个类别的组合。此外，当化肥生产者被提及为项目参与者之一时，假定化肥生产是其中一个最终用途。 替代燃料的关键输入参数是资本支出和燃料成本，这些参数已纳入DNV路径模型中。资本支出取决于多种因素，包括发动机的装机容量（兆瓦）以及储罐的必要容量（兆瓦时）。而储罐容量又取决于船舶的运营状况。 根据项目状态（概念阶段、可行性研究、前端工程设计（FEED）、最终投资决策（FID）、在建或运营）以及额外的项目评估，分配了概率。项目活动规模及其计划投产年份也影响了2030年产能的概率。除了最可能的概率外，还定义了低概率和高概率。这导致了2030年绿色和蓝色氨的三个不同预测产能。实施的概率评估反映了所有宣布的工程范围在2030年投产的可能性，而不是项目成功的整体可能性。 每个航段的运营状况由AIS数据确定。与此运营状况相关的燃油消耗量使用船舶技术数据进行建模。在燃油成本方面，会考虑一定程度上的地域差异。燃油价格中包含了预期的二氧化碳税。 因此，由于该模型决定了最经济的方式以减少需符合日益严格法规的温室气体排放，因此可以得出哪些船舶将使用氨作为动力的结果。根据这些使用氨作为动力的船舶的模型化燃料消耗量，计算出了船舶推进所需的氨总需求量。 针对几种输入参数场景已完成此操作，并选取了部分场景进行组合，由此得出了图17所示的氨需求曲线，该曲线