想说点啥丨我国再生能源制氢行业简介

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想说点啥丨我国再生能源制氢行业简介

【摘要】 : 氢能的开发与利用正在引发一场深刻的能源革命,其中垃圾制氢因其经济性、减碳性的特点将成为构建清洁低碳、安全高效现代能源体系的新密码。

近年来,随着全球化能源转型和低碳发展,氢能技术日趋成熟,氢能源发展速度空前。我国印发的《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》提出氢能产业的发展是我国实现碳中和目 (略) 径。

氢能的开发与利用正在引发一场深刻的能源革命,其中垃圾制氢因其经济性、减碳性的特点将成为构建清洁低碳、安全高效现代能源体系的新密码。

一、行业基本信息

氢能是?种可再生清洁高效的二次能源,被广泛应用于能源、钢铁冶金、石油化工、交通等领域,是实现能源转型和碳中和的重要能源。

(一)氢能产业链

氢能产业链包括“制—储—运—输—用”五大环节,主要由上游的氢能制备,中游氢能储存运输,下游氢燃料电池及氢能源燃料电池应用组成。

上游:氢能制备。主要技术方式有传统的热化学重整,电解水和工业副产品制氢。

中游:氢能储存运输。储存氢能源的方法主要为高压气态储氢,低温液态储氢和固体材料储氢三种。

下游:燃料电池及氢能源燃料电池应用。氢的传统应用是以化工业为主,但目前以燃料电池为主的新能源应用成为未来主要方向。

(二)环境与需求

1.政策环境

(1)发达国家氢能战略已成体系

近年来,国际上已有30多个国家已经或正在制定氢能发展战略。

美国是最早将其功能及燃料电池列入能源战略的国家,上世纪70年代便提出“氢经济”概念。2020年11月,美国能源部发布《氢能计划发展规划》,预计到2050年,氢能将占据美国能源需求14%的比例。

欧盟于2020年7月发布了《欧盟氢能战略》,氢能将支持工业生产、交通运输等领域去碳化,成为其“能源一体化战略”的重要内容,要求到2050年,可再生能源制氢技术可实现大规模应用。

日本是全球首个提出建设“氢能社会”的国家,有着世界领先的氢能技术,氢能和燃料电池技术专利数约占全球30%,预期到2030年实现氢燃料全面平价化、氢产业全面商业化,氢社会初具规模。

(2)我国氢能政策体系逐步丰富

中国氢能产业发展也正步入快车道,多项政策密集出台。2022年3月颁布的《“十四五”现代能源体系规划》要求强化氢能等前沿科技攻关和适度超前部署一批氢能项目。

随后颁布的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》提出要构建氢能产业高质量发展体系。《规划》明确了氢的能源属性,是未来国家能源体系的组成部分,充分发挥氢能清洁低碳特点,推动交通、工业等用能终端和高耗能、高排放行业绿色低碳转型。同时,明确氢能是战略性新兴产业的重点方向,是构建绿色低碳产业体系、打造产业转型升级的新增长点。

《规划》提出了氢能产业发展基本原则:一是创新引领,自立自强。积极推动技术、产品、应用和商业模式创新,集中突破氢能产业技术瓶颈,增强产业链供应链稳定性和竞争力。二是安全为先,清洁低碳。强化氢能全产业链重大风险的预防和管控;构建清洁化、低碳化、低成本的多元制氢体系,重点发展可再生能源制氢,严格控制化石能源制氢。 (略) 场主导,政府引导。 (略) 场在资源配置中的决定性作用,探索氢能利用 (略) 径;更好发挥政府作用,引导产业规范发展。四是稳慎应用,示范先行。统筹考虑氢能供应能力、产业基础、市场空间和技术创新水平,积极有序开展氢能技术创新与产业应用示范,避免一些地方盲目布局、一拥而上。

《规划》提出了氢能产业发展各阶段目标:到2025年,基本掌握核心技术和制造工艺,燃料电池车辆保有量约*辆,部署建设一批加氢站,可再生能源制氢量达到10-*吨/年,实现二氧化碳减排100-*吨/年。到2030年,形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系,有力支撑碳达峰目标实现。到2035年,形成氢能多元应用生态,可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。

《规划》部署了推动氢能产业高质量发展的重要举措:一是系统构建氢能产业创新体系。聚焦重点领域和关键环节,着力 (略) ,持续提升核心技术能力,推动专业人才队*建设。二是统筹建设氢能基础设施。因地制宜布局制氢设施,稳步构建储运体 (略) 络。三是有序推进氢能多元化应用,包括交通、工业等领域,探索形成商 (略) 径。四是建立健全氢能政策和制度保障体系,完善氢能产业标准,加强全链条安全监管。

截至今年2月末,国家发改委、能源局正在研究出台《加快推动氢能产业高质量发展的指导意见》,目前已完成意见征求。《意见》共20条,包括:组织氢能关键装备和前沿技术攻关、可再生氢化工替代、建设氢能发展先导区、组建全国性氢能行业组织、加强财政支持和风光氢一体化推进、推动清洁氢标准及减碳资产开发、加强氢能装备检测基地等公共服务能力建设等。

2.经济环境

氢能是替代化石能源实现碳中和的重要选择。作为世界第一制氢大国,根据中国煤炭工业协会数据,在2017-2022年中国氢气产量逐渐增长。

2020年我国氢气产量和消费量均已突破*吨,氢燃料电池汽车保有量为7355多辆,已建成加氢站128座。

2021年我国氢气产量约*吨,同比增长33.68%。

2022年我国氢气产量达*吨,同比增长32%,占2021年全球氢气产量的28%。

我国可再生能源装机量全球第一,在清洁低碳的氢气供给上具有巨大潜力。预计2023年我国氢气产量将达*吨。

3.社会生态环境

垃圾制氢因其制备方式更环保,成本更低,且在许多国家地区还可获得政府额外的垃圾处理费用及补贴,因此也可称为“零成本”制绿氢。

对于垃圾发电企业来说,与焚烧相比,垃圾制氢 (略) 生活垃圾进行大规模减量化,还能在处理垃圾的同时生产附加值高的燃料电池氢气,可进?步有效提升垃圾发电企业收益。

相较化石能源制氢,垃圾制氢的碳排放更低,环保效益显著。利用垃圾制氢,每吨氢气减少的二氧化碳排放量约为23—31吨。垃圾制氢有望为垃圾处理技术开拓 (略) 径,也将成为垃圾填埋场区域环境综合治理的关键核心技术。

4.技术环境

生活垃圾热解气化技术的应用已经从中温气化发展到了环保性更好的高温气化,不过热解气化技术在国内还不够成熟,产业化应用仍处于起步阶段,需要持续关注。

二、产品与技术: (略) 场及主要技术工艺

1. (略) 场

氢能源按生产来源,可分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”,主要特别分别为:“灰氢”,来源于化石燃料,成本低、碳排放量大;“蓝氢”,来源于化石燃料,使用了碳捕捉、利用与储存(CCUS)等技术,成本中等、碳排放中等;“绿氢”,利用可再生能源(太阳能、风能等)制备的氢气,成本较高、制备过程中无碳排放。

2.垃圾制氢逐步兴起

垃圾因其有机物占比较高,是一种比煤等化石能源更适合制氢的原料来源,属于绿氢范畴。如今垃圾制氢也逐渐成为业内重视的垃圾多元化利用的一种重要方式。

根据技术原理的不同,垃圾制氢技术可分为热化学和生物化学两大类。

热化学技术是基于热化学过程的垃圾制氢技术,原理是有机物在缺氧、高温条件下被分解为以氢气、一氧化碳、*烷为主的合成气;无机物则被熔化成金属和玻璃体渣, (略) 基、建材等的原材料。典型的热化学过程包括热解和气化,热解可用于气化之前,以提高原料的热值。

生物化学技术的原理是利用微生物分解垃圾中的有机物以产生氢气,典型的过程包括光发酵和暗发酵。

(三)市场与竞争:市场竞争格局及龙头企业

据不完全统计,全球已有16个垃圾制氢产业化项目,主要分布在欧洲、美国、日本等。

相较于国内,海外 (略) 线更加成熟、产氢效率更高的应用案例。在日本、美国、德国等国家,生活垃圾热解气化技术的应用已经从中温气化发展到了环保性更好的高温气化,且同时具备合理的气体处理提纯工艺和二氧化碳捕捉与封存设备。

二、未来发展趋势

(一)政策利好绿色制氢产业发展

在第七十五届联合国大会一般性辩论上,我国明确“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。

2022年3月,发改委发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,目标到2035年,形成较为完善的氢能产业发展制度政策环境,产业创新能力显著提高,基本掌握核心技术和制造工艺,初步建立较为完整的供应链和产业体系。在政策鼓舞下,各地正在加快氢能产业发展布局, (略) 也*续发布了氢能产业专项规划。

2022年4月,工信部、国家发改委等六部委联合发布的《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》多次提及绿氢。《意见》要求,加快突破新型催化、绿色合成、功能-结构一体化高分子材料制造、“绿氢”规模化应用等关键技术。

(二)市场供需

1.供给侧低碳氢产能缺口较大

目前低碳氢产业发展较为缓慢,2021年全球低碳氢年产量不足*吨,若要实现净零排放目标,到2030年全球低碳氢年产量需达到1亿吨,2050年氢能缺口或将达*吨。

2.需求侧应用端不断扩容

下游需求量增长推动氢能源产业发展。氢能源汽车是氢能的主要应用领域。随着氢能应用关键核心技术的不断突破,产业规模化的持续提升,除了汽车领域,逐步传导至工业、建筑、电力等领域。未来,氢能源下游应用领域不断扩大,氢能需求随之增长,加速制氢产业发展。

(三)市场规模预测

1.氢能产业发展阶段目标

2022年3月,国家发改委发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,提出了氢能产业发展的阶段目标:到2050年,燃料电池车辆保有量约*辆,部署建设一批加氢站;可再生能源制氢量达到10-*吨/年,成为新增氢能消费的重要组成部分,实现二氧化碳减排100-*吨/年。到2035年,形成氢能多元应用生态,可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。

2.氢能产业发展规模预测

根据中国氢能联盟的预测,2020-2025年间,中国氢能产业产值将达*亿元,低碳环保的可再生能源制氢占比将超过70%。据预测,在2060年碳中和目标下,到2030年,我国氢气的年需求量将达到*吨,在终端能源消费中占比约为5%。到2060年,我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右,在终端能源消费中的占比约为20%,可再生能源制氢产量约为1亿吨。其中,工业领域用氢占比仍然最大,占总需求量的60%。

三、发展建议

一是正确认识国内氢能发展阶段。目前国内氢能产业仍处于初级阶段,初期重点为制氢产业,政策驱动下可再生能源制氢前景看好,下游应用领域将逐步扩展。欧美国家对垃圾制氢研究起步较早,已研发出工业级技术设备,产业化取得较大进展。与国际领先制氢技术企业合作,可有效减少投资试错成本。

二是持续完善氢能上下游产业链。氢能源行业储氢与运输环节至关重要,上游制氢企业需联动产业链下游,有效平衡制氢与储氢、氢能运输间的综合效益;

三是有序推进技术迭代。绿氢是理想的状态,但是受制于当前技术水平,发展垃圾制氢是过渡期的可行选择之一,垃圾原料的性质是系统的主要设计依据,而设备的选择决 (略) 线,也决定着对原材料、产率、产能等的影响,需要在项目启动前做好全面的技术评估、可行性分析以及关键数据的在国内产业化效果验证,可以从垃圾分类、制氢技术装备研发、碳捕集封存利用技术创新、项目试点示范等方面推进我国垃圾制氢研发与产业化进程。



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【摘要】 : 氢能的开发与利用正在引发一场深刻的能源革命,其中垃圾制氢因其经济性、减碳性的特点将成为构建清洁低碳、安全高效现代能源体系的新密码。

近年来,随着全球化能源转型和低碳发展,氢能技术日趋成熟,氢能源发展速度空前。我国印发的《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》提出氢能产业的发展是我国实现碳中和目 (略) 径。

氢能的开发与利用正在引发一场深刻的能源革命,其中垃圾制氢因其经济性、减碳性的特点将成为构建清洁低碳、安全高效现代能源体系的新密码。

一、行业基本信息

氢能是?种可再生清洁高效的二次能源,被广泛应用于能源、钢铁冶金、石油化工、交通等领域,是实现能源转型和碳中和的重要能源。

(一)氢能产业链

氢能产业链包括“制—储—运—输—用”五大环节,主要由上游的氢能制备,中游氢能储存运输,下游氢燃料电池及氢能源燃料电池应用组成。

上游:氢能制备。主要技术方式有传统的热化学重整,电解水和工业副产品制氢。

中游:氢能储存运输。储存氢能源的方法主要为高压气态储氢,低温液态储氢和固体材料储氢三种。

下游:燃料电池及氢能源燃料电池应用。氢的传统应用是以化工业为主,但目前以燃料电池为主的新能源应用成为未来主要方向。

(二)环境与需求

1.政策环境

(1)发达国家氢能战略已成体系

近年来,国际上已有30多个国家已经或正在制定氢能发展战略。

美国是最早将其功能及燃料电池列入能源战略的国家,上世纪70年代便提出“氢经济”概念。2020年11月,美国能源部发布《氢能计划发展规划》,预计到2050年,氢能将占据美国能源需求14%的比例。

欧盟于2020年7月发布了《欧盟氢能战略》,氢能将支持工业生产、交通运输等领域去碳化,成为其“能源一体化战略”的重要内容,要求到2050年,可再生能源制氢技术可实现大规模应用。

日本是全球首个提出建设“氢能社会”的国家,有着世界领先的氢能技术,氢能和燃料电池技术专利数约占全球30%,预期到2030年实现氢燃料全面平价化、氢产业全面商业化,氢社会初具规模。

(2)我国氢能政策体系逐步丰富

中国氢能产业发展也正步入快车道,多项政策密集出台。2022年3月颁布的《“十四五”现代能源体系规划》要求强化氢能等前沿科技攻关和适度超前部署一批氢能项目。

随后颁布的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》提出要构建氢能产业高质量发展体系。《规划》明确了氢的能源属性,是未来国家能源体系的组成部分,充分发挥氢能清洁低碳特点,推动交通、工业等用能终端和高耗能、高排放行业绿色低碳转型。同时,明确氢能是战略性新兴产业的重点方向,是构建绿色低碳产业体系、打造产业转型升级的新增长点。

《规划》提出了氢能产业发展基本原则:一是创新引领,自立自强。积极推动技术、产品、应用和商业模式创新,集中突破氢能产业技术瓶颈,增强产业链供应链稳定性和竞争力。二是安全为先,清洁低碳。强化氢能全产业链重大风险的预防和管控;构建清洁化、低碳化、低成本的多元制氢体系,重点发展可再生能源制氢,严格控制化石能源制氢。 (略) 场主导,政府引导。 (略) 场在资源配置中的决定性作用,探索氢能利用 (略) 径;更好发挥政府作用,引导产业规范发展。四是稳慎应用,示范先行。统筹考虑氢能供应能力、产业基础、市场空间和技术创新水平,积极有序开展氢能技术创新与产业应用示范,避免一些地方盲目布局、一拥而上。

《规划》提出了氢能产业发展各阶段目标:到2025年,基本掌握核心技术和制造工艺,燃料电池车辆保有量约*辆,部署建设一批加氢站,可再生能源制氢量达到10-*吨/年,实现二氧化碳减排100-*吨/年。到2030年,形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系,有力支撑碳达峰目标实现。到2035年,形成氢能多元应用生态,可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。

《规划》部署了推动氢能产业高质量发展的重要举措:一是系统构建氢能产业创新体系。聚焦重点领域和关键环节,着力 (略) ,持续提升核心技术能力,推动专业人才队*建设。二是统筹建设氢能基础设施。因地制宜布局制氢设施,稳步构建储运体 (略) 络。三是有序推进氢能多元化应用,包括交通、工业等领域,探索形成商 (略) 径。四是建立健全氢能政策和制度保障体系,完善氢能产业标准,加强全链条安全监管。

截至今年2月末,国家发改委、能源局正在研究出台《加快推动氢能产业高质量发展的指导意见》,目前已完成意见征求。《意见》共20条,包括:组织氢能关键装备和前沿技术攻关、可再生氢化工替代、建设氢能发展先导区、组建全国性氢能行业组织、加强财政支持和风光氢一体化推进、推动清洁氢标准及减碳资产开发、加强氢能装备检测基地等公共服务能力建设等。

2.经济环境

氢能是替代化石能源实现碳中和的重要选择。作为世界第一制氢大国,根据中国煤炭工业协会数据,在2017-2022年中国氢气产量逐渐增长。

2020年我国氢气产量和消费量均已突破*吨,氢燃料电池汽车保有量为7355多辆,已建成加氢站128座。

2021年我国氢气产量约*吨,同比增长33.68%。

2022年我国氢气产量达*吨,同比增长32%,占2021年全球氢气产量的28%。

我国可再生能源装机量全球第一,在清洁低碳的氢气供给上具有巨大潜力。预计2023年我国氢气产量将达*吨。

3.社会生态环境

垃圾制氢因其制备方式更环保,成本更低,且在许多国家地区还可获得政府额外的垃圾处理费用及补贴,因此也可称为“零成本”制绿氢。

对于垃圾发电企业来说,与焚烧相比,垃圾制氢 (略) 生活垃圾进行大规模减量化,还能在处理垃圾的同时生产附加值高的燃料电池氢气,可进?步有效提升垃圾发电企业收益。

相较化石能源制氢,垃圾制氢的碳排放更低,环保效益显著。利用垃圾制氢,每吨氢气减少的二氧化碳排放量约为23—31吨。垃圾制氢有望为垃圾处理技术开拓 (略) 径,也将成为垃圾填埋场区域环境综合治理的关键核心技术。

4.技术环境

生活垃圾热解气化技术的应用已经从中温气化发展到了环保性更好的高温气化,不过热解气化技术在国内还不够成熟,产业化应用仍处于起步阶段,需要持续关注。

二、产品与技术: (略) 场及主要技术工艺

1. (略) 场

氢能源按生产来源,可分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”,主要特别分别为:“灰氢”,来源于化石燃料,成本低、碳排放量大;“蓝氢”,来源于化石燃料,使用了碳捕捉、利用与储存(CCUS)等技术,成本中等、碳排放中等;“绿氢”,利用可再生能源(太阳能、风能等)制备的氢气,成本较高、制备过程中无碳排放。

2.垃圾制氢逐步兴起

垃圾因其有机物占比较高,是一种比煤等化石能源更适合制氢的原料来源,属于绿氢范畴。如今垃圾制氢也逐渐成为业内重视的垃圾多元化利用的一种重要方式。

根据技术原理的不同,垃圾制氢技术可分为热化学和生物化学两大类。

热化学技术是基于热化学过程的垃圾制氢技术,原理是有机物在缺氧、高温条件下被分解为以氢气、一氧化碳、*烷为主的合成气;无机物则被熔化成金属和玻璃体渣, (略) 基、建材等的原材料。典型的热化学过程包括热解和气化,热解可用于气化之前,以提高原料的热值。

生物化学技术的原理是利用微生物分解垃圾中的有机物以产生氢气,典型的过程包括光发酵和暗发酵。

(三)市场与竞争:市场竞争格局及龙头企业

据不完全统计,全球已有16个垃圾制氢产业化项目,主要分布在欧洲、美国、日本等。

相较于国内,海外 (略) 线更加成熟、产氢效率更高的应用案例。在日本、美国、德国等国家,生活垃圾热解气化技术的应用已经从中温气化发展到了环保性更好的高温气化,且同时具备合理的气体处理提纯工艺和二氧化碳捕捉与封存设备。

二、未来发展趋势

(一)政策利好绿色制氢产业发展

在第七十五届联合国大会一般性辩论上,我国明确“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。

2022年3月,发改委发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,目标到2035年,形成较为完善的氢能产业发展制度政策环境,产业创新能力显著提高,基本掌握核心技术和制造工艺,初步建立较为完整的供应链和产业体系。在政策鼓舞下,各地正在加快氢能产业发展布局, (略) 也*续发布了氢能产业专项规划。

2022年4月,工信部、国家发改委等六部委联合发布的《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》多次提及绿氢。《意见》要求,加快突破新型催化、绿色合成、功能-结构一体化高分子材料制造、“绿氢”规模化应用等关键技术。

(二)市场供需

1.供给侧低碳氢产能缺口较大

目前低碳氢产业发展较为缓慢,2021年全球低碳氢年产量不足*吨,若要实现净零排放目标,到2030年全球低碳氢年产量需达到1亿吨,2050年氢能缺口或将达*吨。

2.需求侧应用端不断扩容

下游需求量增长推动氢能源产业发展。氢能源汽车是氢能的主要应用领域。随着氢能应用关键核心技术的不断突破,产业规模化的持续提升,除了汽车领域,逐步传导至工业、建筑、电力等领域。未来,氢能源下游应用领域不断扩大,氢能需求随之增长,加速制氢产业发展。

(三)市场规模预测

1.氢能产业发展阶段目标

2022年3月,国家发改委发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,提出了氢能产业发展的阶段目标:到2050年,燃料电池车辆保有量约*辆,部署建设一批加氢站;可再生能源制氢量达到10-*吨/年,成为新增氢能消费的重要组成部分,实现二氧化碳减排100-*吨/年。到2035年,形成氢能多元应用生态,可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。

2.氢能产业发展规模预测

根据中国氢能联盟的预测,2020-2025年间,中国氢能产业产值将达*亿元,低碳环保的可再生能源制氢占比将超过70%。据预测,在2060年碳中和目标下,到2030年,我国氢气的年需求量将达到*吨,在终端能源消费中占比约为5%。到2060年,我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右,在终端能源消费中的占比约为20%,可再生能源制氢产量约为1亿吨。其中,工业领域用氢占比仍然最大,占总需求量的60%。

三、发展建议

一是正确认识国内氢能发展阶段。目前国内氢能产业仍处于初级阶段,初期重点为制氢产业,政策驱动下可再生能源制氢前景看好,下游应用领域将逐步扩展。欧美国家对垃圾制氢研究起步较早,已研发出工业级技术设备,产业化取得较大进展。与国际领先制氢技术企业合作,可有效减少投资试错成本。

二是持续完善氢能上下游产业链。氢能源行业储氢与运输环节至关重要,上游制氢企业需联动产业链下游,有效平衡制氢与储氢、氢能运输间的综合效益;

三是有序推进技术迭代。绿氢是理想的状态,但是受制于当前技术水平,发展垃圾制氢是过渡期的可行选择之一,垃圾原料的性质是系统的主要设计依据,而设备的选择决 (略) 线,也决定着对原材料、产率、产能等的影响,需要在项目启动前做好全面的技术评估、可行性分析以及关键数据的在国内产业化效果验证,可以从垃圾分类、制氢技术装备研发、碳捕集封存利用技术创新、项目试点示范等方面推进我国垃圾制氢研发与产业化进程。



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