《RMI：2024年加速化工行業低碳轉型之：實現綠氨經濟性的可行路徑-執行摘要（11頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《RMI：2024年加速化工行業低碳轉型之：實現綠氨經濟性的可行路徑-執行摘要（11頁）.pdf（11頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、加速化工行業低碳轉型之：實現綠氨經濟性的可行路徑執行摘要2024.12rmi.org/2加速化工行業低碳轉型之：實現綠氨經濟性的可行路徑關于落基山研究所（RMI）關于中國石油和化學工業聯合會氫能產業專業委員會落基山研究所(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。中國石油和化學工業聯合會氫能產業

2、專業委員會（簡稱“石化聯合會氫能專委會”）于2021年成立，旨在廣泛聯系國內外氫能全產業鏈相關單位，倡導行業自律，促進行業技術革新和轉型升級，為相關主管部門制定產業政策提供支撐和建議，做好行業發展的組織協調和服務工作，推動石化化工和氫能產業高質量協同發展。rmi.org/3加速化工行業低碳轉型之：實現綠氨經濟性的可行路徑作者與鳴謝作者落基山研究所（RMI）石化聯合會氫能專委會李婷孫偉善李抒苡李永亮王珮珊李淼薛雨軍朱曉麗李浩然賈奕宸聯系方式李抒苡，slirmi.org引用建議落基山研究所,石化聯合會氫能專委會,加速化工行業低碳轉型之：實現綠氨經濟性的可行路徑，2024，https:/ 重視合作，

3、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。鳴謝感謝落基山研究所的高碩、劉琦宇、李君、劉雨菁、王喆和郝一涵在報告撰寫過程中給予的寶貴建議。本報告作者特別感謝以下專家對報告撰寫提供的洞見與建議：李全偉 東華工程科技股份有限公司劉思明 石油和化學工業規劃院蘇建英 中國氮肥工業協會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加速化工行業低碳轉型之：實現

4、綠氨經濟性的可行路徑執行摘要合成氨在農業、工業、能源等多個領域具有廣泛應用。預計到 2050 年，我國合成氨的需求量將增長至目前的 1.5 倍，當前以煤為主高碳的合成氨生產方式亟需轉型。合成氨是重要的基礎化工產品，在農業、工業等場景中具有廣泛用途。目前，合成氨的主要用途集中在農業領域，全球 70%以上的合成氨用于生產氮肥，以保障糧食供應。同時，合成氨作為一種新興的能源，也在船運、電力等場景中具有巨大的應用前景。預計到 2050 年，作為能源用的合成氨有望占到總合成氨需求量的一半，將成為船運和電力領域碳減排的重要力量i。圖表 ES 1 我國合成氨供需總量及消費結構展望當前，合成氨的生產主要依賴于

5、以煤和天然氣為原料的傳統路徑，碳強度和能耗均處于較高水平。在全球合成氨生產中，以煤為原料的約占 19%，天然氣占據更大比例，約為 78%。在我國，煤制合成氨產能占比達 75%以上，單位產品能耗及碳排放均高于全球平均水平。其中，煤制合成氨碳強度約為 4.44.8 噸 CO2/噸氨，為天然氣制合成氨的兩倍以上。從絕對量看，我國是全球最大的合成氨生產國與消費國。2022 年，我國合成氨產量約 5321 萬噸ii，占全球總產量的 30%。2020 年，合成氨行業所產生的直接排放達 2.19 億噸iii，約占我國碳排放總量的 2.2%，占化工行業碳排放總量近 1/5，排放規模在眾多化工品中處于前列。同時

6、，合成氨是許多化工產品的基礎原料，通過減少合成氨生產過程中的碳排放，可以顯著降低化工產品的整體碳足跡，推動行業的低碳轉型與可持續發展。因此，合成氨行業的低碳轉型不僅對我國化工行業的綠色發展至關重要，同時也對全球化工行業的低碳轉型具有重要意義。i 落基山研究所，碳中和目標下的中國化工零碳之路，2022,https:/ iii熊亞林，劉瑋，高鵬博等，“雙碳”目標下氫能在我國合成氨行業的需求與減碳路徑，2022，https:/ 2020202220242026202820302032203620402044203420382042204620482050合成氨燃料工業用氨農業用氨10,0009,00

7、08,0007,0006,0005,0004,0003,0002,0001,0000產量(萬噸)rmi.org/5加速化工行業低碳轉型之：實現綠氨經濟性的可行路徑以可再生能源電解水制取的綠氫作為替代原料、燃料，可使合成氨生產的碳強度降低85%以上。合成氨生產中，原料和燃料相關碳減排可占 85%以上，而基于可再生能源電解水制取綠氫的生產，是實現大幅度降碳的重要路徑。首先，從原材料角度來看，氨的組成僅包含氫和氮，通過使用可再生能源電解水提供氫源，可以有效避免化石燃料制氫過程中產生的二氧化碳排放；其次，在氨的合成過程中，通過電氣化和使用清潔電力，可替代傳統的煤電和煤制蒸汽，進一步實現碳減排。用綠氫和

8、由空氣中空分得到的氮氣合成的綠氨受到越來越多關注，有望成為未來重要的清潔原料和能源，為多個行業的脫碳提供解決方案。目前，我國正積極推進合成氨行業的低碳轉型，國家發改委、工信部、生態環境部等多部門相繼發布了多項政策文件，如 合成氨行業節能降碳改造升級實施指南 和 工業領域碳達峰實施方案，明確了在 2025 年前后實現行業碳排放控制的具體目標。國家在“十四五”規劃中提出了構建可持續化工產業的目標，鼓勵合成氨行業逐步轉向基于綠氫等的低碳生產路徑。風電、光伏等可再生能源的快速發展使我國初步具備進一步發展綠氨的技術基礎和資源條件。在政策和市場推動下，綠氨項目正在快速鋪開，新項目選址從以往的近煤炭基地向近

9、可再生資源富集地區轉變，正在形成“綠電-綠氫-綠氨”的新產業鏈。據不完全統計，我國已公布的綠氨項目產能合計已超過 1300 萬噸。在“綠電-綠氫-綠氨”鏈條中，電力的清潔程度是決定合成氨碳強度的關鍵。例如，若在電解水制氫和氨的合成兩個工段中均采用網電，則生產的氨的碳排放為 6.2 噸 CO2/噸氨，甚至顯著高于煤制合成氨的單位碳強度；若僅在水電解工段采用綠電，合成工段采用網電，則碳排放強度可下降約 85%，達到 0.7 噸 CO2/噸氨；若在兩個工段均采用綠電實現完全電氣化，可達到 100%降碳的效果，實現綠氨的零碳生產。圖表 ES 2 合成氨主要生產路徑的碳強度對比 注：綠氨*指用綠氫制合成

10、氨，僅制氫環節全部使用綠電，合成環節仍用網電綠氨*指制氫環節和合成環節的所有用電均來自綠電煤制合成氨（工業先進水平）煤制合成氨（全國平均水平）天然氣制合成氨（工業先進水平）天然氣制合成氨（全國平均水平）水電解制合成氨（全網電）水電解制合成氨（綠氨*）水電解制合成氨（綠氨*）02.05.01.04.03.06.07.0原料消耗燃料消耗電力噸CO2/噸氨rmi.org/6加速化工行業低碳轉型之：實現綠氨經濟性的可行路徑然而，當前綠氨成本約為煤制合成氨的 1.22.1 倍，綠氨的進一步發展和規?；悦媾R挑戰。目前，我國大部分合成氨是基于以煤為原料的生產路徑，當原料煤的成本在 700900 元/噸之間

11、時，對應生產合成氨的成本在22002500元/噸之間。與煤制合成氨相比，綠氨生產中可再生能源發電綜合成本（以下簡稱為綠電電價）較高，當綠電電價在0.150.3元/千瓦時之間時，綠氨成本在29204600元/噸之間，是煤制合成氨成本的1.22.1倍。圖表 ES 3 灰氨與綠氨生產成本對比說明：1.假設煤制合成氨以并網常穩態每年運行 8000 小時；2.假設綠色合成氨以離網常穩態每年運行 3905 小時，風光打捆出力小時數以內蒙古為參考。離網常穩態無需配儲，因此為理想情景。3.綠電電價為綜合電力成本?？稍偕茉窗l電的波動性使其難以直接與基于傳統 Haber-Bosch 反應的合成氨連續生產工藝適配

12、。應對波動性的解決方案主要有兩種：一種是并網常穩態方案，即利用從電網購電補足可再生能源發電不足部分，保證合成氨裝置在滿負荷狀態下穩定運行；另一種是離網多穩態方案，即通過在綠氨生產系統中配備一定規模的儲能和儲氫裝置，且動態優化合成氨裝置的負荷使裝置按照多個穩態負荷方案運行，屬于柔性合成氨工藝。當采用離網多穩態的技術路徑時，以風光資源優勢地區iv為例，當綠電電價為 0.25 元/千瓦時，綠氨成本約為 4800 元/噸，其中為波動性電源提供調節能力的儲能、儲氫成本約占總成本的 1520%。iv以內蒙古鄂爾多斯地區為例，光伏發電年利用小時數為1600小時，風力發電年利用小時數為2305小時，風光總出力

13、為 3905小時。合成氨裝置設計規模為 20 萬噸/年，年運行時間 8000 小時。離網情景配套儲氫規模為35萬標方的低壓儲罐（10兆帕以下），平均利用率 80%，平均儲氫時間 1 天。6,0005,0004,0003,0002,0001,0000051015252030合成氨生產成本(元/噸)綠氨較煤制氨的成本 溢價空間ACBD綠電電價=0.3元/千瓦時綠電電價=0.15元/千瓦時煤炭價格=900元/噸煤炭價格=700元/噸制氫成本（元/千克）rmi.org/7加速化工行業低碳轉型之：實現綠氨經濟性的可行路徑要助力綠氨在農業、船運、電力等應用場景中逐步實現平價，需要政策支持、下游溢價支付意愿

14、、碳市場價格信號等多因素協同的作用。從具體的應用場景看，綠氨在既有農業場景，以及發電、船運等新興場景中的應用，不同程度地面臨與傳統路徑相比成本過高的問題。本報告以上述離網多穩態方案制綠氨并進行應用為例，根據在不同應用場景中實施綠氨替代的成本情況，嘗試分析在技術不斷提升的情況下所需政策、碳市場以及買方支付溢價水平等推動手段隨時間的變化趨勢，以期為有效地幫助彌合成本差距，推動綠氨的快速部署與發展提供方案參考。農業應用農業是合成氨行業的傳統應用場景，在目前合成氨下游需求中占比為 70%。當前，離網多穩態方案制綠氨的成本約為 4800 元/噸，是煤制氨的 2 倍。隨著可再生能源發電、電解水制氫、儲能、

15、儲氫等環節的技術進步與轉換效率的提升，2030 年綠氨生產成本有望下降 33%，并可在 20402045 年間與煤制合成氨實現平價。農業關系到糧食安全，要在該領域推動成本較高綠氨的應用，需要早期借助政策支持開啟市場。隨著綠氨的成本下降，補貼需要有合理的退坡和退出機制，轉為由碳市場等市場化手段推動轉型。例如，在當前技術水平下，在碳價為0100元/噸之間時，要實現平價，需要約 1012 元/千克的綠氫補貼政策。到 2030 年，若合成氨能夠被納入碳市場并且碳價高于 185 元/噸時，補貼可以完全退出且下游無需支付溢價時即可實現綠氨平價，實現從政策支持主導到以市場為主導的轉變。圖表 ES 4 農業場

16、景中綠氨路徑和傳統路徑的成本趨勢（左）與政策、市場手段對實現平價的作用（右）5,0004,0003,0002,0001,0000100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%00147101325811143691215綠氫補貼單價(元/千克)綠氨2024綠氨2030煤制氨煤制氨-33%下游支付溢價率(%)2024情景（碳價=0）2024情景（碳價=100元/噸）合成氨成本(元/噸)2030情景（碳價=150元/噸）2030情景（碳價=185元/噸）rmi.org/8加速化工行業低碳轉型之：實現綠氨經濟性的可行路徑船運燃料在全球船運業的脫碳圖景中，以綠氨、綠醇為代表的清潔船用燃

17、料受到廣泛關注，是船運業脫碳的重要抓手。當前，氨燃料電池船只總擁有成本（TCO）為 3.33 億元，是傳統低硫燃料油（VLSFO）船只的 2.3 倍，液化天然氣（LNG）船只的 2 倍v。隨著綠氨燃料成本的下降，2030 年和 2050 年氨燃料電池船只TCO可下降至 2.38 億元和1.66 億元，并最終在 2050 年前后實現與 LNG 船只成本持平，但仍高于 VLSFO 船。加快綠氨相關標準和認證的國際互認和銜接能夠使作為下游的船運業具有更強的綠色溢價支付意愿，從而推動綠氨在船運領域規?；?。盡管目前成本高昂，但綠氨對船運脫碳的重要性使得船運業主有可能在早期承擔較高的綠色溢價助推氨動力船的

18、運營。在當前情景下，當碳價為 0100 元/噸之間時，下游需要支付 115%130%的綠色溢價才能實現氨動力船只與 VLSFO 船只的平價，到 2030 年，當碳價為 200250 元/噸時，需要支付的溢價水平降至30%40%。2024 年 7月，在符合歐盟可再生能源指令（RED II）的綠氨認證下，全球首個綠氨定價在德國的氫衍生物進口計劃中產生，中標的綠氨價格較傳統合成氨溢價超過 1.9 倍。共建全球綠氨市場對于合成氨行業的低碳轉型至關重要，科學、嚴謹、有效且國際互認銜接的標準體系構建將大大助力可獲得差別化溢價的綠氨市場形成。圖表 ES 5 船燃場景中綠氨路徑和傳統路徑的成本趨勢（左）與政策

19、、市場手段對實現平價的作用（右）v 以 16,000TEU 集裝箱貨輪為例，功率約為 160MW，船只壽命為 25 年。低硫燃料油、液化天然氣和綠氨的當前價格分別為4544、6000、4753 元/噸，燃料熱值分別為 40.2、46.7、11MMBtu/t。4.03.53.02.52.01.51.00.50綠氨 2024綠氨 2030低硫燃料油(VLSFO)低硫燃料油(VLSFO)-28%TCO（億元）100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%00147101325811143691215綠氫補貼單價(元/千克)下游支付溢價率(%)OPEX-燃料（綠氨）OPEX-燃料（傳統

20、）OPEX-運維CAPEX-船只折舊2024情景（碳價=0）2024情景（碳價=100元/噸）2030情景（碳價=200元/噸）2030情景（碳價=250元/噸）rmi.org/9加速化工行業低碳轉型之：實現綠氨經濟性的可行路徑摻氨發電摻氨發電是煤電低碳化改造建設行動方案（20242027 年）提出的生物質摻燒、綠氨摻燒、碳捕集利用與封存三大煤電低碳發電技術路線 之一，在發電行業碳減排的過程中，綠氨摻燒可為存量煤電機組的運行貢獻一定的減排潛力。以政策中建議的 10%綠氨摻燒比例計算（假設為熱值替代比例），若使用可再生電力生產的綠氨，在2024、2030 和 2050 年的度電燃料成本分別為 0

21、.40、0.33 和 0.28 元/千瓦時，均高于煤電的度電燃料成本（0.22元/千瓦時），且難以在 2050 年前實現平價。通過可再生富余電力的低價優勢降低綠氨生產成本是摻氨發電領域實現平價的關鍵。當前，盡管電力行業已被納入碳市場，實現摻氨發電與煤電平價仍需要依靠較大的綠氫補貼力度（大于15 元/千克）或下游溢價水平（80%）推動，即使到 2030 年對補貼的需求仍高達 12 元/千克，平價難以實現。不過，若能利用可再生富余電力，則能顯著降低對降本手段的需求。如圖表 ES6 所示，既定技術成本和碳價假設之下，使用可再生富余電力制綠氨與傳統路徑的成本差異進一步縮小，對于補貼和下游支付溢價比例的

22、需求也同步降低（在右圖中向左下方移動）。當可再生富余電力成本為 0 時，當前和 2030 年實現摻氨發電平價對綠氫補貼的需求能分別降低至 7 元/千克和 2 元/千克，顯著降低平價難度。圖表 ES 6 發電場景中摻氨路徑和傳統路徑的成本趨勢（左）與政策、市場手段對實現平價的作用（右）下游支付溢價率(%)0.50.40.30.20.10100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%00147101325811143691215綠氫補貼單價(元/千克)10%綠氨摻燒 202410%綠氨 摻燒 2030煤電煤電度電燃料成本（元/千瓦時)-17%2024情景（碳價=100元/噸）203

23、0情景（碳價=200元/噸）2030情景（碳價=250元/噸）2024情景，棄風棄光電力（碳價=100元/噸）2030情景，棄風棄光電力（碳價=200元/噸）2030情景，棄風棄光電力（碳價=250元/噸）煤炭綠氨rmi.org/10加速化工行業低碳轉型之：實現綠氨經濟性的可行路徑行動建議合成氨行業的低碳發展不僅對于整體化工行業的轉型至關重要，也對其應用場景涉及的多個行業的低碳轉型具有重要意義。一方面，綠氨作為綠氫的重要衍生物，可以通過綠電-綠氫-綠氨的轉化鏈路解決可再生能源的儲運消納問題，助力可再生能源系統與傳統電力系統的耦合；另一方面，作為重要的基礎化學品和能源載體，綠氨的發展將為下游化肥

24、、船運、發電等相關行業提供可行的綠色轉型路徑，從而貢獻于工業、交通、電力等領域的脫碳路徑與前景。由于可再生電力成本高、合成氨連續生產需要與可再生能源發電波動相適應等因素，當前綠氨的生產成本相比傳統路線仍偏高。創新成本分攤機制，并充分發揮技術迭代、政策支持、碳市場以及下游支付溢價等的作用，是綠氨加速實現平價的關鍵?；诖?，本報告從以下三大維度提出行動建議：政策層面：制定綠氨產業發展支持政策并盡快將綠氨納入綠色能源體系，在供給側暢通綠電-綠氫-綠氨鏈路，在消費側培育綠氨在農業、船運、電力等場景中的應用。盡快研判并將綠氨納入綠色能源相關政策體系和戰略中，為綠氨作為新興能源的應用創造有利條件。制定綠氨

25、產業發展支持政策，發揮國內相關上下游產業一體化和應用場景豐富且具一定規模的優勢，堅持以市場化手段優先的方式，引導并推動綠綠氨產業發展。區域和項目規劃強調因地制宜，結合自身工業基礎逐步推進綠電、綠氫、綠氨的部分和高比例替代。新建綠氨項目應盡可能靠近風電光伏基地，為獲得低成本的可再生電力供應創造條件。對于已有的煤制、氣制合成氨裝置，鼓勵綠氫的逐步摻入，實現從灰氨到綠氨的過渡。針對特定應用場景制定支持方案，并確?？鐖鼍罢咩暯?。例如，在關乎糧食安全的農業場景中，初期不應過多強調下游承擔溢價，可以考慮設置適宜的補貼引入機制，以及與技術迭代成本下降相匹配的補貼退出機制，實現從補貼驅動向市場驅動的轉變。對

26、于平價時間較晚但脫碳需求較高的船運場景，需要引導相關方進行長期市場培育，綜合協調政策支持、碳市場和綠色溢價等手段在短、中、長期的協調。行業層面：推動綠氨標準認證體系及其國際互認銜接，共建全球市場，同時積極推進柔性合成氨、分布式合成氨等技術和模式的創新和突破。盡早建立綠氨、綠色化肥、綠色燃料等標準與認證體系，推動其與國際標準的互認和對接，參與并貢獻于全球綠氨市場的形成與發展。促進基于碳減排屬性的差異化市場的形成，提高綠氨產業鏈上下游各利益相關方對綠色溢價的認可度，力爭對綠氨生產和利用過程中實現的碳減排形成市場機制激勵。在技術創新方面，通過推進新型催化劑、低溫低壓合成方法以及柔性工藝等技術的發展，

27、提升綠氨行業整體技術水平，以更好地適應高比例可再生能源供電生產。在模式創新方面，除了傳統的集中式發展模式外，積極探索并因地制宜地實踐分布式綠氨生產模式。企業層面：設定明確的轉型目標和綠氨發展規劃，強化產業鏈協作，錨定早期綠氨下游應用機會。在內部發展規劃方面，開展企業層面和主要工序層級的碳排放摸底，配合行業目標設定自身減碳戰略及目標，積極為納入國家碳市場做好準備。同時，對于現有合成氨產能，通過實施清潔能源替代、開展綠電綠證交易、建設可再生能源發電項目等方式推進低碳轉型，并在人才儲備方面進行配置。對外合作方面，積極與發電企業、氨存儲與運輸、化肥生產企業、港口等 建立早期的合作伙伴關系，通過促成長期

28、承購協議和創新合作模式，推動綠氨產業鏈發展。落基山研究所，石化聯合會氫能專委會，加速化工行業低碳轉型之：實現綠氨經濟性的可行路徑，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.org 2024年12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。石化聯合會氫能專委會北京市朝陽區亞運村街道安慧里四區十六號樓中國化工大廈7層