能源行業：發展氫能產業助力“雙碳”戰略-220719（55頁）.pdf

1、發展氫能產業助力“雙碳”戰略中國工程院干勇2022年7月19日目錄2一、國內外氫能發展現狀及趨勢二、建設大規模綠氫制備基地，支撐“雙碳”目標實現三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇NBlUcZmUKXmMpPtM9P9RaQsQmMpNnPjMpPrOeRmOtN9PoOuMxNtQmRuOmMoMp 發達國家和地區氫能發展戰略3一、國內外氫能發展現狀及趨勢歐盟：歐洲氫能路線圖指出氫能是歐洲能源轉型的必要元素。能源供給側注重可再生能源和氫能融合互補，能源消費側注重可再生能源制氫綜合利用，特別是天然氣摻氫和車用燃料。德國：德國國家氫能戰略2020指出氫能是德國脫碳戰略的中心組成部分，作為多部門

2、耦合的要素，在無法通過可再生電力脫碳的領域，綠氫和下游產品（P-to-X）為脫碳開辟了新路徑。日本：選擇氫能作為低碳技術創新的重要方向之一，致力于建設“氫能社會”，在替代石油和其他能源方面發揮核心作用，促進能源結構向多元化發展，保障能源安全。美國：在“能源獨立”的前提下，把天然氣作為與可再生能源并重的過渡能源，推動能源結構清潔化。發展氫能和燃料電池技術的目的在于通過迅速興起和發展的氫經濟擴大其在全球能源和技術創新領域的領導地位。p 國際氫能領域快速發展 截至2021年底，全球共有685座加氫站投入運營，分布在33個國家/地區；在2017到2021這過去5年中，全球加氫站保有量從328座增長到6

3、85座，增加了109%，全球氫能產業建設進入快速發展期；截至2021年底，我國建成加氫站255座，共計超過8000輛燃料電池汽車在示范運行。1.00%1.00%3.50%4.50%0.00%1.00%2.00%3.00%4.00%5.00%6.00%7.00%8.00%9.00%10.00%氫能（10%）交通4.5%4.5千萬噸化工原料 3.5%3.5千萬噸工業1%1千萬噸建筑1%1千萬噸20507500萬輛乘用車；500萬輛商用車（15%）（50%）（中國能源統計年鑒）p 保守估計，2050年氫在我國終端能源體系占比約10%，2060年占比將達約15%，成為我國能源戰略的重要組成部分，氫能將

4、納入我國終端能源體系，與電力協同互補，共同成為我國終端能源體系的消費主體，帶動形成十萬億級的新興產業。4一、國內外氫能發展現狀及趨勢5 隨著氫能產業發展中長期規劃的發布，氫能上升到國家能源戰略地位，眾多大型能源企業及上市公司加快布局氫能全產業鏈。目前已有超過三分之一的中央企業布局包括制氫、儲氫、加氫、用氫等全產業鏈，并取得了一批技術研發和示范應用的成果。5一、國內外氫能發展現狀及趨勢p 央企積極布局氫能產業鏈大規模集中煤制氫+CCUS充分發揮國內豐富的煤資源優勢可再生能源電解水制氫靈活高效的低成本“綠氫”解決方案在風電、光伏資源好的地區可大力發展14元/kg的制氫成本在2060年是能夠實現的6

5、一、國內外氫能發展現狀及趨勢p 人類利用氫能的經濟性問題是能夠被解決的！大規模管道輸氫降低輸氫成本氫氣專用管網天然氣管網摻氫氫能應用的技術成熟及規?；茝V技術進步（瓶頸技術突破、系統優化、效率提升）規模效益（原材料成本下降、基礎設施成本攤?。﹑ 在400km里程范圍內，FCEV的成本可以與BEV持平；p 當里程超過400km時，FCEV的長續航優勢得以體現，而BEV充電時間成本顯著增加。FCV數量5千輛2萬輛10萬輛30萬輛90萬輛流量60t/d240t/d1000t/d2700t/d7200t/d管徑DN150DN300DN600DN900DN1400管道運輸氫氣測算原則：以DN300為例，

6、管道及施工價格1km約300萬，100km需設一個增壓站，根據投資折舊與消耗，估算運輸費用為0.7元/kg100km；約為200bar長管拖車運輸費用的10%，液氫運輸費用的50%。7一、國內外氫能發展現狀及趨勢p 人類利用氫能的經濟性問題是能夠被解決的！全球已有近5000公里的氫氣管道（美國：2608km，中國：400km）天然氣管網摻氫成本增加：0.3-0.4美元/kgH2三種全球碳中和情景下的二氧化碳排放量 清潔氫能已成為全球所有碳中和路線的關鍵支柱之一，預計可助力實現全球溫室氣體排放約15%的去碳化；對于氫能的需求量會增長高達7倍（2050年碳中和情景）/4倍（2060年碳中和情景）。

7、三大GS碳中和模型內的全球氫能需求量（Mt H2）高盛，清潔氫革命，2022二、建設大規模綠氫制備基地，支撐“雙碳”目標實現8p 氫能產業綠色發展趨勢 全球總煤炭總消費量77億噸，IEA報告到2050年保留2%，則為1.5億噸；按照我國能源基金會的預測報告，煤電到2050年降低80%，現在每年煤電消耗約20億噸，如果全用煤發電，依然需要4億噸，遠高于IEA的1.5億噸預測；如果80%由氫替代，1kg氫約和5kg煤，則至少需氫6000萬噸l 綜上，替煤發電用氫至少6000萬噸因此我國到2050年總計約需氫氣1.6億噸，占IEA報告預測5億噸的32%注：2020年中國一次能源消費占全球26%全球2

8、億噸氫用于交通，假設中國占比為30%，則約需6000萬噸全球4500萬噸氫用于鋼鐵冶金，假設中國占比為40-50%，則約需2000萬噸；全球5000萬噸氫用于化工,假設中國占比為40%，約2000萬噸我國2050年的1.6億噸綠氫：按8600小時計算，約需要1TW電解槽：考慮50%負荷率，則需2TW，5MW電解槽約需要40萬套若采用堿性電解槽(AEL)產值超過5萬億；若采用質子交換膜電解槽(PEMEL)產值超過7萬億9p 氫儲能助力可再生能源大規模開發二、建設大規模綠氫制備基地，支撐“雙碳”目標實現p 我國零碳情景下裝機及發電量結構預測2030年零碳情景下裝機及發電量結構預測類型裝機量（萬千瓦

9、）發電量（億千瓦時）總計38.6億千瓦11.8萬億千瓦時煤電121960 52226 氣電22000 7621 核電11900 8658 水電40400 15733 風電78600 合計：16.2億千瓦合計占比：41.9%15429 合計：2.5萬億千瓦時合計占比：21.5%光伏83400 9985 光熱3000 726 生物質11000 7622 抽水蓄能12000-非抽蓄儲能2000-2060年零碳情景下裝機及發電量結構預測類型裝機量（萬千瓦）發電量（億千瓦時）總計74.5億千瓦15.7萬億千瓦時煤電46000 14481 氣電21000 5527 核電32900 24405 水電5390

10、0 21130 風電221400 合計：48.1億千瓦合計占比：64.6%44677 合計：7.9萬億千瓦時合計占比：50.2%光伏259565 34144 光熱25000 7323 生物質18000 5313 抽水蓄能19980-非抽蓄儲能47113-碳中和倒逼約束下，新能源將迎跨越式發展“碳達峰碳中和”的必由之路零碳情景下，2060年新能源裝機和發電量占比均超50%，成為電力供應主體。數據來源：國網能源研究院（模型計算）化石能源裝機占比37%非化石能源裝機占比63%化石能源發電量占比51%非化石能源發電量占比49%化石能源裝機占比9%非化石能源裝機占比91%化石能源發電量占比13%非化石能

11、源發電量占比87%2060年風電+光伏發電量較2030年增加5.4萬億千瓦時，可制氫1億噸10二、建設大規模綠氫制備基地，支撐“雙碳”目標實現 可再生能源的波動性和隨機性、發電設備的低抗擾性和弱支撐性，給電網帶來高效消納、安全運行和機制體制三大挑戰。氫儲能具備大規模、長周期等優勢，可實現可再生能源電力時間、空間轉移，有效提升能源供給質量和可再生能源消納利用水平，將成為拓展電能利用、應對可再生能源隨機波動的最佳方式之一。西部地區應該成為綠氫主體供應基地。氫能作為儲能載體的移動式能源和分布式固定能源，將為人類最大限度利用可再生能源提供有力保障 2060年國內風電+光伏裝機48.1億千瓦，發電量7.

12、9萬億千瓦時，若通過氫儲能，不用考慮上網問題，富余發電量可制氫11.5億噸，終端能源消費占比將達約15%。按西部五省占比50%測算，2060年風電+光伏裝機24億千瓦，發電量4萬億千瓦時，若通過氫儲能，不用考慮上網問題，富余發電量可制氫5000萬7500萬噸。11二、建設大規模綠氫制備基地，支撐“雙碳”目標實現010203040506零碳高效能源互聯媒介可儲能豐富的應用場景安全可控最終產物只有水，實現能量轉化的物質閉環電，熱，氣之間轉化的媒介，是在可預見的未來實現跨能源網絡協同優化的唯一途徑可再生能源電解水制氫，實現能源消納與儲存熱值是汽油三倍燃料電池效率 60%雖然氫氣燃燒點能量低，但密度小

13、，易揮發易擴散，擴散系數是汽油的12倍，發生泄漏時迅速向上逃逸并擴散稀釋濃度。交通工業建筑其它交叉的應用網絡，將大幅降低其使用成本p 氫的特點 氫是二次能源，作為能源載體具有顯著的優勢p 氫能產業的主體是綠氫體系和對應裝備，鋰電產業的主體是鋰動力電池12二、建設大規模綠氫制備基地，支撐“雙碳”目標實現p 氫能生產的潛在總市場容量（TAM）可觀全球氫能生產、運輸和儲能的總市場容量TAM（單位：十億美元）氫能生產的潛在總市場容量（TAM）完全有可能在2030年底翻倍增長，從當前的1250億美元提高到本世紀二十年代末的大約2500億美元，至 2050年底更會突破1萬億美元。我國在全球占比按32%計算

14、，則國內氫能生產的潛在總市場容量（TAM）將從當前的2680億元提高到本世紀二十年代末的大約5360億元，至 2050年底更會突破2.14萬億元。高盛，清潔氫革命，202213二、建設大規模綠氫制備基地，支撐“雙碳”目標實現實現碳中和的清潔氫能供應鏈所需要的投資總額及構成 對于氫能產業的投資已開始飛速增長，尤其在技術部署方面最為顯著。聚焦清潔氫能的直接供應鏈，從生產（綠色和藍色氫能的電解槽和CCUS）、儲能、本地配送銷售、輸運和全球貿易等環節的全方面投資來看，估計累計要有5萬億美元的投資總額流入清潔氫能的直接供應鏈當中才能實現碳中和。上述投資只包括清潔氫能直接供應鏈當中的資本性支出投資，并未包

15、含末端市場（工業、運輸、建筑）相關的資本投資或者發電廠利用綠色氫能進行發電所需的相關資本投資。p 清潔氫的大規模開發和利用創造巨大投資機遇高盛，清潔氫革命，202214二、建設大規模綠氫制備基地，支撐“雙碳”目標實現氫能源汽車與電動汽車同屬新能源汽車賽道，具有較高發展共性。電動汽車已經完成了由導入到提速并最終放量的完整市場發展階段。氫能源汽車行業已在“十城千輛”及以獎代補政策下完成了初期導入，將加速進入提速發展階段。節能與新能源汽車技術路線圖2.0：氫燃料電池汽車保有量將分別達到：0.81萬輛（2020年），5萬10萬輛（2025年），80萬100萬輛（2030年），保有量的增長空間達十年百倍

16、。導入階段“十城千輛”政策提速階段補貼政策落地放量階段補貼縮緊市場化運作2009-20122012-20152015-至今產業化發展空白期導入階段“十城千輛”政策補貼政策落地純電動汽車燃料電池汽車電動汽車與氫能源汽車行業發展趨勢對比出處：GGII、中國汽車工業協會我國氫燃料電池汽車階段性發展目標及里程碑出處：中國汽車工程學會節能與新能源汽車技術路線圖2.0151、國內燃料電池汽車進入提速發展階段，燃料電池裝機量快速增長三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇E4Tech數據顯示，2020年全球燃料電池裝機量達到1319.4MW，20182020年CAGR（年復合增長率）為35%；其中交通運輸領域

17、的需求上升尤為明顯。2020年全球交通運輸用燃料電池出貨量為994MW，近五年CAGR達到34.1%，占全球燃料電池出貨量的比例從2015年的38.2%提升至2020年的75.4%。2014-2021全球主要國家氫車銷量2014-2021全球主要國家氫車保有量16中國汽車工業協會三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇!#!#$%&$%&()*()*+,$%&+,$%&-./-./01230123456745674567456789:389:3;=?A?ABCADEFGBCADEFGHIAHIAJ?KLFGMJ?KLFGMNHCCNHCCO OFGMFGM?JDPQ?JDPQO OFRMFRM?

18、JDPQ?JDPQO OFGMFGMD?D?DCBECSCCDCBECSCCTUVTUVWXWXYYFZMFZMFMFMFGMFGMFGMFGMFGMFGMFRMFRMFGMFGMVYVYFMFMFG_FG_aTUbcaTUbcd dXeWfgXeWfghMGhMGRFRFhMMhMMRMRRMRijTUbcVijTUbcVWXeHgWXeHgZkZkZkZZkZZ ZZkFZkFZkZZkZZkRZkRZkhZkhRkZRkZlmlmd d?g?gMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMnopnopFRMMMFRMMMFMMMMFMMMMFMMMMFMMMMhMMMhMMMqrstu

19、3qrstu3O OG_G_O OMMO OMMO ORRO OMMO OZMZMO OMMO OvvO OMMwxrcyzwxrcyzO OZMvRZMvRO ORZRRZRO OR_vR_vCC|_hhhhhhhh=GMGMGMGMv vGMGFGMGF GMGFGMGF GMGFGMGF nnGMGFGMGFR RGMGFGMGFR RGMGFGMGF GMGMGMGM 巴拉德和豐田分別代表在石墨雙極板和金屬雙極板兩個技術路線的國際領先水平；近年來，我國已初步實現質子交換膜燃料電池全產業鏈的國產化，逐步發展到產業規模持續擴張、基礎設施逐步完善的產業化初期階段。我國燃料電池技術水平在性能、

20、壽命方面均取得一定的突破，已接近國際先進水平。17p 國內燃料電池技術水平逐步接近國際先進水平三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇近年來，伴隨優秀國產燃料電池產業鏈企業的崛起，核心材料和關鍵部件國產化、規?；凹夹g水平持續提升，燃料電池的價格快速下降。根據GGII在2021年初的分析，2020年我國燃料電池系統和電堆的價格已經實現20%-50%幅度的下調。隨著國產化進程的加速及規模效應，燃料電池成本下降的趨勢有望持續。18p 燃料電池價格現狀及變化趨勢10000200010006003000200040006000800010000120002019年2022年2025年2025年2050年

21、!#$%&()*+!#$%&()*+元/kW300500高工產業研究院三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇 環保部中國機動車環境管理年報（2018）：2017年我國柴油車占汽車保有量的9.4%，但柴油車氮氧化物（NOX）排放量占排放總量的68.3%；顆粒物排放量占排放總量的99%以上。在一些特殊區域，如港口、碼頭、工業園區等重型柴油車密集的地方，污染物排放問題十分嚴重。柴油貨車的尾氣排放對霧霾顆粒物（PM）貢獻率約77.8%以上。192、優先氫能重卡等商用車，帶動重載長續航氫燃料電池車裝備產業發展三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇1.氫燃料電池車的特點適合長距離、重載量的物流使用；2.港

22、口貨物吞吐量大，柴油車輛數量大且密集使用，若改為氫能重卡，利于集中布局加氫站；3.氫消耗量大，便于建立大型加氫站（比如每天5噸），可有效降低加氫站運營成本，達到示范經濟效益；4.沿海港口地區附近多建有大型鋼鐵企業及聯產焦化企業，副產氫來源有保障，可實現氫源供應的經濟效益；5.港口交通發達，氫源運送進出便利，易于規劃建設氫能輸送管網，進一步降低氫能供應成本，提高氫能綜合利用的經濟效益。在港口地區推廣應用氫能重卡，將使港口從霧霾重災區變為清潔示范區，大大減少霧霾帶的形成20p 物流密集的港口地區尤其適合建立“柴改氫”示范區三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇高盛，清潔氫革命，2022FCEV（燃

23、料電池汽車）的增長可能會明顯加快；到 2030/40 年，FCEV（燃料電池電動汽車）和 EV（電動汽車）合計共占 HDV（重型車輛）總銷量的約 22%/100%?！癡VCI”CI”YYt“t“VV”N”NYY“VVI”NI”NYY VVKIPKIPYY長遠來看，對于重型公路長途運輸，燃料電池汽車更具競爭力，其TCO（總擁有成本）與純電動汽車相當，但優點突出在重量更輕和補充燃料的時間更短。雖然目前這兩種車輛的TCO仍高于傳統的柴油內燃機卡車，技術創新和成本下降將隨著規模經濟的發展而不斷進行，從而將降低這兩種技術的成本。其中FCEV的成本下降速度更快。21重型車輛TCO美元/公里2040年p 氫

24、能重卡總擁有成本將快速下降三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇唐山地區鋼鐵產能超過1億噸，占河北省的55%，占全國的13%，煤炭、鐵礦石及鋼鐵等物品運輸總量6億噸/年，全市煉焦產能約為3600萬噸，可提純氫氣約50億立方米，足夠3萬輛重卡運行。唐山鋼鐵企業大宗貨物運輸情況若實現全部柴改氫，每年可減排（根據河北省環境保護廳河北省機動車污染防治年報2016進行測算）：2016年唐山貨車保有量約13萬輛鐵礦石2億噸焦炭5000萬噸煤1800萬噸鋼鐵企業39家鋼材1.2億噸渣料及其他1億噸一氧化碳（CO）2萬噸占機動車總排放的6.5%碳氫化合物（HC）0.46萬噸占機動車總排放的12%氮氧化物（NO

25、x）2.2萬噸占機動車總排放的36%顆粒物（PM）0.3萬噸占機動車總排放的55%22p 開創氫能重卡時代，優先發展氫能商用物流車三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇p 我國約70%烯烴通過石腦油高溫蒸汽裂解工藝制備，石腦油蒸汽裂解是強吸熱反應，反應溫度達到800，需要大量燃料保證熱量；據測算，我國每年因蒸汽裂解制烯烴排放的CO2約1.1億噸；反應體系碳氫比例不合理，生成大量甲烷副產物，且丙烯產率低，乙/丙烯比例難以調節。p 混合芳烴分離需要加氫、重整、歧化/烷基轉移、異構化等工序，流程長、工藝復雜、能耗高；據測算，我國每年采用該工藝路線生產對二甲苯（PX）排放的CO2約5800萬噸；PX收

26、率低（24%），副產高（苯選擇率40%），需采用貴金屬催化劑。石腦油蒸汽裂解、混合芳烴分離是石油化工行業能耗最大的過程之一綜合能耗0.61 tce/t0.76 tce/t石油石腦油直鏈石腦油環烷基石腦油混合烯烴混合芳烴乙烯、丙烯甲苯、苯對二甲苯油品（汽、煤、柴）高溫水蒸氣裂解750-900貴金屬重整深冷分離-100甲苯歧化、異構化吸附分離中科院大化所233、“雙碳”背景下化工發展新路徑tce：噸標準煤當量石油化工是典型的高能耗化工工程三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇p 煤化工過程中水煤氣變換過程，涉及水蒸氣通過熾熱的煤層反應生成CO與H2，期間會排放大量CO2。p 在煤氣化過程中，需要通

27、過空分過程供給大量O2，同樣需要大量能量消耗。p 據計算，水煤氣變換及凈化過程，CO2排放量占整個煤經合成氣制化學品的69.3%水煤氣變換是煤化工行業主要能耗過程之一CO2排放煤炭煤氣化空氣分離水煤氣變換合成氣甲醇烯烴乙烯、丙烯等O2H2O廢氣釋放氣催化劑結焦烯烴分離尾氣綜合能耗1.6 tce/tCO2排放（69.3%）24p 傳統煤化工過程是典型的高能耗化工工程中科院大化所三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇通過石油化工與煤化工、能源化工與多能融合高效耦合，重點突破烯烴、芳烴、含氧化合物、特種油品和化學品低碳新技術，構建有機融合的工業低碳關鍵技術體系，增強我國大宗（基礎）化學品供給體系的韌

28、性，形成更高效率和更高質量的投入產出關系，有力支撐國家“雙碳”目標實現。石油可再生能源煤炭技術互補協調石腦油甲醇技術互補協調合成氣煤氣化主產CO混合醇/烯/烷烴芳烴烯烴二甲醚甲縮醛特種柴油高碳醇特種蠟油乙酸乙酸甲酯丙烯酸/酯甲氧基乙酸酯短鏈酸/癸烯乙醇精細化學品V/IV類基礎油III類基礎油綠H2綠O2儲能制氫發電25p 工業低碳關鍵技術體系構建中科院大化所三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇油品汽油、柴油、煤油化學品烯烴、芳烴石腦油合成氣甲醇石油煤炭天然氣頁巖氣可燃冰小分子重構大分子剪裁p 石油化工難以直接生產含氧化合物，更適合生產油品，并與煤化工耦合發展p 以合成氣/甲醇為原料的轉化平臺

29、，更適合含氧化合物和特種油品的生產，原子經濟性高，是石油化工和煤化工耦合發展的橋梁26中科院大化所p 石油化工與煤化工高效耦合轉化三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇p 開發出高性能耦合催化劑，突破傳質擴散限制、并實現活性調控，可以將甲醇與石腦油高選擇性轉化為烯烴產品p 設計新型反應工藝，充分發揮強放熱反應和強吸熱反應原位耦合，將大幅提高原料利用率、節能降耗p 缺少工藝放大和中試，缺乏先進催化劑大規模篩選與評價亟需建設智能化、數字化催化劑篩選評價實驗室及中試放大平臺，縮短先進技術產業化周期石腦油甲醇乙烯丙烯強吸熱非催化反應800，甲烷產率14%MTO 800強放熱催化反應工藝過程蒸汽熱解催化

30、裂解甲醇石腦油耦合反應溫度（）820660600甲烷產率（wt%）12.228.842.36強放熱反應和強吸熱反應的耦合 石腦油原料利用率提高10%（甲烷產率4%）能耗降低1/31/227p 甲醇、石腦油耦合制烯烴中科院大化所三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇空氣分離廢渣廢水O2H2O廢氣煤氣化水煤氣變換凈化甲醇合成甲醇制烯烴乙烯、丙烯副產品馳放氣催化劑結焦烯烴分離尾氣燃燒供能燃燒供能再生CO2排放CO2排放28p 傳統煤制甲醇過程中科院大化所可再生能源發電制氫與煤化工過程的耦合三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇空氣分離廢渣廢水O2H2O廢氣煤氣化凈化甲醇合成甲醇制烯烴乙烯、丙烯副產品

31、馳放氣催化劑結焦烯烴分離尾氣燃燒供能燃燒供能再生CO2排放CO儲能電解水O2H2避免高耗能的水煤氣變換過程p 煤氣化過程有效降低空分能耗p 煤炭用量減少近50%p CO2可減排69.3%CO2減排69.3%可再生能源29中科院大化所可再生能源發電制氫與煤化工過程的耦合p 綠氫融合煤制甲醇過程三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇廢渣廢水煤氣化凈化甲醇合成甲醇制烯烴乙烯、丙烯副產品馳放氣催化劑結焦烯烴分離尾氣燃燒供能燃燒供能再生CO2排放主產CO儲能電解水O2H2充足的綠H2和O2，可以促進煤化工CO2零排放，甚至負排放可再生能源外供CO230中科院大化所可再生能源發電制氫與煤化工過程的耦合p

32、綠氫融合煤制甲醇過程三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇化石能源清潔高效開發利用與耦合替代可再生能源多能互補與再生應用天然氣煤炭核能水/風/光地熱/生物質低碳與零碳工業流程再造低碳化智能化多能融合小分子重構耦合大分子剪裁油品化學品鋼鐵水泥有色金屬交通運輸生活用能合成氣甲醇H2儲能CO2清潔燃燒電熱電熱高耗能工業H2電解制氫熱制氫H2電石油31中科院大化所三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇電解水制綠電解水制綠氫氫儲儲氫氫全綠電供全綠電供能能礦礦球球電解電解槽槽爐頂氣爐頂氣處處理及循理及循環環電爐煉電爐煉鋼鋼成品綠成品綠鋼鋼海綿海綿鐵鐵軋軋鋼鋼燃料電燃料電池池應急緩沖電應急緩沖電源源礦料造礦

33、料造球球對比項氫冶金工廠傳統冶金工廠噸鐵原料鐵礦石(球團)1.55 噸鐵礦石1.55噸+焦炭0.5噸+噴吹煤粉0.13噸噸鐵能耗526 kgce/tFe540 kgce/tFe（鐵燒焦）噸材能耗662 kgce/t680 kgce/t(等價)噸鋼CO202 tCO2/tce噸鋼耗電5385 KWh/tce700 KWh/tce短流程氫冶金工廠短流程氫冶金工廠傳統長流程冶金工廠傳統長流程冶金工廠324、“雙碳”背景下冶金發展新路徑三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇綠氫需求量與價格確定 為滿足“雙碳”要求，氫冶煉采用綠氫。從成本與資源情況分析可見，采用風力、光伏電制氫是切實可行的方案。目前國內

34、風力、光伏電價格約為0.35元/kWh，隨著技術的進步，風力、光伏發電的成本有望降到0.15-0.2元/kWh。隨著技術的不斷更新和公司自有折舊資金的投入，可再生能源制氫成本可降至0.7元/Nm3，與化石能源制氫成本相當，達到行業最好水平。從目前情況推斷，未來幾年風力、光伏發電的成本有望降0.2元/kWh以下，風力、光伏電制氫成本降至1.16元/Nm3以下是可能的。后續成本分析成本時綠氫的價格按1.16元/Nm3計算。按全綠氫（90%）冶煉測算，百萬噸級綠氫冶金鋼廠對綠氫的需求量為10萬Nm3/h，消耗指標為750Nm3/t鋼。中國鋼研預測按現有價格高爐煉鐵燃料及還原劑成本總計1292元/t-

35、鐵，電費在0.27元/kwh以下，用純氫價格均可與碳價成本相當。p 百萬噸氫冶金示范項目 氫冶金示范項目 氫價氫量分析33三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇33高壓儲氫液態儲氫固態儲氫有機液體儲氫體積儲氫密度高 能效低 自揮發 絕熱系統復雜 成本高 體積儲氫密度高 能效高 安全性好 加氫站成本低 質量儲氫密度低 技術相對成熟(70 MPa)壓縮能耗高 加氫站成本高 安全性隱患 質量儲氫密度高 能效高 安全性好 低溫催化 含雜質氣體儲氫方式5、抓住固態儲氫帶來的裝備產業發展機遇34三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇固態儲氫從體積儲氫密度、安全性等因素考慮是具有商業化發展前景的儲存方式之一

36、p 固態儲氫有望成為儲氫技術的發展趨勢儲氫方式壓力/MPa溫度/C質量儲氫密度/wt.%體積儲氫密度/kg/m3DOE0.51.2-40606.570車載儲氫DOE（2020年）0.51.2-40605.540氫氣0.101000.09高壓儲氫（35MPa）35203.023.5高壓儲氫（70MPa）70205.540液態氫0.1-25310070LaNi5H60.2-0.8201.5104MgH20.12907.6110Mg2NiH40.12503.694TiFe1501.89635三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇工業副產氫凈化儲氫鎂基固態材料脫硫

37、脫氧高純氫99.999%p 直接充裝p 純化氫氣p 儲存運輸p 更低成本一輛儲運車 1.2噸氫氣36p 固態儲氫 實現工業副產氫凈化儲運一體化p 以固態儲氫為氫源的“電電混動”氫能源汽車將成為新技術發展方向之一第一個“電”是指燃料電池提供的“電”，是動力系統中的主要電源，采用以固態儲氫為氫源的燃料電池，提供穩定工況下的輸出功率；第二個“電”是指儲能電池提供的“電”，是動力系統中次電源，用于車輛啟動和加速等瞬態下所需的大功率。氫燃料電池系統氫燃料電池系統(氫能發動機)儲儲能能電池電池儲氫罐驅動電機驅動電機37三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇儲氫瓶容積1升儲氫質量55g儲氫壓力1MPa續航里

38、程80km38p 以固態儲氫為氫源的燃料電池動力系統有望實現規?；虡I應用 微出行三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇續航測試：600W發電系統2個1升儲氫瓶，48V10Ah，負重75kg，測功機等速續航里程120km爬坡實驗：極限爬坡角度為9，最大爬坡角度為6（車輛行駛637s，爬坡1813m后車速降至5km/h）高溫實驗：車輛最高使用溫度是50，車輛在40、45能夠正常爬坡低溫試驗：-10 啟動，-20 可正常運行39p 以固態儲氫為氫源的燃料電池動力系統有望實現規?；虡I應用 微出行三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇 九號科技：奶瓶車B65H，更換氫瓶猶如牛奶配送一樣簡單，背兩個氫

39、瓶可體驗暢游樂趣 氫電動車落地：100輛/600瓶1000輛/6000瓶10000輛/60000瓶“奶瓶方式”進行氫瓶配送智能換氫站九號科技加盟店換氫服務40三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇堿性電解(AEL)的 KPI編號參數單位2020年2024年2030年1耗電量標稱容量kWh/kg5049482資金成本/(kg/d)1,2501,000800/kW6004804003運維成本/(kg/d)/y5043354熱空轉時間s6030105冷啟動緩沖時間s3,6009003006降解%/1,000h0.120.110.17電流密度A/cm20.60.71.08使用關鍵原材料作為催化劑mg/

40、W0.60.30.0備注：資本成本基于單個公司的 100 MW產量和穩定運行10年的系統壽命。數據來源：Clean Hydrogen Partnership 2021-2027年戰略研究與創新議程5MW電解槽成本：2020年：300萬，2145萬2024年：240萬，1716萬2030年：200萬，1430萬 2030年IEA預測全球總氫2.12億噸，若中國占比30%，則約3900萬噸，按照65%為綠氫、約44%的負荷考慮，約需450GW電解槽，則需5MW約10萬套，產值約1.43萬億；2050年IEA預測全球總氫5億噸，若中國占比32%，則約1.6億噸，按照95%為綠氫、約50%的負荷考慮，

41、約需2TW電解槽，則需5MW約40萬套，產值超過5萬億。6、電解槽需求帶來的裝備產業發展空間巨大41預計2050年AEL價格：$300/kW三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇質子交換膜電解(PEMEL)的 KPI編號參數單位2020年2024年2030年1耗電量標稱容量kWh/kg5552482資金成本/(kg/d)2,1001,5501,000/kW9007005003運維成本/(kg/d)/y4130214熱空轉時間s2115冷啟動緩沖時間s3010106降解%/1,000h0.190.150.127電流密度A/cm22022.438使用關鍵原材料作為催化劑mg/W2.51.250.2

42、55MW電解槽成本：2020年：450萬，3218萬2024年：350萬，2503萬2030年：250萬，1788萬數據來源：Clean Hydrogen Partnership 2021-2027年戰略研究與創新議程 2030年IEA預測全球總氫2.12億噸，若中國占比30%，則約3900萬噸，按照65%為綠氫、約44%的負荷考慮，約需450GW電解槽，則需5MW約10萬套，成本約1.79萬億；2050年IEA預測全球總氫5億噸，若中國占比32%，則約1.6億噸，按照95%為綠氫、約50%的負荷考慮，約需2TW電解槽，則需5MW約40萬套，成本超過7萬億。備注：資本成本基于單個公司的 100

43、 MW產量和穩定運行10年的系統壽命。42預計2050年PEMEL價格：$400/kW三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇6、電解槽需求帶來的裝備產業發展空間巨大 風電及氫能領域：風電用大型軸承、中壓變流器IGCT、PLC控制器等，海上風電輕量化的直流GIS，漂浮式風機一體化仿真校核軟件，風電機組仿真設計軟件等，氫燃氣輪機燃燒器 其他領域：華龍二號堆內構件整體堆芯圍筒鍛件、650超超臨界汽輪機大型高溫鑄鍛件材料開發、沖擊式水力模型試驗臺、高端能源裝備設計/制造/運維一體化軟件、大型核電和水電用大容量發電機斷路器、開關設備智能組件、換流變壓器有載調壓分接開關技術及裝備、柔性輸電系統用干式直流支

44、撐電容器、國產大功率IGCT器件、大容量高性能大梯度避雷器閥片、超、特高壓電氣設備絕緣拉桿用芳綸、聚酯和玻璃纖維等材料、高性能環氧納米復合絕緣材料、基于國產粒料的電容器用高性能聚丙烯薄膜(BOPP)、數字化檢測技術在GIS產品裝配的研究與應用。7、新能源材料及裝備產業43三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇需要發揮政府優勢突破的電力裝備重點產品和技術 研發高效硅基光伏電池技術，高效薄膜光伏電池技術、高效穩定鈣鈦礦電池技術等；重點發展晶硅太陽電池、薄膜太陽電池等關鍵產品，突破太陽能極多晶硅提純技術、高效低成本太陽電池產業化技術、廢棄組件回收技術等關鍵技術。重點突破超高效光伏電池技術。研究基于多

45、激子效應，單線態裂變，中間帶隙等可突破單節光伏電池理論效率極限的新型高效光伏技術。光儲直柔供配電：研究光儲直柔供配電關鍵設備與柔性化技術，建筑光伏一體化技術體系，區域建筑能源系統源網荷儲用技術及裝備。光伏砷化鎵電池世界三大再生能源研究機構之一的德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所（Fraunhofer ISE）使用了一種由砷化鎵（GaAs）制成的薄光伏電池，獲得了68.9的轉化效率，這是迄今為止在光能轉化為電能方面獲得的最高效率。光伏鈣鈦礦電池韓國 以及越南專家研究小組開發的復雜光伏器件四端鈣鈦礦-硅串聯太陽能電池，能夠吸收短波長范圍內的所有太陽光譜，實現了30.09%的功率轉換效率，高于頂部和底部

46、子電池的轉換效率。p 重點建設任務之一：保證光伏產業鏈安全44三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇風電主軸軸承等關鍵材料及零部件依賴進口：一組風電機組中需要偏航軸承1套、變槳軸承3套、主軸軸承1-3套以及發電機軸承3套。其中生產偏航和變槳軸承的技術難度較低、國產化率較高；相反，主軸軸承環節90%以上依賴進口，被舍弗勒、SKF、NTN等國際企業壟斷。工業軟件嚴重受制于人風電行業使用的主流工業設計軟件以及風電專用核心設計軟件，均來自美、德、法等國家，軟件在整個風電產品的設計研發中起著至關重要的作用，屬于“卡脖子”關鍵環節。風電儲存技術薄弱風電外送的手段除了建設超高壓電網外，就是大規模電力儲存技術

47、應用。風電儲存技術路徑多且發展迅速，例如空氣壓縮儲能、電池儲能，飛輪儲能等，但大多數不成熟，成為了制約風電發展的一個重要因素。p 我國風電部分關鍵零部件、工業軟件等環節受制于人45三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇碳纖維供應對外依存度是62%；大絲束產品供給不足造成的！應用市場對外依存度估算是62%，風電與體育嚴重依靠國際市場！中國碳纖維的挑戰技術原絲方面：1.聚合優化及工程；2.紡絲“提束提速”，裝備與油劑國產化；3.原絲包裝-卷繞與箱裝疊絲的國產化；4.原絲與腈綸基礎的融并發展。碳化方面：1.真正大絲束碳化工藝技術的建設與成熟；2.全線裝備的國產化（或正向設計能力）；3.碳化車間工程效

48、率；4.高效低成本氧化碳化工藝及裝備，單位產能能耗及排放量能與國際競爭；2030年 大絲束 中國市場風電用碳纖維：19-20萬噸p 中國碳纖維的挑戰 應用生態鏈46三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇 儲能材料產業鏈上游為石油化工、采礦、冶煉等原材料工業，中游為儲能材料制造，下游為不同的儲能系統的制造，最后為不同的終端儲能產品的應用。p 儲能材料產業鏈47三、氫能為制造業高質量發展帶來新的機遇中國氫能聯盟48國家級氫能產業智庫49氫供應鏈第三方認證機構頒發證書推動氫能綠色發展50氫能領跑者行動關鍵詞關鍵詞關鍵詞關鍵詞合格檢測認證機構測試平臺統一行業評價規范體系51Click Here氫能產業

49、大數據平臺地方數據合作節點從自建和合作兩方面，依托loT和接口技術建立龐大數據庫；建立智能分析模型，AI技術做預測、智能預警分析；對數據做增值服務，外輸出數據接口，共享數據成果。通過各試點城市氫能監管系統的建設，基于“一張藍圖”的規劃思路，對轄區內各部門、企業以及示范應用項目數據資源梳理整合，推動氫能發展規劃-項目建設-示范運營-公共服務全鏈條信息共享應用，服務于地方科學決策和有效監管。氫能產業大數據平臺和地方監管平臺52產業鏈和創新鏈融合發展添加內容添加內容燃料電池示范城市群氫電協同格局氫能貿易氫能產業鏈氫能創新鏈綠色制氫基地綠色化工與氫同行氫能大數據綠色氫能商業化示范氫能技術裝備檢測氫能領

50、跑者53單擊此處添加文本具體內容單擊此處添加文本具體內容單擊此處添加文本具體內容貫徹“碳達峰、碳中和”及“創新驅動”發展戰略，秉承“以賽引資、以賽興業”的辦賽理念，發現和激勵更多優秀創新人才、創新項目以及創新企業，大力推動國家高新區產業協同創新，縱深推進科技創新創業，不斷激發市場主體活力，提升氫能產業化水平。落實氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年），構建高質量產業創新體系。加快集聚人才、技術、資金等創新要素，助推氫能關鍵核心技術攻關，促進科技成果產業化。堅持圍繞產業鏈部署創新鏈，圍繞創新鏈布局產業鏈，助力氫能企業加入“專精特新”發展行列。2022氫能專精特新創業大賽貫徹“碳達峰、碳中和”及“創新驅動”發展戰略落實氫能產業發展中長期規劃助力企業加入“專精特新”行列54謝 謝Thanks發展氫能產業，有力支撐“雙碳”目標實現