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核心观点争论背景
“30-60双碳目标”的提出为绿氢在深度脱碳领域供给了宽阔的市场应用空间,但从当前绿氢产业进展阶段来看,整体处于产业导入阶段,制约绿氢产业规模化进展的核心因素在于制氢本钱。在本篇报告中,我们建立了绿氢的全生命周期生产本钱模型〔LCOH〕,并对绿氢降本路径进展推想及分析。
创之处
目前市场对于绿氢本钱的争论相对简洁且较少,因此我们系统性地建立了绿氢的全生命周期本钱模型,通过对绿氢本钱核心要素〔包括电力本钱、电解槽初始投资本钱CAPEX、固定运维本钱OPEX〕进展拆解及推想,分析了可再生能源电解水制绿氢何时能与灰氢实现平价,并分析了绿氢在各脱碳应用领域的本钱竞争力。
核心结论
到2030年国内绿氢本钱可实现与灰氢平价。到2030年,
/kg。而国内
局部可再生资源优势区域,其度电本钱到2030年将领先于行业平均
-,相应的绿氢本钱将领先实现与灰氢平价。
绿氢的大规模应用或将在2035-2040年实现。近5年绿氢
将领先在供热和重卡行业得以应用;到2030年,绿氢本钱可下探至10-12元/kg,氢能在重型运输领域极已具价格竞争力;2035年后,绿氢或将作为极具竞争力的能源在主流工业领域和交通领域大规模推广应用。
脱碳是推动氢能进展第一驱动力
碳中和推动生产资料向无碳化趋势进展
从工业革命开头,人类活动便前所未有地撼动了地球的自然平衡。碳循环体系首当其冲,碳源和碳汇的平衡不再,引发了世界对全球变暖、海平面上升等后果的思考。℃,依据巴黎协定要求,上升幅度须把握在2℃以内,℃以内。全球变暖超过2℃,或许率将对人类和生态系统造成严峻、普遍和不行逆转影响。℃以内,将更有助于降低极端气候灾难消灭的风险,对于处于热带的进展中国家、岛屿国家及其他脆弱国家和地区来说尤其重要。
纵观能源的进展历史,从最初使用固态的木柴、煤炭,到液态的
石油,直至气态的自然气,不难看出其H/C比提高的趋势和固-液-气形式的渐变过程。木柴的氢碳比在1:3~10之间,煤为1:1,石油为2:1,自然气为4:1。在18世纪中叶至今,氢碳比上升超过6倍。每一次能源的“脱碳”都会推动人类社会的进步和文明程度的提高,可以预见将来随着碳中和的进展,氢在能源中的占比将会连续提高。
中国承诺“双碳目标”,减排时间紧、任务重
高碳模式长期以来是中国能源构造的重要特征。国家统计局数据显示,近几十年来,中国的能源生产、消费集中在化石燃料上。%,煤炭消费达28亿吨标准煤,虽然煤炭在一次能源消费中的占比自2023年以来逐年降低,但其消费量确定值照旧维持在峰值四周,这主要受我国多煤少油缺气的客观能源分布以及工业化进程以来产业构造的布局所影响,形成长期以来以煤炭为首的高碳能源构造特征。
高碳生产经济模式下,中国碳排量位居全球首位。中国从2023
年起就超越美国,成为全球第一大碳排放国家,在全球总量中的占比超过两成。美国能源信息署〔EIA〕的公布的数据显示,。其中前五大碳排放国家为中国、美国、印度、俄罗斯、日本,%、%、%、%、%。中国独占全球近三成份额,这一状态从2023年起连续至今。
碳排放构造上看,电力及工业是我国主要碳排放终端。依据清华气候院数据,,其中与
,%;,%。其中:
能源相关排放主要包括化石燃料燃烧及电力/热力使用,分别从供给端及需求端对其拆解,依据清华气候争论院数据,供给端
煤炭、石油、%、17%、%,需求端〔不计间接排放〕电力、工业、建筑、%、%、%、%。
工业过程排放主要集中于非金属矿物制品〔主要为水泥〕、金属冶炼、化工,依据2023年《中华人民共和国气候变化其次次两年更报告》数据,非金属矿物制品、金属冶炼、%、%、%。
2060年碳中和目标位于2℃℃目标情景之间。估量我国减排分为三个阶段,2023-2030年属于峰值平台期,2030-2035年逐步减排,2035年之后加速减排。基于清华气候院对于我国不怜悯境下CO2排放路径的争论,2030年前碳达峰目标对应于强化政策情景,2060年碳中和目标位于2℃℃目标情景之间。当前由于能源和经济体系惯性,难以快速实现2℃℃情景的减排路径。估量2030年前碳达峰后,再加速向2060年碳中和目标靠近。由于2℃℃情景分别对应于全球2070年、2050年左右碳中和,则2060年碳中和路径将位于2℃℃路径之间:
政策情景〔落实并连续2030年NDC目标的政策情景〕:一次
能源消费到2050年前趋于稳定,约62亿tce。CO2排放2030年左右达峰,2050年下降到约90亿tCO2;
强化政策情景〔“自下而上”强化2030年前NDC情景,不断加大减排力度〕:一次能源消费到2050年约56亿tce。CO2排放
2030年前达峰,2050年下降到约62亿tCO2;
2℃情景〔2050年实现与2℃目标相契合的减排情景〕:一次能源消费到2050年约52亿tce。CO2排放2025年左右达峰,2050年下降到约29亿tCO2,再加上CCS和森林碳汇,净排放约20亿吨;
℃情景〔2050年实现CO2净零碳排放,其他温室气体深度减排〕:一次能源消费到2050年约50亿tce。2025年前达峰,2050年下降到约12亿tCO2,再加上CCS和森林碳汇,根本实现CO2零排放。
碳排构造上,针对能源环节〔工业、电力、交通、建筑〕的减排对实现碳中和目标的关键,其中:
在2℃目标导向下,到2050年,,,,,,比峰值年份下降80%。当前能源相关CO2排放主要来自工业部门和电力部门,各占约40%。不计CCS和碳汇,仍分别占41%和28%。
℃目标导向下,到2050年,全部CO2实现净零排放,电力系统实现负排放。不计CCS和碳汇,,工业和电力各占31%和49%。
碳中和的世界将高度依靠电力供能,电力将成为整个能源系统的
支柱,尤其是风能和太阳能为代表的可再生能源电力。参考清华大学气研院给出的低碳进展战略,在2050年2℃℃目标下,我国电力占终端能源总消费比重将由目前的25%分别提升至55%及68%,意味着以2060年实现碳中和目标,我国电力消费比重将在
2050年超过60%。然而,在某些行业〔如交通运输行业、工业和需要高位热能的应用〕,要想实现深度脱碳化,仅靠电气化可能难以做到,这一挑战可通过产自可再生能源的氢气加以解决,这将使大量可再生能源从电力部门引向终端使用部门。
氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵敏高效、应用场景丰富的能源,与电能同属二次能源,更简洁耦合电能、热能、燃料等多种能源并与电能一起建立互联互通的现代能源网络,可以促进电力与建筑、交通运输和工业之间的互连。以往氢气主要产自化石原料,在低碳能源占据主要地位的将来,氢气可通过可再生能源来制取,从技术上能将大量可再生能源电力转移到很难实现脱碳化的领域:
工业领域:目前在假设干工业产业〔合成氨、甲醇、钢铁冶炼等〕中广泛使用的通过化石燃料生产的氢气,从技术层面上而言可通过可再生能源制氢来替代。此外,氢能凭借灵敏性强的特点,可以成为间歇性工业领域的中高级热能低碳解决方案。
交通运输领域:氢燃料电池汽车作为纯电动汽车的电动化补充解决方案,以绿氢作为燃料,为人们供给与传统燃油车驾驶性能相媲美的低碳出行选择〔可行驶里程、燃料加注时间、低温性能〕。而在
目前纯电动应用受限的领域中〔例如卡车、火车、游轮、航空等〕,氢燃料电池方案可以完善胜任。
建筑领域:通过自然气管网掺氢可实现氢能在建筑领域的深度脱碳,当前我国天然气管道输送技术成熟,中低比例的自然气掺氢已具备实践根底。
绿氢助力交通、工业、建筑领域深度脱碳
依据权威机构中国氢能联盟推想,在2060年碳中和目标下,到
2030年,我国氢气的年需求量将到达3715万吨,在终端能源消费中占比约为5%。到2060年,,在终端能源消费中的占比约为20%。其中,工业领域用氢占比照旧最大,占总需求量的60%,其次分别为交通运输领域、工业原料、工业燃料等。
交通运输领域的氢脱碳
氢燃料电池汽车是氢能在交通运输领域脱碳的主要途径
氢燃料电池汽车〔FCEV,FuelCellElectricVehicle〕是全球汽车动力系统转型升级的重要方向,被认为是将来汽车产业技术竞争的制高点之一,也是我国能源汽车进展战略的重要组成局部。
从反响原理看,氢燃料电池是将氢气与氧气从化学能转为电能的发电装置,排放物仅为水和余热,目前氢燃料电池效率到达50%,假设实现热电联供理论效率可达90%。因此,氢燃料电池汽车能够实现车辆运行阶段的“零排放”、全生命周期“低排放”,是氢能在交通
运输领域脱碳的主要途径。
可再生能源制氢是补全FCEV生命周期零排放的关键。参考《世界氢能与燃料电池汽车产业进展报告2023》对于燃料电池汽车全生命周期温室气体排放分析:在可再生能源比较丰富的地区,利用风电及光伏电解水制氢驱动燃料电池汽车将带来节能和减排优势,可使燃料电池汽车实现生命周期〔WtW——WelltoWheel〕的零温室气体排放和零化石能源消耗。但就目前氢气供给构造而言,国内的氢气主要由化学重整制氢及副产物制氢,制氢阶段照旧伴随大量温室气体排放,可再生能源电解水制氢因本钱问题尚无法支撑氢燃料电池进入交通运输领域实现真正意义上的零排放。
商用车排放占比高,是交运领域重要的减排对象。在碳排放〔CO、
HC〕以及污染物排放〔NOx、PM〕中,由于发动机构造与燃烧方式的不同,商用车〔绝大多数搭载柴油机〕的碳排放水平明显高于乘用车,%,是交运领域碳排放首要减排对象。从我国汽柴油表观消费量以及CO2排放状况来看,我国的交运行业减排工作已取得明显进展,但碳排放水平照旧处于较高位置,仅靠节能减排或者尾气回收明显无法完成碳中和目标。
FCEV是BEV在深度脱碳环节的有效补充,且将领先在重卡领域得到应用
围绕氢燃料电池汽车与纯电动车的争论已经存在数十年,且随着全球各大整车厂商将电动化进展重心转向纯电动汽车,是否应当发
展氢燃料电池汽车的质疑声也越来越大,相比较纯电动汽车而言,氢燃料电池汽车进展缓慢的缘由主要有以下几点:
氢燃料电池汽车购车本钱远高于纯电动汽车,-2倍;
初始加氢本钱高,当前加氢站加氢本钱在50-80元/kg;
加氢站等根底设施匮乏。与密集的加油站及充电桩相比,现有加氢站数量明显缺乏。
为比照氢燃料电池汽车燃油经济性,我们选取了市场典型在售的氢燃料电池汽车、纯电动汽车、传统燃油车,包含乘用车及重卡商用车。通过比照,氢燃料电池汽车由于加氢本钱过高,其能源使用本钱明显高于燃油车及纯电动汽车,为使氢燃料电池汽车具备与燃油车相近的燃油经济性,其终端加氢本钱需至少降到40元/kg以内,假设以当前储运及加注本钱计算〔25元/kg〕,制氢本钱至少需降到15元/kg以下。
氢燃料电池车更适用于重型商用车领域。由于锂电池本身的电能
充放特点,纯电动汽车适合于较短距离行驶的小型和轻型车辆。但锂电池相对氢燃料电池能量密度较低,在商用车领域承受锂电设备,将提高车辆自重,降低重卡等重型商用车长途运输的经济适用性。此外,续航和充电时长方面也会限制重型商用车的运输效率。相比之下,燃料电池车能量密度高,加注燃料便捷、续航里程较高,更加适用于长途、大型、商用车领域,将来有望与纯电动汽车形成互补并
存的格局。
依据规划,到2035年我国氢燃料电池车保有量将达100万辆。依据《》规划,我国将进展氢燃料电池商用车作为整个氢能燃料电池行业的突破口,以客车和城市物流车为切入领域,重点在可再生能源制氢和工业副产氢丰富的区域推广中大型客车、物流车,逐步推广至载重量大、长距离的中重卡、牵引车、港口拖车及乘用车等。到2035年,实现氢燃料电池汽车的大规模推广应用,燃料电池汽车保有量到达100万辆左右,完全把握燃料电池核心关键技术,建立完备的燃料电池材料、部件、系统的制造与生产产业链。
除了大路运输之外,更长远来看,氢气还有可能促进铁路运输、
船运和航空领域的脱碳化:
在铁路领域,阿尔斯通(Alstom)制造的首批氢动力列车正在德国北部进展部署,用于商业效劳,以取代非电气化线路上的柴油列车。这使得系统供给商可避开建筑架空电线带来的高额资本支出。还有其他几个国家〔包括英国、荷兰和奥地利〕也计划在将来几年内实施类似部署。
在船运领域,燃料电池船只在各个局部〔渡轮、穿梭客船等〕正处于示范阶段。监管方面的推动也制造了更快速的进展时机。氢燃料电池还可用于取代目前通常以柴油或燃料油为根底的船载和陆上电源供给,以消退港口的污染物排放〔如NOX、SOX和颗粒物〕,同