近日，落基山研究所（RMI）與中國氫能聯(lián)盟研究院聯(lián)合發(fā)布了《開啟綠色氫能新時代之匙：中國2030年“可再生氫100”發(fā)展路線圖》。報告提出了綠氫在不同領域的發(fā)展路徑。到2030年，全國電解槽裝機量達到102GW，全國可再生氫總需求達到770萬噸/年?；ば袠I(yè)對可再生氫的需求量最大，其次是交通和鋼鐵行業(yè)。西北、華北地區(qū)本地應用需求旺盛，成為裝機規(guī)模最大的區(qū)域，

綠氫發(fā)展模式展望

氫能的發(fā)展將遵循需求拉動供給的一般規(guī)律，其供需格局演變受產業(yè)布局演變、技術經濟進步、安全保障約束、資源統(tǒng)籌優(yōu)化等多方面因素驅動。“區(qū)域為主”統(tǒng)籌發(fā)展、“大基地”規(guī)?；_發(fā)、“先立后破”逐步替代將是未來十年可再生氫發(fā)展的重要特征，最終實現氫能乃至整個能源系統(tǒng)的跨區(qū)域、跨品類統(tǒng)籌規(guī)劃、協(xié)調發(fā)展。

到2030年，全國電解槽裝機量達到102GW，全國可再生氫總需求達到770萬噸/年。化工行業(yè)對可再生氫的需求量最大，其次是交通和鋼鐵行業(yè)。在可再生氫發(fā)展初期，由于行業(yè)用戶端對于使用的成本和便利性敏感程度較高，且儲運的成本瓶頸在短期內無法得到顯著突破，因此，區(qū)域內可再生氫產銷結合的經濟性優(yōu)勢較為明顯。西北、華北地區(qū)本地應用需求旺盛，成為裝機規(guī)模最大的區(qū)域，其次為華東和華南。（區(qū)域劃分參照全國七大自然地理分區(qū)，即華北、東北、華東、華中、華南、西南、西北七大行政地理分區(qū)，其中內蒙古全部劃歸為西北地區(qū)。）

到2030年，可再生氫預計將在化工、鋼鐵、交通等部門得到規(guī)?；痉稇?。其中化工領域的氫能應用場景仍主要集中在合成氨、合成甲醇、煉廠煉化等高耗氫過程；鋼鐵領域主要集中在頭部鋼企對氫能煉鋼項目的廣泛布點；交通領域在重型貨運、輕中型物流車、公交車、礦山機械、港口機械、清潔車等多場景均得到一定比例的應用，同時可再生氫在不同行業(yè)的應用將呈現顯著的空間差異。

與其他原本就有用氫需求的部門相比，目前能源尤其是電力部門對氫能的應用尚未大規(guī)模開展，替代或補充現有能源在技術和經濟性方面挑戰(zhàn)巨大，在未來十年內仍將處于示范探索期，大規(guī)模商業(yè)化應用難以實現。因此，能源電力部門用氫將不會對2030年可再生氫的需求量產生顯著影響。

氫能作為儲能的應用，缺少可靠的氫儲運解決方案，且與其他更為成熟的儲能（傳統(tǒng)抽水蓄能和電化學儲能等）方案可行性差距較大。氫能發(fā)電尤其是燃氫輪機適合天然氣發(fā)電設施轉型，但中國本身氣電比例極低，而且受限于設備成熟度，因此綜合氫電成本極高，因此氫能發(fā)電在中國的應用潛力低；氫燃料電池發(fā)電則適用于規(guī)模極小的分布式應急電源需求，或偏遠地區(qū)的供電，應用場景和規(guī)模都極為有限。

化工行業(yè)

本領域聚焦與氫能供需關聯(lián)最緊密的三個上游化工細分領域：石油煉化、合成氨、甲醇。目前，中國的化工行業(yè)仍然屬于以化石燃料為主要能源基礎和原料的高耗能高碳排放行業(yè)。石油煉化作為石油化工行業(yè)的主要生產環(huán)節(jié)，對氫氣的需求量大，大型煉化廠幾乎均有場內制氫設備，采取天然氣重整或煤氣化做為主要氫氣供給方式。合成氨、甲醇的生產在中國以煤化工為主要路徑，工廠大多采用煤氣化制氫的傳統(tǒng)方式獲取氫氣。

化工行業(yè)氫能利用路徑

隨著環(huán)保、準入等政策的出臺和實施，氫基綠色化工將成為產能轉型的重要突破口?！笆濉币詠?，在能耗和碳排放“雙控”等目標的促進下，山東、內蒙古和陜西等傳統(tǒng)能源化工大省，均開始逐步收緊對新增高耗能化工項目的審批和管理。2022年2月，國家發(fā)展和改革委員會、工業(yè)和信息部、生態(tài)環(huán)境部和國家能源局聯(lián)合發(fā)布《高耗能行業(yè)重點領域節(jié)能降碳改造升級實施指南（2022年版）》，針對煉油、煤化工、合成氨等化工行業(yè)出臺了具體的實施指南，提出引導工藝和技術綠色化水平的升級改造、相關前沿技術加強攻關并加快淘汰不符合綠色低碳轉型要求的落后設備和技術。相關政策為以可再生氫為基礎的清潔化工產業(yè)發(fā)展奠定了基礎。

未來，可再生氫能在化工行業(yè)的應用將主要包括既有傳統(tǒng)工藝流程的可再生氫替代和新型化工生產的可再生氫利用兩種模式。由于現代化工項目工藝復雜、投資大且周期長，可再生氫作為原料在化工生產中大規(guī)模利用需要進行較多產線的升級改造，短期內成本較高且風險較大，因此未來十年可再生氫將主要在既有傳統(tǒng)工藝流程中發(fā)揮對傳統(tǒng)化石能源制氫的替代作用，并在條件相對成熟的少部分可再生氫新型化工項目中逐步開展試點應用。新型化工路徑采取的工藝技術不同于現有傳統(tǒng)生產路徑，已有項目進行改造的難度大，因而僅適用于新建項目。

首先選定煉化（煉廠用氫）、合成氨、甲醇為研究對象，根據對各區(qū)域2030年用氫需求和可再生氫替代可行性的綜合研判，分析化工行業(yè)可再生氫需求。煉化的產品包括汽油柴油等多種產品的組合，煉廠用氫量與煉廠產品結構和總產量相關，而合成氨和甲醇的單位用氫需求較明確。同時，考慮細分行業(yè)技術經濟性和區(qū)域可再生氫可及性，可再生氫在細分行業(yè)和不同區(qū)域的替代和增量發(fā)展模式各有差異。通過綜合研判產品產量和發(fā)展模式，分析2030年可再生氫在化工行業(yè)的用氫和裝機需求。

化工行業(yè)2030年用氫量分析框架

各區(qū)域可再生氫2030年需求量

根據測算，2030年，化工行業(yè)總可再生氫消費量將達到376萬噸，是中國最大的可再生氫需求市場。其中，西北地區(qū)由于具備化工產業(yè)及可再生電力資源優(yōu)勢，將成為最大的化工可再生氫消費地，其次分別是華東、東北和西南地區(qū)。

考慮到生產工藝流程、原料、技術和成本經濟性等因素，可再生氫具備在煉化、合成氨和甲醇這三類產品生產過程中作為重要的低碳替代化工原料的潛力。根據落基山研究所的分析，到2030年，化工行業(yè)中可再生氫應用量最多的是甲醇，其次是合成氨和煉化。

2030年化工行業(yè)可再生氫需求占比

甲醇領域，到2030年，產業(yè)整2030年化工行業(yè)可再生氫需求占比體保持增長并逐漸飽和，可再生氫需求量預計達到165萬噸/年，全國甲醇產業(yè)平均可再生氫應用率有望達到20%。目前國內甲醇產業(yè)整體供過于求且各區(qū)域差異大，原料結構對煤炭的依賴度高，易受國外低成本甲醇的沖擊。未來預計甲醇下游消費增長將以MTO/MTP（甲醇制烯烴）、甲醇燃料等新興下游帶動，政策引導下優(yōu)勝劣汰產能整合升級以提高競爭力?？紤]煤制甲醇新項目難以獲批，可再生氫制綠色甲醇將成為未來增加甲醇產能的突破口，相關項目逐漸在西北、西南等地區(qū)開展（例如“液態(tài)陽光”等新型工藝示范項目）。2030年，西北將成為甲醇行業(yè)最大的生產基地。

合成氨領域，到2030年，相關產能集中度增強、裝置替換升級，并進一步向可再生資源富集地區(qū)轉移，可再生氫需求預計達到138萬噸/年。目前國內合成氨產能分布受煤炭資源和工業(yè)基礎等因素影響，主要集中在山東、河南、山西、湖北、江蘇等省份。尿素等下游市場需求整體增長緩慢，導致北方市場供需情況相對飽和，但安徽、湖北、河南、福建等地近年來新增產能規(guī)劃相對較多。未來，預計西南、西北等地區(qū)合成氨企業(yè)將率先響應政策引導，進行技術改造和兼并重組，通過可再生氫替代等方式降低行業(yè)能耗水平，加快產業(yè)優(yōu)化調整。同時，合成氨有潛力作為更安全和便于運輸的儲氫媒介，從而擴大應用范圍7。東北等具備合成氨出口條件的地區(qū)，將推動合成氨規(guī)模擴大并成為可再生資源規(guī)模化消納的重要手段。

煉化領域，到2030年，煉廠總產量預計與目前持平，可再生氫需求預計達到73萬噸/年。受到上游原料供應來源、工業(yè)基礎以及下游消費市場等因素影響，目前煉廠的區(qū)域布局以東部沿海地區(qū)為主。至2030年，隨著“雙碳”和相關行業(yè)政策的推進8，交通領域加速新能源替代，石化產品市場總需求增長不顯著，未來大型煉化一體化裝置的投產將增長部分產能，同時部分規(guī)模較小的獨立煉廠將面臨淘汰或兼并重組，煉廠總產量預計與目前水平持平。盡管目前煉油廠采用可再生氫的成本高于化石燃料制氫的成本9，但隨著中國整體石化行業(yè)升級轉型和愈發(fā)明確的政策信號，考慮產能替換減碳、重大項目落地和可再生氫成本下降增快等因素，未來西南、西北、東北等地區(qū)煉廠可再生氫滲透率穩(wěn)步提升。

鋼鐵行業(yè)

鋼鐵行業(yè)是碳排放密集程度最高、脫碳壓力最大的行業(yè)之一，碳排放約占全球排放總量的7.2%。鋼鐵行業(yè)迅速脫碳在中國尤為重要，2021年中國粗鋼年產量為10.3億噸，占到全球粗鋼總產量的約53%。由于中國鋼鐵生產中用于提供高溫的燃料燃燒造成的排放和以焦炭為主要還原劑的反應過程排放，難以通過電氣化的方式實現完全脫碳，且能效提升和廢鋼利用等方式的減排潛力有限，對因此利用可再生氫替代焦炭進行直接還原鐵生產并配加電爐煉鋼的模式將成為鋼鐵行業(yè)完全脫碳最關鍵、最具前景的解決方案之一。

氫冶金技術分類及優(yōu)缺點

鋼鐵行業(yè)對可再生氫的利用集中在新增產能生產工藝流程，行業(yè)領先企業(yè)占據先發(fā)地位。根據不同煉鐵工藝，氫冶金的主要應用場景可分為三類。通過統(tǒng)籌考慮鋼鐵企業(yè)2030年前新增產能、氫冶金技術發(fā)展意愿，以及各企業(yè)產能分布、技術基礎、行動規(guī)劃、地方性屬性等因素，氫冶金的產能主要來自于中國鋼鐵行業(yè)領先企業(yè)，并在將形成數個規(guī)模化的氫冶金基地。基于上述考慮，對氫冶金項目產能的規(guī)模和區(qū)域位置進行估算，并結合不同地區(qū)電解槽的利用小時和工業(yè)副產氫供給等因素確定各地區(qū)的可再生氫消耗量和電解槽裝機需求。

近期已宣布的氫能煉鋼試點項目信息

鋼鐵行業(yè)2030年用氫量分析框架

根據測算，2030年中國氫冶金產能的規(guī)模約為4347萬噸，約占到全國總產能的4.5%左右，全行業(yè)的氫氣消耗量約為174萬噸，其中可再生氫94萬噸，約占54%，其他為工業(yè)副產氫。在空間分布上，氫能煉鐵產能和現有煉鐵產能存在差異。目前中國鋼鐵企業(yè)區(qū)位布局主要與鐵礦石和焦炭資源的分布、運輸條件、市場需求、勞動力和產業(yè)基礎等要素密切相關，產能主要集中在華北和華東地區(qū)，例如河北、江蘇、遼寧、山東和山西等地。未來，各個鋼鐵企業(yè)在氫能煉鐵項目選址時會傾向于選擇可再生氫資源豐富的地區(qū)，降低氫能儲運成本，以降低總體成本。西北地區(qū)將成為氫能煉鐵發(fā)展最為重要的基地，2030年氫冶金產能占到整個西北地區(qū)產能的46%，華南地區(qū)也具有發(fā)展氫冶金的相對優(yōu)勢。而華東地區(qū)和華北地區(qū)的鋼鐵產業(yè)特別是可再生氫冶金產業(yè)將一定程度上向西北地區(qū)進行轉移。

2020年全工藝煉鋼產能分布

2030年中國氫能煉鋼耗氫量分布

交通行業(yè)

受技術突破和規(guī)?；苿訋淼慕当居绊?，氫燃料電池汽車在部分場景可實現加速滲透，交通用氫規(guī)模逐漸提升。新能源替代（包含純電動和氫燃料電池）是中國道路交通行業(yè)未來實現碳中和的最重要措施之一。由于動力電池技術已經實現了一定的商業(yè)規(guī)模化應用，且隨著技術迭代、能量密度提升和成本降低，它在乘用車和部分商用車領域具備了較強的適用性和競爭力，已取得一定商業(yè)化規(guī)模發(fā)展。與之相比，氫燃料電池汽車推廣面臨更大的競爭壓力。氫燃料電池更多聚焦于重型卡車、冷鏈物流、城際巴士、公交車和港口礦山作業(yè)車輛等對續(xù)航里程穩(wěn)定性要求較高的使用場景中進行推廣。

2030年交通行業(yè)耗氫分布圖

考慮到交通行業(yè)分散程度較高且運輸范圍較廣，氫燃料電池汽車在不同地區(qū)的可再生氫應用需求可通過各省車輛保有量進行計算。通過選定包括乘用車（包括出租車和公務用車）、公交車、城市物流車、清潔車、重型卡車、礦山機械和港口機械在內的七種交通領域應用場景，以省份為單元，以市場空間、場景技術經濟性分析為基礎，分析2020-2030年不同地區(qū)各車型銷量及氫燃料電池汽車的滲透情況。在此之后，再綜合考慮行駛里程、單位耗氫量、工業(yè)副產氫供給、機動車報廢率和電解槽利用小時數等因素，分析各區(qū)域2030年交通領域用氫需求以及電解槽裝機需求。

2030年交通行業(yè)用氫量分析框架

根據測算，2030年中國氫燃料電池汽車保有量將達到62萬輛，總耗氫量為每年434萬噸，其中可再生氫為301萬噸，其余為工業(yè)副產氫。在各應用場景中，氫燃料電池重卡的發(fā)展速度最快，預計在2030年將達到28萬輛。從區(qū)域來看，氫燃料電池汽車發(fā)展較為均衡，初期華東、華北和華南等地區(qū)發(fā)展較快，與區(qū)域經濟發(fā)展水平、運輸需求以及地方對氫燃料汽車和氫能產業(yè)的支持力度呈現出較強的相關性；后期西北、東北等地區(qū)加速發(fā)展，與氫燃料電池對高寒、重載等場景的適用性相一致。