《RMI落基山研究所：2024年集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究報告（37頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《RMI落基山研究所：2024年集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究報告（37頁）.pdf（37頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、2024.09集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究rmi.org/2集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究關于落基山研究所（RMI）落基山研究所(Rocky Mountain Institute,RMI)是一家于1982年創立的專業、獨立、以市場為導向的智庫，與政府部門、企業、科研機構及創業者協作，推動全球能源變革，以創造清潔、安全、繁榮的低碳未來。落基山研究所著重借助經濟可行的市場化手段，加速能效提升，推動可再生能源取代化石燃料的能源結構轉變。落基山研究所在北京、美國科羅拉多州巴索爾特和博爾德、紐約市及華盛頓特區和尼日利亞設有辦事處。rmi.org/

2、3集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究作者與鳴謝作者李抒苡，李婷，王珮珊，薛雨軍*除非另有說明，所有作者均來自落基山研究所。作者姓名按姓氏首字母順序排列。聯系方式李抒苡，slirmi.org引用建議李抒苡，薛雨軍，王珮珊等,集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究,2024，https:/ 重視合作，旨在通過分享知識和見解來加速能源轉型。因此，我們允許感興趣的各方通過知識共享 CC BY-SA 4.0 許可參考、分享和引用我們的工作。https:/creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/除特別注明，本報告中所有圖片均

3、來自iStock。鳴謝感謝落基山研究所的劉雨菁、王喆、高碩、劉子屹和譚光瑀在報告撰寫過程中給與的寶貴建議。本報告作者特別感謝以下來自企業和研究機構的專家對報告撰寫提供的洞見與建議：陳學謙 中國產業發展促進會氫能分會 劉毅 清華四川能源互聯網研究院王洪建 北京市煤氣熱力工程設計院有限公司 趙吉詩 佛山環境與能源研究院 本報告所述內容不代表以上專家和所在機構的觀點。rmi.org/4集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究前言.5第一章.集群化發展助力工業場景中綠氫大規模應用.7.1.1.綠氫應用是工業低碳、零碳轉型的關鍵抓手之一.7.1.2.工業場景對氫氣供應的規?；瓦B續穩定

4、要求.8.1.3.通過集群化發展實現綠氫資源的優化配置.10第二章.“集群化發展”模式構建的考慮因素：工業綠氫應用的技術和經濟性.13.2.1.綠氫制取.13.2.2.綠氫儲存.16.2.3.綠氫運輸.18.2.4.綠氫應用.20第三章.“集群化發展”的典型場景研究和商業模式構建.23.3.1.場景一：氫氣供需同址.23.3.2.場景二：氫氣供需異地.26.3.3.可行商業模式和利益相關方的角色.28第四章.未來展望與行動建議.34參考文獻.36目錄rmi.org/5集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究前言工業是目前氫氣消費量最大的領域，也是未來綠氫規?；瘧玫闹攸c領域。

5、從國內情況看，2020年共計消費氫氣3173萬噸，其中化工行業和煉油行業占比最大，分別為70%和24%。1長期看，到2060年，國內氫的消費總量預計增長2.5倍以上，達7500萬噸到1億噸。其中工業仍將是氫氣需求最大的領域，總消費量占比接近60%，意味著絕對量需求的1.5倍的增長。2從細分行業看，近一半的氫氣需求來自化工行業，鋼鐵行業則是用氫的新增長點，需求占比約1/3。當前，全球95%以上的氫氣均為由化石燃料制取的“灰氫”，由可再生能源電解水制成的“綠氫”僅占不到5%。長期看，隨著應對氣候變化進程和面向低碳和零碳能源轉型的推進，綠氫必將成為氫氣供給的主流。到2060年，若我國綠氫占比達到到總

6、供給的75%，即達到5600萬噸到7500萬噸，應用于工業領域的綠氫將相應達到3400萬噸到4500萬噸的體量。在工業場景中，綠氫可作為替代燃料、原料被利用。作為燃料，綠氫可通過燃燒反應快速提高反應器溫度，達到綠電加熱難以達到的極高溫區間。作為原料，綠氫可在鋼鐵生產中替代目前常用的焦炭作為還原劑；而在化工生產中，綠氫則可替代灰氫作為原料，以大大降低反應過程中的碳排放。鋼鐵和化工行業是未來綠氫規?；瘧脻摿^大的工業行業。到2050年，在國內的鋼鐵總產量中，有望高達20%來自基于氫的生產路徑。3此時，鋼鐵行業對綠氫的需求有望增長到700萬噸左右，在20年間實現超過4.5倍的增長。對于化工行業，到

7、2050年，基于綠氫的合成氨、甲醇產量有望分別達到總產量的70%和74%，4此時，綠氫將替代煤成為最主要的原料來源。相應地，用于合成氨和甲醇生產的綠氫需求將分別達到1100萬噸和900萬噸左右。目前，針對綠氫及其在工業領域的應用，我國已進行了不少有益探索。在政策層面，近10個省提出了量化的可再生能源制氫目標，以及對化工、冶金等應用場景的覆蓋。對于鋼鐵行業，在技術攻關、產能置換、標準體系建設等多方面的政策文件中，均強調了氫冶金這一重點低碳冶煉技術的重要角色。從地方層面看，所有有鋼鐵產能的省份都在政策中提及了對氫冶金的支持，部分還具體涉及氫冶金定量目標、試點開展和金融方面的工作指引等等。試點布局方

8、面，目前國內的氫冶金項目覆蓋了高爐噴吹氫氣、氫直接還原鐵和氫基熔融還原等多個技術類別，從可獲得的公開數據統計，上述項目規?？傆?00萬噸以上。其中，不乏體量較大的項目，例如河鋼宣鋼在張家口的總共兩期120萬噸的氫冶金示范，和寶武在湛江的100萬噸氫基豎爐直接還原鐵示范等。在化工行業，綠氫的應用實踐更為普遍，現階段，國內的大型綠氫生產和利用項目多為合成氨和甲醇的制取，按相應的綠氫規模計，分別占到了68%和16%。盡管有上述進展，要進一步擴大綠氫在工業領域的應用并實現規?；?，仍需持續探索有效模式并加速實踐。目前氫冶金項目中的氫源多為灰氫和副產氫，對綠氫的應用布局還待進一步明晰。在目前的12個氫冶金

9、項目中，僅4個提及綠氫規劃。例如，上述提及的河鋼和寶武的氫基豎爐直接還原鐵示范項目，均為一期使用焦爐煤氣等副產氫，二期使用綠氫。相關項目的優化設計預留了“綠氫切換”功能，以方便未來利用更高比例富氫還原氣、純氫和逐漸實現100%綠氫。在化工行業，以綠氫為原料制綠氨、綠醇的項目布局呈現較強的地理聚集性。比如，位于內蒙古的綠氨、綠醇項目個數和規模均居全國之首，規劃產能分別占全國的57%和41%。然而在目前，這些項目多數還處于簽約、規劃、備案等階段，僅有10%到15%已開工建設或投產。在這一發展時期，一些行得通、可持續、可復制模式的建立尤其重要。要實現綠氫在工業場景中的規?；瘧?，必須解決兩大問題：一

10、是綠氫供應需達到一定規模并且相對連續穩定，二是降低目前依然較高的用氫成本。單個典型規模的工業應用場景的氫氣需求量顯著大于其他領域。以鋼鐵生產為例，典型氫冶金設施產能規模100萬噸/年對應的氫氣需求量是6萬噸/年，是單個加氫站需氫量的近40倍?；ば袠I中，合成氨和甲醇的單廠年需氫量也同樣在萬噸級別以上。此外，由于工業生產環節較為連續，作為原料、燃料的氫氣供給也需要連續穩定，以避免供應間斷帶來額外的設備啟停成本。然而，國內綠氫制取潛力較大的區域和需求集中區域存在一定地理錯配，不僅為實現綠氫的大規模連續穩定供應帶來挑戰，也為在綠氫需求高的區域提供較低成本的綠氫帶來一定難度。rmi.org/6集群化發

11、展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究為了解決上述痛點，本研究針對工業場景中綠氫的大規模利用，提出“集群化發展”模式，即：優先在綠氫供給和需求較為匹配的區域，在技術可行的前提下，通過優化綠氫的“制-儲-運-用”各環節及其配合方式實現經濟性最優，從而保證工業場景中大規模、連續穩定且成本更低的綠氫供應。需要指出的是，“集群化發展”的模式不僅僅實現了工業場景所需的綠氫“制-儲-運-用”在物理上的優化串聯，也通過聚集作為上游的綠氫的生產方、作為中游的儲氫和運氫基礎設施提供方、作為下游的工業產能等多相關方，實現了風險的有效管理和分散，從而有效加速工業場景中綠氫的規?；l展。本報告從在工業場景

12、中實現綠氫大規模應用的關鍵要求，以及我國工業產能分布、綠氫資源稟賦情況出發，提出并詮釋了“集群化發展”模式及其構建要點。更具體地，報告針對綠氫的制取、儲存、運輸和在工業場景中的利用各個環節，展開了技術經濟性分析，為在“集群化發展”的過程中，在技術可行的情況下達到成本最優提供了依據。進一步地，為支持實際部署，報告就氫氣供給和工業需求同址和異地兩類典型場景，給出了進行集群構建和成本優化的方法，并以工業用氫地在青海、山西和浙江分別舉例，進行供、用氫方案的比選優化和成本試算。最后，報告為加速大規模綠氫在工業低碳、零碳轉型中的應用提出五項行動建議。rmi.org/7集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大

13、規模綠氫應用模式研究第一章.集群化發展助力工業場景中綠氫大規模應用1.1.綠氫應用是工業低碳、零碳轉型的關鍵抓手之一綠氫應用作為碳減排的關鍵手段之一，對于工業領域碳減排的意義尤為重要。作為燃料，綠氫可通過燃燒反應快速提高反應器溫度，達到綠電加熱難以達到的極高溫區間。綠氫也可作為原料利用，例如，在鋼鐵生產中替代目前常用的焦炭作為還原劑；而在化工生產中，綠氫則可替代灰氫作為原料，以大大降低反應過程中的碳排放。未來，在我國工業領域，氫在終端能源需求中的比例將逐步走高，有望在2060年達到20%，占非電能源需求的一半以上。5 相應地，工業領域中氫的應用也將在2020-2060年間，帶來超過80億噸的累

14、計減排量。6鋼鐵和化工行業是未來綠氫規?；瘧脻摿^大的工業行業，在總產量中，基于綠氫生產路徑的占比將逐年提高（圖表1）。對于鋼鐵行業，氫冶金是低碳冶金的代表性路徑之一。到2030年，氫冶金年產粗鋼量有望達到25萬噸；到2050年達到1.2億噸以上，占到國內總鋼鐵產量的20%。7此時，鋼鐵行業對綠氫對需求有望增長到700萬噸左右。對于化工行業，以合成氨和甲醇為例，到2030年，以綠氫為原料生產的產量可分別達到總產量的20%和11%；到2050年，分別達到總產量的70%和74%，8此時，綠氫替代煤成為最主要的原料來源，合成氨、甲醇生產所需綠氫分別達到1100萬噸和900萬噸左右。除鋼鐵、化工行業

15、外，其他工業也有一定的綠氫應用潛力，但相對較小。例如，在水泥生產中，盡管綠氫可作為燃料提供高溫，但其他替代燃料的可行性和經濟性可能更為理想。本研究將聚焦鋼鐵、合成氨和甲醇行業，探討在工業場景中實現綠氫大規模應用的解決方案。圖表1 典型工業中基于氫的產量占比和綠氫需求量估計rmi.org/8集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究1.2.工業場景對氫氣供應的規?；瓦B續穩定要求在各類應用場景中，工業生產對氫氣供應的規?；?、連續穩定性有更高的要求。圖表2對比了多個場景的典型產能和用氫規模。從規?；罂?，單個典型規模的工業場景的氫氣需求量顯著更大。例如，交通行業用氫多呈分布式，按

16、單個加氫站典型加氫規模4.8噸/天計，年加氫規模約為0.18萬噸/年。而對于工業，為實現規模效益，產能分布較為集中，用氫規模較大。以鋼鐵為例，典型氫冶金設施產能規模100萬噸/年對應的氫氣需求量是6萬噸/年，是單個加氫站需氫量的近40倍?；ば袠I中，合成氨和甲醇的單廠年需氫量也同樣在萬噸級及以上。從穩定性要求看，由于工業生產環節較為連續，作為原料、燃料的氫氣供給也需要連續穩定，以避免供應間斷帶來額外的設備啟停成本。此外，工業場景難以通過配備目前較為主流的加壓儲罐滿足調峰需求，對穩定供應的氫源需求更迫切。例如，要滿足工業場景的萬噸級需氫量，以單罐儲氫量屬較大的6噸i計，需要較大的占地面積和較高成

17、本，適用性有限。然而，國內綠氫制取潛力較大的區域和需求集中區域存在一定地理錯配，不僅為實現綠氫的大規模連續穩定供應帶來挑戰，也為在綠氫需求高的區域提供較低成本的綠氫帶來一定難度。從綠氫的需求看，本研究以各省現有工業產能和低碳轉型資源稟賦為依據，分析其轉型路徑，給出各省典型工業對綠氫的需求量。到2030年，前五位綠氫需求大省為河北、山東、內蒙古、河南和江蘇，年綠氫需求總量近200萬噸，占全國工業綠氫需求的40%，具有較強的地理聚集性。到2050年，氫冶金的進一步發展推升了鋼鐵大省的綠氫需求，例如，河北省的工業綠氫需求從2030年的45萬噸上升到238萬噸，其中鋼鐵行業對綠氫增量的貢獻近70%。合

18、成氨、甲醇生產用綠氫量也大大提升，也反映在了相應省份的綠氫需求增長中。圖表2 不同應用場景對氫氣規模的要求參數加氫站鋼鐵.合成氨甲醇單位用氫量*（噸氫氣/噸產量）1.00.060.180.09-0.19較大規模（萬噸/年）0.33*12050180較大規模需氫量（萬噸/年）0.337.29.016.2-34.2典型規模（萬噸/年）0.18*1003060典型規模需氫量（萬噸/年）0.186.05.45.4-11.4*單位用氫量在加氫站中指氫氣，在工業中指單位工業產品生產所需的氫氣量。鋼鐵的單位用氫量基于氫氣直接還原鐵工藝路線。甲醇的單位用氫量取決于不同的工藝路線，在Power-to-X 制甲醇

19、路線中為0.19，在綠氫耦合煤制甲醇路線中為0.09；*加氫站的較大規模參照山西某鋼鐵企業的重卡加氫站規劃，單站用氫量是9.0噸/天；*加氫站的典型規模參照大興國際氫能示范區，單站用氫量是4.8噸/天。i 參照山西某鋼鐵企業重卡加氫站規劃中的單罐儲氫量。rmi.org/9集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究從綠氫的供給看，風、光資源在各地區的稟賦差異導致了綠氫供應潛能在地理分布上的不同。新疆、內蒙古和黑龍江的風電、光伏ii經濟可開發潛力占全國的42%，其中內蒙古就達到20億千瓦，是全國分省中位水平的40倍。9在此基礎上，本研究結合各省風、光可利用小時數以及電解水制氫的發展

20、，估算各省在2030、2050年的綠氫供應潛力。其中，內蒙古的綠氫的供給潛力高于其他省份，且在2030年到2050年增長迅速，是重要的綠氫供給大省。結合工業用綠氫需求和綠氫供給潛力看，西北、華北、東北地區的綠氫普遍供大于求，而東部、南部省份大多供不應求（圖表3）。綠氫盈余的地區需要創造適宜的消納場景，而綠氫相對有限的地區，則需要尋求供氫方案。長期看，部分省份的綠氫供應增速大于需求增速，可緩解綠氫供不應求的狀況，如山西省。而大部分東部沿海省份仍將有較大規模的綠氫需求未被滿足，如江蘇、浙江等，綠氫需求缺口可高達100萬噸/年。未來，在碳中和目標下，綠氫需求和供給的錯配情況或可通過東部高載能產業向西

21、部轉移來緩解，也可通過綠氫資源的區內、跨區運輸得到解決。本研究提出的“集群化”發展模式，就是針對后者的具體分析。1.3.通過集群化發展實現綠氫資源的優化配置本研究針對工業場景中綠氫的大規模利用，提出“集群化發展”模式，即：優先在綠氫供給和需求較為匹配的區域，在技術可行的前提下，通過優化綠氫的“制-儲-運-用”各環節及其配合方式實現經濟性最優，從而保證工業場景中大規模、連續穩定且成本更低的綠氫供應。需要指出的是，“集群化發展”的模式不僅僅實現了工業場景所需的綠氫“制-儲-運-用”在物理上的優化串聯，也通過聚集作為上游的綠氫的生產方、作為中游的儲氫和運氫基礎設施提供方、作為下游的工業產能等多相關方

22、，實現了風險的有效管理和分散，從而有效加速工業場景中綠氫的規?；l展。下稱實現上述“集群化發展”的工業聚集區域為“工業集群”。ii 本研究中的風電、光伏指陸上風電和集中式光伏，暫未將海上風電、分布式光伏等納入計算。圖表3 綠氫供給和工業綠氫需求的地理錯配情況注：此示意圖僅假設未來各省工業產能以目前規模和相關政策為依據，隨全國總產能變化的變化情況，并基于利用綠氫的生產路徑的發展情況進行假設，得到各省綠氫需求。在綠氫供給潛力估計中，僅考慮了陸上風電和集中式光伏，暫未將其他形式的可再生能源考慮在內。課題組將持續研究上述各因素影響下的綠氫供需的不確定性。供需差值(萬噸/年)供需差值(萬噸/年)60分鐘

23、秒級|5-10分鐘/啟停慢發展階段已商業化應用商業化初期技術研發階段技術研發階段優點-設備成本低-技術成熟-電流密度高-間歇性電源適應性高-運維成本低-材料成本低-可采用非貴金屬催化劑-理論效率高-可采用非貴金屬催化劑缺點-電流密度低-間接性電源適應性低-電解液有腐蝕性-運維成本高-設備成本高-貴金屬催化劑成本高且稀缺-陰離子交換膜量產難度大-技術仍處于研發階段-高溫環境下反應，場景有限-技術仍處于研發階段rmi.org/13集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究數據來源：BNEF14；德邦證券15模型來源：RMI主要假設參數：電解槽年利用小時數為3500h，設計運行時長為

24、50,000小時或25年；2023、2030、2050年電價分別為0.25、0.18、0.1元/kWh；2023、2030、2050年電解槽成本為1750、805、560元/kW；2023、2030、2050年制氫電耗為4.7、4.3、4.0 kWh/Nm3。從成本構成來看，電力成本占綠氫制取成本近70%，其成本下降是綠氫經濟性提升的決定性因素。過去10年，中國的光伏、風電的平準化成本（LCOE）降幅高達89%和66%。16到2030年，光伏、風電的LCOE有望進一步降低至0.21元/kWh和0.19元/kWh；到2050年，有望繼續降至0.14元/kWh和0.15元/kWh。iii相應地，以

25、其他參數均選取2023年水平保守估計，電價每降低0.1元/kWh，制取一公斤綠氫可減少近5元的成本（圖表8）。中長期來看，若計入諸如電解槽規?；渴?、效率與壽命的提升、利用小時數的增加等因素，綠氫制取成本還將進一步降低。電力成本下降始終是綠氫成本降低的最主要因素，對2030、2050年綠氫成本下降的貢獻率分別達到69%和91%。iii BNEF,1H 2022 LCOE Update報告預測中國光伏2030年0.023-0.042 美元/kWh（取中間值0.03 美元/kWh=0.21元/kWh），2050年0.016-0.028 美元/kWh（取中間值0.02 美元/kWh=0.14元/kW

26、h）；陸上風電2030年0.019-0.034 美元/kWh（取中間值0.027 美元/kWh=0.19元/kWh）；2050年為0.015-0.026 美元/kWh（取中間值0.021 美元/kWh=0.15元/kWh）。圖表7 堿性電解水制氫（ALK）成本變化及構成rmi.org/14集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究然而，若要滿足工業場景對氫氣連續穩定供應的要求，實際用氫成本或將提升。在2023年情景中，以場內綠電配合網電使電解槽每年連續運行8000小時為例，相應的制氫成本接近27元/kg（圖表9）。即便利用網電極大提升了電解槽年利用小時數，但相應的成本降低仍遠不

27、及電力成本升高的影響。此外，在網電尚未能實現零碳或近零碳排放時，如果想完全滿足“綠氫”定義，仍需通過購買綠證等方式滿足綠色屬性要求。圖表8 制氫成本隨電價和利用小時數變化曲線圖表9 場內綠電制氫與“場內綠電+網電”制氫成本對比模型來源：RMI主要假設參數：電解槽年利用小時數分別為3500小時和8000小時；可再生能源電價與大工業用電價格為0.25和0.6元/kWh17；電解槽成本為1750元/kW；制氫電耗為4.7 kWh/Nm3。rmi.org/15集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究2.2.綠氫儲存儲氫技術可分為物理儲氫、化學儲氫和地質儲氫三大類。由于其適用規模、儲氫

28、周期、靈活性等不同，有各自適用的場景。從規?？?，儲氫可大體分為中小規模（1000噸）（圖表10）。加壓儲罐是目前技術成熟度較高、也較為常用的中小規模儲氫方式。例如，中石化在新疆庫車的綠氫示范項目中，對應2萬噸/年的電解水制氫規模，配備了10臺體積為2000m3、壓力為1.5MPa 氫氣儲存球罐。對于大規模儲氫，在地質資源允許的情況下，鹽穴儲氫從技術成熟度和安全性上考慮均較為理想。中國地下鹽礦儲量超萬億噸，鹽穴資源主要分布在西北、華北、華東等新能源資源豐富區或負荷密集區。18除規模外，儲氫周期也是在特定需求場景下選擇儲氫方式的重要考量維度（圖表11）。日內或周內儲氫主要應對短周期的可再生能源波動

29、，如夜間無光照等。月度或季節儲氫主要應對長周期的能源波動，如水電的枯水期等。小規模、短周期的場景多適用物理儲氫，而大規模、長周期的則多用地質儲氫。而在化學儲氫方式中，金屬儲氫在小規模場景的靈活性更高，其余大部分化學儲氫適用于中大儲氫規模和中長儲氫周期。圖表10 各類儲氫技術的特征對比rmi.org/16集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究圖表11 不同儲氫場景下適宜的儲氫技術從經濟性看，圖表12對比了目前不同儲氫技術在適宜周期下的平準化成本。其中，低壓、高壓儲罐的經濟性較好，均在5元/kg氫以下。然而，由于一定儲氫規模會相應對占地面積有要求，在土地資源相對更豐富的西部可更

30、優先考慮部署。對于大規模儲氫，地質儲氫的總體經濟性較好，在地質條件適宜時可優先考慮。其中，鹽穴和巖洞儲氫在歐洲已有用于工業場景的成功案例，例如，瑞典Hybrit氫冶金試點項目配備有100立方米的地下儲氫巖洞，并計劃未來將容量提升到10萬立方米。19圖表12 不同儲氫方式的平準化成本數據來源：RMI,BNEF,ETC,Energy Conversion and Managementrmi.org/17集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究2.3.綠氫運輸氫氣運輸的方式有多種劃分，從運輸的氫的形態來看，可以分為氣態、液態和固態運輸；從運輸載體來看，可以分為長管拖車、槽罐車、貨車

31、、船舶、純氫管道和天然氣摻氫管道等（圖表13）。綜合考慮用氫場景所對應的運距、運量等，和各類運輸方式的發展階段等因素，本研究主要聚焦長管拖車、純氫輸氫管道以及液氫罐車三種運氫方式。長管拖車長管拖車具有操作簡單、壓縮釋放氫氣耗時短、技術成熟、產業鏈配套全面等優勢，目前是我國最主要的運氫方式。從應用層面來看，使用設計壓力20MPa的金屬氣瓶最為普遍，單次有效運氫量為280350kg。未來，該運氫方式將向更高壓力、大容積儲氫瓶的方向發展。圖表13 .主要氫氣運輸方式梳理*為報告重點分析的運氫方式數據來源：RMI根據ETC20，國信證券21，專家訪談信息整理iv 海運船只容積通常在15000 1000

32、00m3，以液氨密度為0.68 kg/m3計算，單次單船運氨量為10200 68000 kg，合單次單船運氫量為180012000 kg。運輸運輸狀態狀態運輸方式運輸方式載氫載氫量量發展階段發展階段適用適用場場景景氣態長管拖車*350 kg/車成熟小運量；短運距 純氫管道*/大規模、長距離的純氫管道處于起步階段，未來采用更高鋼級的材料，仍需開展相關研究大運量；點對點天然氣管道摻氫/處于工程示范驗證階段，可滿足摻氫比在10%以內的技術和安全要求，實現更高摻氫比例、解決氫脆等問題仍有待研究大運量；多用與城市燃氣管網摻氫和天然氣常熟官網摻氫液態液氫罐車*2500 kg/車較為成熟，當前在國內僅應用于

33、航天及軍事領域大運量；短中運距船舶（以液氨為載體運氫）1800-12000 kg/船iv已有商業化運營，以液態合成氨為載體進行運輸大運量；超遠距離固態貨車700-1500 kg/車研發階段/rmi.org/18集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究液氫罐車液氫罐車將氫氣經過低溫液化處理進行運輸，單車運量大、運輸效率高，但液化過程能耗較大，適用于大規模、中遠距離的運輸。該技術在技術、裝備制造、產品質量與成本等方面仍有待進一步突破。輸氫管道針對我國綠氫需求和供給集中區域存在地理錯配的特點，純氫管道有望成為大規模、遠距離氫氣輸送的主要途徑。出于對裝備制造、成本、工程設計等方面的考

34、慮，全球純氫管道建設以4MPa的壓力等級為主。截至2023年10月，我國已建成投入使用的純氫管道總里程約為100公里v。自國家 石油天然氣“全國一張網”建設實施方案 印發以來，管道規劃與建設提速明顯。22含規劃和在建的輸氫管道在內，總里程已超過1000公里，預計2030年我國長輸氫氣管道總長度可達3000公里。23本研究對上述三種運氫方式的成本分析基于當前典型的技術水平及成本組成。其中，長管拖車選用20MPa管束；液氫運輸按氫液化能力5噸/天、單車載量2500kg/車計；管道運輸按273mm管徑、滿負荷運行下年運氫量為2.9萬噸計算，100%利用率和50%利用率的情況下，平準化運氫成本（LCO

35、T）隨運距變化的情況如圖表14中左圖所示，右圖則展示了運距為200公里vi時的成本結構。主要結論如下：1)長管拖車：運輸范圍在250公里之內更具經濟優勢；當輸送距離為200公里時，LCOT中OPEX占比超過85%，主要為人工、油費等運維成本。2)液氫罐車：在中遠途運輸、大運量的需求下更具經濟可行性；當輸送距離為200公里時，LCOT中電費和液化裝置花費是最大的成本項，分別占比67%和23%，合計占成本的90%。3)輸氫管道：假設可實現100%的利用率，管道運輸的單位成本為三種方式中最低。當輸送距離為200公里時，LCOT僅為長管拖車的1/4，液氫罐車的1/5。從成本構成來看，有70%的成本來自

36、前期的CAPEX投入，即管道折舊與壓氣站的建造與維護。v RMI統計。vi 本文選取200公里的氫氣運輸距離，以風光資源較為豐富的內蒙古鄂爾多斯為起點，運送氫氣至陜西榆林為用氫地的距離作為參考。圖表14 三種運氫方式的成本對比rmi.org/19集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究vii 未來的管道運氫將往大管徑、高運量的方向發展，在此假設管道運輸均可實現100%負載率，且壓力均為4MPa，2020年以管徑直徑273mm為典型、2030年以508mm為典型、2050年以1016mm為典型，則年運氫量分別為2.9萬噸、10萬噸和40萬噸。viii 管道建設通常涉及工程設計、

37、勘探、征地、管材、壓縮機、施工、安防等費用支出，其中，征地是最大的變量因素。因管道相關的公開數據有限，本研究中，管道的建設成本參考了業內專家給出的平均值，具體成本應以實際支出為準。為滿足未來大規模的運氫需求，各運氫方式將向單次運輸承載量更大的方向發展。長管拖車可通過提升管束運輸壓力來降低運輸成本，從當前20MPa的管束壓力，發展至2030年的30MPa，2050年的50MPa；液氫罐車運輸中，當前的液氫廠產能多為5噸/天，預計2030和2050年可擴大至30噸/天和100噸/天；當前在運的管道運輸vii以23萬噸/年的設計運量、短途運輸較為常見，隨著需求的增長，2030年單條管道輸送能力將以1

38、0萬噸/年為典型，2050年可達40萬噸/年。在上述預期下，到2030年和2050年，各運氫方式的成本變化情況如圖表15所示。如果輸氫管道可以實現100%利用率，在任何運距下，它都是最具經濟性的運輸方式。viii到2030年，得益于高壓管束發展對單車載氫量的提升，長管拖車比液氫罐車成本更優的運輸距離上限將從250公里擴大至350公里。長期來看（2050年），高壓管束的進一步發展，使上述運距上限由350公里再拓展至近600公里。2.4.綠氫利用從技術路線看，鋼鐵生產中主要有三種用氫路徑。其中，高爐富氫冶煉是在已有高爐設備的基礎上改造，噴吹含氫量較高的還原性氣體，替代部分焦炭。盡管改造成本較低，但

39、可實現的碳減排較為有限。氫基直接還原是完全以氫氣為還原劑，碳減排潛力可達95%以上，但對球團礦品位要求較高，且目前成本仍較高。氫基熔融還原是在熔融煉鐵中注入一定比例氫氣，目前技術成熟度仍然較低。上述各技術路徑的簡介和對比如圖表16所示。圖表15 2030（左）和2050（右）年主要運氫技術成本變化數據來源：華中科技大學24，廣證恒生25模型來源：RMI主要假設參數：1）長管拖車20MPa、30MPa、50MPa的載氫量分別是350、500、750kg/車，有效裝載率為75%、85%、90%；2）液氫罐車將從當前的2500kg/車提升至未來的4000kg/車；3）管道運輸假設每毫米管徑投資為1萬

40、元。rmi.org/20集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究化工已是目前用氫量最大的行業，主要產品多為含氫化合物，氫源主要為灰氫。未來，利用綠氫替代灰氫可降低煤或天然氣制灰氫過程中的碳排放。此外，還可以基于Power-to-X（P2X）路徑，直接以二氧化碳和綠氫為原料，生產綠色甲醇、綠色乙烯等多種化工產品。主要化工產品生產的用氫方式及其對比如圖表17所示。圖表18展示了在鋼鐵、合成氨和甲醇生產中，綠氫路徑與傳統路徑實現平價時的綠氫成本。為簡化分析，考慮暫不納入保證綠氫持續穩定供應所需的額外成本的情況，對比實現平價時的綠氫成本與綠氫制取成本變化趨勢，可以大致得到綠氫路徑開始

41、實現成本競爭力的時間，以指導相關項目的部署。例如，基于綠氫的合成氨和鋼鐵生產將在2035年前后實現與傳統化石能源生產路徑的平價，此時的綠氫成本分別在10.1元/kg和9.0元/kg左右；基于綠氫的甲醇生產將在2040-2045年間實現與傳統路徑的平價，此時，綠氫成本為8.1元/kg。若考慮要保證綠氫連續穩定供應的額外成本，例如配合網電利用以保證在風光出力受限時制氫電力穩定性的成本，以及配合儲能、次優質風光等方式付出的額外溢價等，工業生產中綠氫路徑的成本將進一步提升，相應地，綠氫路徑和傳統路徑實現平價的時間點將推遲。然而，在低碳綠色發展的趨勢和要求下，諸如對低碳生產的補貼、碳市場和碳價等政策、市

42、場因素，也將利好綠氫路徑的成本經濟性，從而可能使實現平價的時間點提前。圖表16 鋼鐵生產中的主要用氫路徑及其對比圖表17 主要化工產品生產的用氫方式及其對比用氫場景行業碳排放用氫.占比*技術類別需求類型技術說明試點項目合成氨2.1億噸/年37%哈伯-博施法替換灰氫利用氮氣和氫氣制取合成氨，將煤炭或天然氣得到的灰氫替換為綠氫挪威Yara綠色合成氨項目煉油2.1億噸/年10%加氫處理替換灰氫將常減壓后的組分進行加氫處理，降低硫含量，降低不飽和度，提高油品的穩定性中國石化新疆庫車綠氫示范項目，供給塔河煉化甲醇2.0億噸/年19%綠氫耦合煤炭替換灰氫利用綠氫調節合成氣中一氧化碳和氫氣比例，將碳元素盡多

43、向甲醇轉換寧夏煤化工耦合綠氫制甲醇Power-to-X 新增需求利用二氧化碳的氫氣直接制取甲醇河南安陽二氧化碳加氫制甲醇*用氫占比指該行業的用氫量占中國總用氫量的比例。用氫場景示意圖技術說明減排潛力*技術成熟度試點項目優點局限性高爐富氫冶煉 H2-BF 在高爐頂部噴吹含氫量較高的還原性氣體20%5-9八一鋼鐵富氫碳循環高爐；Thyssenkrupp“以氫代煤”高爐煉鐵項目改造成本低，具備經濟性，具有增產效果理論減排潛力有限，技術上難以實現全氫冶煉氫基直接還原 H2-DRI 在氣基豎爐或流化床中直接還原煉鐵中提升氫氣的比例95%6-8河鋼富氫氣體直接還原鐵項目；ArcelorMittal德國直接

44、還原鐵項目理論減排潛力較高，可供參考的國際經驗相對較多改造難度較高，基礎技術中等氫基熔融還原 H2-SRI 在熔融還原煉鐵工藝中注入一定比例的含氫氣體95%5內蒙古建龍塞斯普氫基熔融還原冶煉理論減排潛力高國際先進經驗較少，改造難度較高，基礎技術較薄弱*減排潛力在零碳電力的支持下將達到最大值，其中直接還原鐵與電爐結合，熔融還原與轉爐結合。rmi.org/21集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究圖表18 鋼鐵、合成氨和甲醇生產中綠氫路徑與傳統路徑實現平價的時間和綠氫價格rmi.org/22集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究第三章.“集群化發展”的典型場

45、景案例和商業模式構建結合上一章的經濟性分析，本章給出了兩個典型場景下的最優綠氫利用成本，以及相應的供氫、用氫方案構建案例，如圖表19。其中，場景一展示了在氫氣供需同址時，將制氫與儲氫進行優化組合提供連續穩定氫源的情況；場景二展示了在氫氣供需異地時，將制氫與運氫配合供氫的情況。3.1.場景一：氫氣供需同址工業生產位于可再生電力資源較優的區域，氫氣供需同址，可通過優化制氫和儲氫組合，解決氫氣供應的時間波動性。為充分利用當地的風、光資源，可在工業產能附近盡可能地部署可再生能源發電和制氫設備。同時，由于風、光資源的間歇性，需配備額外的調峰措施穩定出力，以滿足工業用氫對穩定性的要求。額外的調峰需求可以先

46、通過風光互補并優化其配比來最大化降低，在可用于日內和季節調峰的方案中進行選擇。在此基礎上，綜合考慮風、光發電的平準化成本、調峰手段的成本、可用占地面積等，以終端的工業用氫成本最低為目標進行模型計算，得到最優化的供氫方案。以可再生電力資源條件較好的青海省為例，其典型日的風電和光伏出力情況如圖表20。若取當日出力的平均值為調峰目標，出力高于目標線時，將多余的出力以電或氫的形式儲存起來；出力低于目標線時則釋放儲能，以保證整體出力穩定。若僅考慮光伏出力，其每天的調峰需求是3.5kWh/kW；若僅考慮風電出力，其調峰需求是1.51kWh/kW；而在一定配比下，例如將20%光伏和80%風電結合，整體日內調

47、峰需求則降低到1.17kWh/kW。在同樣的思路下，以多日出力平均值為全年平均出力目標，也可得到季度調峰需求。圖表19 工業用氫的場景分析結構在滿足綠色低碳用氫的基礎上，集群化發展可兼顧工業用氫規模性、連續性 以及跨區域調配 的要求。規模性連續性跨區域調配目標對應環節制氫儲氫運氫場景一：氫氣供需同址（解決時間波動性）場景二：氫氣供需異地（解決空間錯配）場景設置rmi.org/23集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究圖表20 考慮風光互補時青海省的日內、季度調峰需求數據來源：https:/www.renewables.ninja/上述青海省的案例對應的模型假設如下ix：風、

48、光的平準化成本分別為0.32元/kWh、0.20元/kWh26；風電、光伏裝機的單位占地面積分別為5MW/km2和50MW/km2，27在占地面積允許的情況下，盡可能多利用可再生電力就地制氫；以青海省海南州生態光伏發電園區面積610km2為參照，作為占地面積上限。28調峰手段方面，優先采用低壓儲罐儲氫用于日內調峰，采用鹽穴儲氫用于季度調峰。配備儲氫罐時，參照中國石化新疆庫車綠氫示范項目x，假設最大可用面積是一公頃，最多儲存30噸氫氣。其余日內儲氫需求可通過補充網電制氫解決，相應成本為網電成本和可再生電力余電上網價格的差值，假設為0.3元/kWh。在本場景中，氫氣供需同址，無額外的運氫成本，因此

49、，工業的終端用氫成本是制氫成本和調峰成本的總和。從制氫成本看，由于當地光伏的平準化成本低于風電，風光互補中光伏比例越高，制氫成本越低。從調峰成本看，為滿足日內調峰需要，風光互補中光伏比例增大時，日內調峰成本先減后增，在光伏比例為20%左右時，調峰成本最低；為滿足季度調峰需要，風光互補中光伏所占比例增大時，調峰成本由快速下降轉為緩慢下降。綜合以上，如圖表21，當ix 此處僅作為案例進行展示，在不同的假設條件下，可參照本研究提及的方法進行計算。x 中國石化新疆庫車綠氫示范項目是中國首個萬噸級光伏制氫項目，規劃儲氫能力21萬標準立方米，對應10臺2000m3的1.5MPa氫氣儲存球罐，占地面積約1公

50、頃。rmi.org/24集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究風光互補中光伏比例為60%時，用氫氣成本最低，為21.6元/kg，其中制氫成本占77%，日內調峰成本占12%，季度調峰成本占4%。此時，可再生能源裝機所需面積為131km2，小于占地面積上限，因此可再生電力就地制氫潛力得以發揮到最大。而囿于儲氫罐占地面積限制，儲氫罐僅能滿足56%的日內調峰需求，其余均需要用網電補充。圖表21 本案例中最低用氫成本、成本結構和關鍵參數*日內調峰由儲氫罐和電網共同作用，該值為儲氫罐的儲氫總量占日內調峰總量的比例。rmi.org/25集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模

51、式研究3.2.場景二：氫氣供需異地工業生產位于可再生電力資源欠佳的區域，氫氣供需異地，可通過優化制氫和運氫組合，提供連續穩定的氫氣。在氫氣供需異地時，優化終端用氫成本的關鍵在于找到合適的制氫地，以便在充分發揮制氫電價優勢的同時，兼顧運距、運量等條件下所需的運輸成本。在制氫側，為滿足工業用氫對穩定性的要求，在盡可能使用可再生電力制氫的同時，其間歇性導致的出力缺口可用網電補足。xi制氫側得到的穩定供應的氫氣隨后以由運距、運量等決定的最經濟方式運輸到用氫地。本研究以用氫地分別位于山西省和浙江省，且以某100萬噸/年產能、對應需氫量約5萬噸/年的鋼鐵生產場景作為案例分析。以山西省、浙江省本地連續制氫的

52、模式為參照，另外選取了在46個典型地區異地制氫并運輸至山西省、浙江省的情況進行對比，展現各場景下優化終端用氫成本的方案組合。在這一需氫量和運輸距離下，管道運輸是最經濟的運氫方式。案例1：用氫地位于山西除山西本地外，制氫地還選取了陜西、內蒙、河北、寧夏、甘肅、青海等進行比較。綜合考慮上述各地不同電力成本下的制氫成本，以及不同運距下的運輸成本，可得異地制氫送往山西的終端氫氣成本對比，如圖表22所示。若在山西省本地充分利用當地可再生電力并補充網電制氫，且無需運輸的情況下，終端用氫成本為26.4元/kg。橫向對比在幾個典型地區制氫并運輸至山西的情況，內蒙制氫外送至山西的終端氫氣成本最低，為24.3元/

53、kg。內蒙風光資源較優，當地的風光LCOE低，制氫用電中離網風光貢獻電量占比近50%；同時，網電價格較低，運輸成本適中。從制氫環節來看，青海省由于其較低的網電電價，制氫成本僅次于內蒙，但較遠的運輸距離提升了終端氫氣成本。xi 由于網電不一定是零碳電力，因此，這種情況中的氫氣不一定是“綠氫”。未來，隨著電網清潔度提升，相應制氫的碳排放也將降低。在電網還未達到完全零碳前，若要保證氫氣的“綠色”屬性，需要采取購買綠證等方式。圖表22 氫氣供需異地時的工業終端用氫成本（以用氫地為山西省為例）rmi.org/26集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究本案例涉及的各地區風光資源情況及部

54、分模型假設匯總如下：案例2：用氫地位于浙江除浙江本地外，制氫地還選取了內蒙、寧夏、云南、四川等進行比較。綜合考慮上述各地不同電力成本下的制氫成本，以及不同運距下的運輸成本，可得異地制氫送往浙江省的終端氫氣成本對比，如圖表24所示。圖表23 以山西太原為用氫地的相關模型假設參數*以電力供應8000小時/年為目標，在有效利用小時數內優先利用風、光發電，并用網電補足剩余小時數，加權平均計算出的制氫電價。圖表24 氫氣供需異地時的工業終端用氫成本（以用氫地為浙江省為例）地區（省級或市級）集中式光伏年有效利用小時數29，小時/年陸上風電年有效利用小時數30，小時/年大工業10kV網電價格31，元/kWh

55、制氫電價*，元/kWh距離（以山西為起點），km山西（太原）135019180.5030.4440陜西（榆林）155719310.5070.424200內蒙（鄂爾多斯）160023050.4030.340500河北（張家口）137521440.5630.455500寧夏150018110.3950.371750甘肅160017870.4630.3951000青海160017430.3580.3591200rmi.org/27集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究在浙江省本地充分利用當地可再生電力并補充網電制氫，且無需運輸的情況下，終端氫氣成本為30元/kg，高于山西省的終端

56、氫氣成本。兩地的風光資源稟賦總量相似，而浙江省的大工業電價較高推升了制氫成本。同理對比此案例中在幾個典型地區制氫并運輸至浙江的情況：內蒙的制氫成本同樣最低。運氫成本方面，因浙江省距離陸上可再生能源基地較遠，管道運輸的成本較高，可占到交付成本的1/3左右。此情景下，更宜考慮輸電至本地后就地制氫。同時，還可考慮調動周邊的工業副產氫資源，并將海上風電制氫相關方案納入考慮。3.3.可行商業模式和利益相關方的角色除了對工業場景所需的綠氫在“制-儲-運-用”各環節進行優化串聯，“集群化模式”的順利構建和發展還需要可行的商業模式，通過聚集作為上游的綠氫的生產方、作為中游的儲氫和運氫基礎設施提供方、作為下游的

57、工業產能等多相關方，實現了風險的有效管理和分散。圖表26總結了低碳、零碳工業集群形成的主要驅動因素。工業產能、能源資源和基礎設施是集群中重要的三部分，都可成為低碳、零碳工業集群發展的驅動力。同時，這三種驅動模式并非互相獨立，而是可以共同作用。圖表25 以浙江寧波為用氫地的相關模型假設參數圖表26 低碳、零碳工業集群的驅動模式地區（省級或市級）集中式光伏年有效利用小時數，小時/年陸上風電年有效利用小時數，小時/年大工業10kV網電價格，元/kWh制氫電價，元/kWh距離（以浙江為起點），km浙江（寧波）105820900.6220.5100內蒙（鄂爾多斯）160023050.4030.34020

58、00寧夏150018110.3950.3712000云南130028080.4350.3482500四川120525530.5400.4182000rmi.org/28集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究工業產能驅動是目前最廣泛的模式，在這一模式下，已有的工業集群可以進行改造，以更加便于低碳、零碳的能源、資源應用。這一模式的主要優勢是可避免原有產能的大規模擱淺，英國的Teesside、Humber等工業集群的轉型均屬于此類。能源資源驅動是在可再生能源等有利于低碳、零碳轉型的資源較好的地區，以一種或多種低成本的低碳、零碳資源為優勢，吸引工業產能部署，例如中國的鄂爾多斯零碳產

59、業園?；A設施驅動則是將已有的天然氣管道、儲氣庫等基礎設施利用起來，并大多與其他驅動模式相結合來推動集群的形成，例如，美國的休斯頓集群有豐富的綠氫和藍氫資源，且有成熟的管道網絡，就是能源資源和基礎設施共同驅動的低碳、零碳工業集群。在低碳、零碳工業集群形成和發展過程中，產業鏈上的工業企業、轉型所需能源資源提供企業和基礎設施企業等參與方，以及政府部門、投融資機構、技術提供方等需協同配合。從國際、國內已有的實踐看，低碳、零碳工業集群的發展可分為五個階段，即形成前期、部署期、戰略期、基石項目期和規?；l展期。32在早期階段，例如集群的形成前期，技術提供方和產業鏈上各參與方共同將低碳、零碳技術的成熟度提

60、升到可以規?；l展的程度；在部署期內，需要政府通過政策優惠、公共資金等支持推動早期項目的落地。之后各階段中，所有相關方協同配合，推動集群可持續化、市場化發展。以下以英國和美國為例，對低碳、零碳產業集群的驅動要素和各利益相關方的配合模式進行分析。以下案例中，英國的產業集群以工業產能驅動為主，而美國的集群則主要以綠氫為代表的能源資源驅動?！景咐唬河坑I脫碳戰略(Industrial Decarbonisation Strategy)中，提到了英國將在2030年前實現至少四個低碳工業集群，在2040年前實現至少1個零碳工業集群的目標。33與此相應，其工業脫碳挑戰項目(Industrial

61、Decarbonisation Challenge)提供2.1億英鎊的公共資金支持，以推動鋼鐵、水泥和化工行業降碳，在2030年前至少孵化一個低碳工業集群，并在2040年建成世界上第一個零碳工業集群。34該2.1億英鎊中的1.7億英鎊將用于工業集群中的項目部署，800萬英鎊用于工業集群路線圖規劃，2000萬英鎊用于工業脫碳創新研究。前兩項的主要資助對象是英國政府識別出的六個已有工業集群，其碳排放總量達3600萬噸/年以上，占全國碳排放的10%（圖表27）。上述資金由Innovate UK主導，支持期限是2019年到2024年，預計可撬動2.6億英鎊的行業投資。rmi.org/29集群化發展助力

62、低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究Humber工業集群，即Humberside，是英國碳排放量最大的工業集群，碳排放量為1000萬噸/年。其中的兩個低碳項目已入選以上提及的資助名單。Humber是英國最成功的工業集群轉型之一，涵蓋了工業產業、能源資源和基礎設施的重要項目和企業（圖表28）。綠氫、藍氫和CO2是Humber集群的關鍵低碳、零碳資源，以管道相連接進行供應和消納。Equinor的H2H Saltend項目是Humber集群的基石項目，既提供清潔的氫源，又包含了化工應用場景，形成了較完整的供應、需求鏈條。此外，Humber集群還利用了集群外資源，例如，BP主導的Norther

63、n Endurance Partnership海上CCS項目與Humber距離較近，是Humber的CCUS產業鏈的延伸，可將集群內的工業碳排放有效封存在海底的地下咸水層中。圖表27 英國已有的工業集群及其碳排放35來源：英國政府rmi.org/30集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究【案例二：美國】2023年，美國能源部（DOE）發布了 美國國家清潔氫能戰略和路線圖（以下簡稱 戰略路線圖），進一步描繪了清潔氫的多元應用場景和幫助多個行業實現脫碳的路徑，設定了2030年1000萬噸、2040年2000萬噸、2050年5000萬噸清潔氫氣產量的目標。36同年，DOE宣布了七

64、個區域清潔氫中心（圖表29），并將通過兩黨基礎設施法（Bipartisan Infrastructure Law）為清潔氫能的發展注入70億美元的資金支持。37七大氫能中心分別覆蓋了多種“制-儲-運-用”技術路徑的組合，因地制宜地開展符合區域特色的發展策略。圖表29 美國七大區域清潔氫能中心來源：Office of Clean Energy Demonstrations(OCED)圖表28 英國Humber集群主要相關方rmi.org/31集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究以當前發展最成熟的德克薩斯州墨西哥灣沿岸氫能中心為例，美國推動清潔氫發展的框架和切入點主要包括“三

65、大支柱”和一系列跨領域推動因素（圖表30）：支柱一：供氫德克薩斯州位于美國中南部地區，幅員遼闊，擁有豐富的油氣和風光資源。當前，德州每年約生產360萬噸氫氣，占美國氫氣年總產量的1/3，因其豐富的產量和較低的氣價，天然氣制氫為該地區主要的制氫路徑。德州同時擁有極佳的風、光資源，截至2022年底，德州的風電累計裝機已超過40GW，約占美國風電裝機量的1/3，風力資源和裝機量在全美排名第一。38 豐富的可再生資源將區域電網脫碳和清潔氫能的發展提供了先決條件。支柱二：儲運氫德州墨西哥灣沿岸擁有900英里（合1450公里）的輸氫管道，約占美國輸氫管道總里程的1/2、全球輸氫管道總里程的1/3。同時，該

66、州擁有發達的天然氣輸送網絡，通過改造實現天然氣摻氫來運輸部分氫氣。除此之外，該州有天然的地質條件可用來長時間儲存氫氣和二氧化碳。全球在運行的儲氫鹽穴共有四個，其中三個位于墨西哥灣沿岸。支柱三：用氫德州墨西哥灣沿岸有豐富的用氫場景，涉及工業、交通、電力、熱力等，可結合行業發展需求、價格承受力、脫碳潛力和難易程度等方面決定利用清潔氫的先后順序。清潔氫作為原料，可優先在煉化、石油化工、合成氨、鋼鐵行業中使用；作為燃料，可在工業過程供熱、交通運輸等行業中得以利用。結合工業集群的發展與人口增長的預期，該地區清潔氫的需求量在2035可達500萬噸、2050年可達1100萬噸，另有300萬噸和1000萬噸的

67、清潔氫產量可用于出口。圖表30 區域清潔氫能中心成功發展的關鍵因素來源：DOErmi.org/32集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究在本案例中，以集群化發展模式培育清潔氫能全產業鏈的發展的驅動因素同時包括了工業產能、能源資源和基礎設施。更具體地，以下五項跨領域的推動力也為集群的發展創造了有利條件：1)聯邦和各州層面的政策和財政激勵有效推動了清潔氫的發展；2)安全、規范、標準和許可等措施的提升，對員工在相關領域的培訓，以及行業專業人才的培養；3)多利益相關方整合，包括行業、企業、學術機構、國家實驗室等，涵蓋研究、開發、示范到市場化發展各個階段4)鼓勵公共與私營部門的合作，

68、并刺激私營部門的投資；5)從正義與公平性的角度看，兼顧受影響群體的安置、補償、再就業機會等。rmi.org/33集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究第四章.未來展望與行動建議對于工業尤其是重工業而言，綠氫的大規模應用是實現深度碳減排的關鍵。為了在工業場景中實現綠氫的規?；?、連續穩定供應且成本最優，在本研究提出的“集群化發展”模式下，綠氫的制取、儲存、運輸和利用各個環節有機組合和聯動，可形成系統的、優化的解決方案。在綠氫供應地與需求地就近區域，有望率先形成以綠氫為深度碳減排抓手的低碳、零碳工業集群，其綠氫儲運需求相對有限，在近期內得到布局和實施的可行性也較高。因此，在短中期

69、，集群化發展的模式可有效加速在能源資源和適用產能匹配的區域率先開展工作，論證以綠氫為代表的低碳、零碳方案的技術和經濟可行性，并探索可行的商業模式。而在綠氫供應地與用氫地存在資源錯配的區域，可綜合考慮制、儲、運、用氫的綜合方案，統籌布局獲取綠氫的最優方式。為推動集群化模式發展，加速大規模綠氫在工業低碳、零碳轉型中的應用，本報告提出以下五項行動建議：“政產學研用金”各界積極發揮作用并密切交流配合，聚焦綠氫的制-儲-運-用各環節的技術突破和進步。技術可行是成本可比的基礎。目前，綠氫從制取到應用各環節中，均仍有亟需突破的瓶頸。從支持層面看，政策扶持和金融機構的資金優惠等，將大大助力相關技術在發展初期的

70、快速突破，也有利于吸引上下游企業的加入，形成穩定可靠的產業鏈，為工業用綠氫提供理想的市場環境。從實施層面，單一企業開展技術研發的壓力相對較大且周期較長，因此需要整合社會資源形成合力?？蒲性核?、高等院校、工業企業可協同推進關鍵技術的研發；工業企業、行業協會、下游用戶可助力技術在工業應用場景的推廣，從而更快地實現相應技術的降本。工業企業作為綠氫的消費側，要密切關注并積極預期綠氫應用的技術進步和成本下降，適時甚至提前部署綠氫應用。盡管目前看，應用綠氫生產的成本相較傳統的化石能源路徑仍有一定溢價，但隨著技術的進步和推廣，以及潛在的碳價、政策約束等因素，基于綠氫的生產路徑的成本競爭力將逐漸凸顯。由于具體

71、項目可行性研究、規劃和最終投資決定形成、建設運行等均有一定周期，工業企業可提前部署，以免錯失最佳時間窗口。此外，對于可再生能源條件較為優越的區域，綠氫應用實現成本競爭力的時間將進一步提前。工業企業要密切關注并積極尋求早期機會，盡早實踐可商業化運行的、具有一定規模的綠氫應用，趁早實現低碳紅利。各地區宜以自身工業基礎和低碳、零碳能源資源為依據，全面評估綠氫用于工業生產的潛力，并相應設立階段目標和實施路線。目前，各區域、省內等的工業產能布局多由以化石能源為主的能源資源稟賦和市場需求等決定。而在低碳、零碳轉型趨勢下，以綠氫為代表的低碳、零碳資源情況成為了產能布局的新驅動力。各地區宜結合當地工業需求，評

72、估當地的可再生資源、綠氫的發展潛力，綜合進行決策。此外，宜自下而上地梳理各工業用氫場景需氫規模及可調配的氫源，逐步實現從化石能源制氫、工業副產氫、到可再生能源電解水制綠氫的轉型，以降低過快轉型導致的已有資產擱淺的風險。rmi.org/34集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究在宏觀層面，優化統籌不同地區間的氫氣供需和儲運基礎設施的規劃，并在微觀層面充分協調配合。為保證工業用氫對氫源的持續穩定要求，不論氫氣供需同址還是異地，均需要合理配備儲運設施，穩定氫氣供給。氫儲運是現階段氫產業鏈中較薄弱的環節，其配套基礎設施建設需要大量資金投入。為充分發揮規模效應，降低單位儲運成本，在宏

73、觀層面，需要國家對氫氣儲運基礎設施的統一規劃，以保證各區域氫氣供需地定位和氫氣供需間的連接可基于資源稟賦、產業基礎等得到優化；在微觀層面，則需要氫氣供應方和以工業為代表的需求方充分協作，共同探索氫氣從制取到應用間的儲運方案?？稍偕茉窗l電、電網、氫儲運、工業等多方進行有機的跨行業融合，以最優化地保證工業場景大規模用氫的持續穩定。工業應用場景由于其流程的連續性、生產的集中化和規?；?，對綠氫有持續、穩定供應的需求。由于風、光間歇性的存在，需要綜合各類技術方案補足可再生電力制氫供氫的出力缺口，如網電制氫、就地制氫并儲存供未來使用、異地制氫并運輸至用氫地等等?；谟脷涞刭Y源情況的差異，該組合方案的設計

74、可按照技術難度和成本經濟性來優化?；诖?，各方需要充分交流，以探索設計最優化供氫、用氫方案。rmi.org/35集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究參考文獻1 中國氫能產業展望報告，中國石化經濟技術研究院，20232 李婷，劉瑋等，開啟綠色氫能新時代之匙：中國2030年“可再生氫100”發展路線圖，落基山研究所，中國氫能聯盟研究院，2022，https:/ 碳中和目標下的中國鋼鐵零碳之路，RMI，2021，https:/ 碳中和目標下的中國化工零碳之路，RMI，2022，https:/ 中國能源轉型展望2023，中國宏觀經濟研究院能源研究所，20236 李婷，劉瑋等，開啟

75、綠色氫能新時代之匙：中國2030年“可再生氫100”發展路線圖，落基山研究所，中國氫能聯盟研究院，2022，https:/ 碳中和目標下的中國鋼鐵零碳之路，RMI，2021，https:/ 碳中和目標下的中國化工零碳之路，RMI，2022，https:/ Li,Mingquan,et al.“High-Resolution Data Shows China s Wind and Solar Energy Resources Are Enough to Support a 2050 Decarbonized Electricity System.”Applied Energy,Elsevier

76、BV,Jan.2022,p.117996.Crossref,doi:10.1016/j.apenergy.2021.117996.10 Low-Carbon Industrial Hubs:Driving Deep Decarbonization for Industry,Deloitte,2022,https:/ 商業模式起步，綠氫初試鋒芒，平安證券，2023，https:/ 堿性電解槽：從1到N，誰主沉浮，東方財富證券，2023，https:/ 李婷，劉瑋等，開啟綠色氫能新時代之匙：中國2030年“可再生氫100”發展路線圖，落基山研究所，中國氫能聯盟研究院，2022，https:/ 1H

77、 2022 Hydrogen Market Outlook,BNEF,202215 深度解析制氫成本，探尋氫能時代的投資機會，德邦證券，2022，https:/ Power Generation Costs 2021,IRENA,2022,.https:/www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2022/Jul/IRENA_Power_Generation_Costs_2021_Summary.pdf17“2021年 新一輪降電價已開啟！”，北極星電力網，2021，https:/ 廢棄鹽穴可變身 空氣充電寶”，經濟日報，2023

78、，https:/ storage”,Hybrit,2024,https:/www.hybritdevelopment.se/en/a-fossil-free-development/hydrogen-storage/20 Making the Hydrogen Economy Possible:Accelerating Clean Hydrogen in an Electrified Economy,Energy Transitions Commission(ETC),2021,https:/www.energy-transitions.org/publications/making-clea

79、n-hydrogen-possible/rmi.org/36集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究21 氫能專題研究之二：固態儲氫，國信證券，2023，https:/ 西氫東送 管道納入國家規劃”，國家能源局，2023，https:/ 中國氫能產業基礎設施發展藍皮書，中國標準化研究院，中國電器工業協會，201624 閆喻婷，氫氣儲運方式的經濟性對比研究，202125 氫氣成本能降到幾？-儲運篇，廣證恒生，2019，http:/ 劉雨菁，劉子屹，周勤等，西北地區電力系統低碳轉型探索打造零碳電力系統的青海樣本，落基山研究所，2022，https:/ 全國28省市最新銷售電價表一

80、覽，能源與投資，2021，https:/ Transitioning Industrial Clusters towards Net Zero,WEF,2023，https:/www.weforum.org/publications/transitioning-industrial-clusters-towards-net-zero/33 Industrial Decarbonisation Strategy,HM Government,2021,https:/assets.publishing.service.gov.uk/media/6051cd04e90e07527f645f1e/Ind

81、ustrial_Decarbonisation_Strategy_March_2021.pdf34“Industrial decarbonization”,UK Research and Innovation,2024,https:/www.ukri.org/what-we-offer/browse-our-areas-of-investment-and-support/industrial-decarbonisation/35 Industrial Decarbonisation Strategy,HM Government,2021,https:/assets.publishing.ser

82、vice.gov.uk/media/6051cd04e90e07527f645f1e/Industrial_Decarbonisation_Strategy_March_2021.pdf36 U.S.National Clean Hydrogen Strategy and Roadmap,Department of Energy(DOE),2023,https:/www.hydrogen.energy.gov/library/roadmaps-vision/clean-hydrogen-strategy-roadmap37“Biden-Harris Administration Announc

83、es$7 Billion For America s First Clean Hydrogen Hubs,Driving Clean Manufacturing and Delivering New Economic Opportunities Nationwide”,Energy.gov,2023,https:/www.energy.gov/articles/biden-harris-administration-announces-7-billion-americas-first-clean-hydrogen-hubs-driving 38“U.S.Installed and Potent

84、ial Wind Power Capacity and Generation”,Energy.gov,2024,https:/windexchange.energy.gov/maps-data/321.李抒苡，薛雨軍，王珮珊等，集群化發展助力低碳轉型之：工業場景中大規模綠氫應用模式研究，2024，https:/ 重視合作，旨在通過分享知識和見解來加速能源轉型。因此，我們允許感興趣的各方通過知識共享 CC BY-SA 4.0 許可參考、分享和引用我們的工作。.https:/creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/除特別注明，本報告中所有圖片均來自iStock。RMI Innovation Center22830 Two Rivers RoadBasalt,CO 81621www.rmi.org2024年9月，落基山研究所版權所有。Rocky Mountain Institute和RMI是落基山研究所的注冊商標。