區(qū)域氫基能源需求分析方法是對(duì)當(dāng)前中國在工業(yè)、交通、電力、建筑4 大領(lǐng)域下各細(xì)分產(chǎn)業(yè)的能源消耗量進(jìn)行分析,結(jié)合該領(lǐng)域未來發(fā)展趨勢及氫基能源滲透率對(duì)相應(yīng)氫基能源需求量進(jìn)行合理預(yù)測。
1.1 工業(yè)領(lǐng)域氫基能源需求
在工業(yè)領(lǐng)域,氫基能源需求主要集中在合成工業(yè)用氨、合成工業(yè)用甲醇、石油化工、冶金還原劑行業(yè)。
氨是多領(lǐng)域的關(guān)鍵原料,約70% 的氨被用于氮肥生產(chǎn),其余則廣泛用于化工、電子等行業(yè)[11]。隨著農(nóng)業(yè)施肥優(yōu)化,化肥用氨需求量減少,但工業(yè)用氨需求量仍持續(xù)增長。未來,工業(yè)用氨需求量可能保持穩(wěn)定,受碳約束影響,綠氫將逐漸替代灰氫成為合成氨的主要原料。 工業(yè)用甲醇是關(guān)鍵有機(jī)化工原料,廣泛應(yīng)用于多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。中國甲醇年產(chǎn)量約為8000 萬t,目前多依賴化石原料制甲醇。綠氫合成工業(yè)用甲醇是化工脫碳的重要途徑,未來其需求有望保持穩(wěn)定。
石油煉制是氫氣消費(fèi)的重要領(lǐng)域,加氫裂化能夠提升油品質(zhì)量,氫需求量增速顯著[12]。同時(shí)石油煉化加氫將逐步轉(zhuǎn)向綠氫替代。
冶金還原劑行業(yè)是碳排放大戶,碳減排難度大,其中鋼鐵冶煉的碳排放量最大[13]。傳統(tǒng)高爐煉鐵的碳排放量高,而綠氫可替代煤炭實(shí)現(xiàn)從源頭降碳。
綜上,工業(yè)領(lǐng)域氫基能源需求分析方法主要為綜合統(tǒng)計(jì)合成工業(yè)用氨、工業(yè)用甲醇、石油化工、冶金還原劑行業(yè)的原料需求,并對(duì)未來工業(yè)減碳需求進(jìn)行一定程度地預(yù)測。
1.2 交通領(lǐng)域氫基能源需求
交通領(lǐng)域氫基能源需求主要集中在公路運(yùn)輸、鐵路及軌道交通、航空、航運(yùn)行業(yè),氫基能源是交通脫碳的關(guān)鍵。
在公路運(yùn)輸行業(yè)中,中國氫燃料電池車的發(fā)展為“先商后乘”,聚焦于客車、重型卡車和物流車,適合中長途及高載重的車輛。甲醇燃料清潔高效,可用于多種車輛 [14]。雖然陸上交通電動(dòng)化加速推進(jìn),但長途重型卡車難以實(shí)現(xiàn)電氣化。
在鐵路及軌道交通行業(yè)中,目前氫動(dòng)力火車在國際上尚處于研發(fā)和試驗(yàn)階段;而在中國高鐵高電氣化率的背景下,氫動(dòng)力火車的需求有限。因此,暫不考慮在鐵路及軌道交通領(lǐng)域的氫基能源需求。
在航空行業(yè)中,綠色航空煤油源自非化石資源,減排效果顯著,發(fā)展此燃料是實(shí)現(xiàn)航空業(yè)減碳的關(guān)鍵。國際上成熟的綠色航空煤油制備工藝包括加氫精制、費(fèi)托合成法,中國清華大學(xué)在綠色航空煤油柔性合成領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展[15]。中國航空業(yè)的煤油年消費(fèi)量大且增長迅速,預(yù)計(jì)未來需求將倍增。
在航運(yùn)業(yè)中,中國航運(yùn)燃油的消費(fèi)量巨大。綠色甲醇發(fā)展?jié)摿Υ螅浔阌趦?chǔ)存,可低成本替代柴油,助力航運(yùn)業(yè)減碳,多國視其為零碳燃料。2024 年4 月,中國首艘、世界最大的綠色甲醇加注船“海港致遠(yuǎn)”號(hào)為靠泊在上海洋山港冠東碼頭的“阿斯特麗德馬士基”輪順利完成首次“船- 船”同步加注作業(yè)。未來,綠色甲醇燃料的加注需求將迎來顯著增長 [16]。
交通領(lǐng)域氫基能源需求分析方法是分析公路運(yùn)輸、航空、航運(yùn)行業(yè)的燃料應(yīng)用需求,并對(duì)未來綠色燃料需求進(jìn)行一定程度地預(yù)測。
1.3 電力領(lǐng)域氫基能源需求
電力領(lǐng)域氫基能源需求主要集中在氣電摻氫、煤電摻氨和燃料電池發(fā)電行業(yè)。
氣電摻氫技術(shù)與燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展緊密相關(guān)。美國通用電氣集團(tuán)已成功運(yùn)行含氫燃料機(jī)組,并計(jì)劃在2030 年前實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈾C(jī)組100% 燒氫,未來燃?xì)廨啓C(jī)100% 摻氫技術(shù)具有可行性[17]。2022 年,國家電力投資集團(tuán)荊門綠動(dòng)公司的荊門燃機(jī)項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)革新。該項(xiàng)目對(duì)在運(yùn)重型燃機(jī)進(jìn)行了改造,使其能夠摻入高達(dá)30% 等體積的氫氣進(jìn)行燃燒供其運(yùn)行,這是中國首次在商業(yè)運(yùn)營的重型燃機(jī)中實(shí)施了高比例的摻氫技術(shù)試驗(yàn)工作[18]。
未來,能源用氨需求將聚焦煤電摻氨領(lǐng)域[19]。煤電在中國電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用。隨著碳約束的逐漸加強(qiáng),煤電摻氨成為除碳捕集與封存外另一種重要的煤電脫碳技術(shù)。2023 年,國家能源集團(tuán)在中國神華廣東臺(tái)山電廠600 MW 煤電機(jī)組上成功實(shí)施了在高負(fù)荷運(yùn)行的工況下煤炭摻氨燃燒技術(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證,該發(fā)電機(jī)組容量居國內(nèi)外同類試驗(yàn)之首。未來,煤電摻氨的比例將快速增長,以保障電力領(lǐng)域“雙碳”目標(biāo)的順利完成。
燃料電池是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,其體積能量密度低,適用于分布式電源 [20]。2024年6 月,中國首個(gè)2 MW 級(jí)氫燃料電池?zé)犭娐?lián)供示范項(xiàng)目在河南能源集團(tuán)開元化工有限公司試運(yùn)行成功。未來,中國燃料電池電站的分布式供電規(guī)模將逐步提高。
電力領(lǐng)域氫基能源需求的分析方法是評(píng)估氣電摻氫、煤電摻氨、燃料電池發(fā)電等應(yīng)用場景的摻混比例需求,并對(duì)未來新型電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。
1.4 建筑領(lǐng)域氫基能源需求
建筑領(lǐng)域氫基能源需求主要集中在供暖( 空間采暖)、供熱( 生活熱水) 和天然氣管網(wǎng)摻氫行業(yè)[21]。
短期內(nèi),氫氣可采用低體積比例摻入天然氣,利用現(xiàn)有管網(wǎng)低成本輸送。從長期來看,氫能將以燃料電池的形式參與建筑分布式供能。2023年,國家管網(wǎng)集團(tuán)成功完成了國內(nèi)首次摻氫天然氣管道泄放噴射火試驗(yàn)及封閉空間泄漏燃爆試驗(yàn),為構(gòu)建自主可控的天然氣長輸管道摻氫輸送技術(shù)體系奠定了堅(jiān)實(shí)的理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。此外,北京海得利茲新技術(shù)有限公司已在北京市大興區(qū)、山東省聊城市的氫能示范區(qū)投產(chǎn)運(yùn)行了若干高溫膜燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)示范項(xiàng)目。
建筑領(lǐng)域氫基能源需求分析方法是評(píng)估建筑供熱需求、天然氣管網(wǎng)摻氫比例需求,并對(duì)未來綠色建筑的發(fā)展規(guī)模進(jìn)行預(yù)測。