薛雨軍：工業(yè)場景中大規(guī)模綠氫應(yīng)用模式

編者按：2023年9月12-14日，以“綠色 持續(xù) 共生 向新”為主題的“第五屆未來能源大會(huì)”在江蘇常州武進(jìn)召開，本次大會(huì)由中國能源研究會(huì)與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì)上，落基山研究所高級咨詢師薛雨軍發(fā)表了《工業(yè)場景中大規(guī)模綠氫應(yīng)用模式》的主旨演講。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

薛雨軍：大家好，我來自落基山，我匯報(bào)的主題是工業(yè)場景中大規(guī)模綠氫應(yīng)用模式的研究。

我們這次的分享主要是四個(gè)部分，上面四塊，一個(gè)是綠氫與工業(yè)低碳轉(zhuǎn)型，綠氫應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性，集群化發(fā)展模式和具體的行動(dòng)建議。

首先是切入一個(gè)主題，工業(yè)的排放到底有多少?左邊可以看到，這個(gè)是全國的排放結(jié)構(gòu)圖，其中可以看到，工業(yè)占比是非常大的。其中范圍1的占比占全國的37%，如果考慮范圍2的話，就是其中電力有一部分的排放，是工業(yè)在應(yīng)用，如果考慮范圍2的排放，可以占到全部的60%以上。其中鋼鐵，黑色金屬為代表的鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈占比是最大的，可以占到工業(yè)整個(gè)排放的39%。所以在國內(nèi)“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)之下，鋼鐵、化工、水泥等重工業(yè)的脫碳重要性和急迫性越來越明顯。

右邊可以看到國家出臺(tái)的政策，從上到下可以分為綱領(lǐng)性政策、工業(yè)領(lǐng)域政策和具體細(xì)分的行業(yè)政策。

這個(gè)圖展示的是一個(gè)棋盤圖，橫的是不同低碳技術(shù)，縱的這邊是展示不同行業(yè)。其實(shí)可以看到，不同的低碳技術(shù)在不同的行業(yè)中的應(yīng)用性是不一樣的，黃色是氫相關(guān)的低碳解決技術(shù)，工業(yè)中氫主要用作原料或者是燃料，具體的形式可以是氫能或者是氫基燃料。工業(yè)中是以直接應(yīng)用氫能為主。比如鋼鐵的直接還原鐵，化工作為熱源和原料，氫在極高溫的條件下是有很大優(yōu)勢的。

下面是我們現(xiàn)階段統(tǒng)計(jì)的國內(nèi)大型綠氫項(xiàng)目圖，這里面只涵蓋了有明確綠氫應(yīng)用場景的項(xiàng)目。其實(shí)可以看到，整個(gè)所有的項(xiàng)目中，左邊是數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，右邊是整個(gè)制氫量的統(tǒng)計(jì)，從數(shù)量來看，工業(yè)，綠色的是占主要，排放的角度，從右邊這個(gè)圖可以看到，綠色的工業(yè)相關(guān)，尤其是重工業(yè)相關(guān)的制氫規(guī)模的占比，也是在綠氫項(xiàng)目中占很大的比例，其中很重要的一塊，就是合成氨，合成氨主要現(xiàn)在發(fā)展趨勢比較好，一方面是得益于合成氨現(xiàn)在在綠氫的應(yīng)用技術(shù)相對比較成熟，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過鋼鐵，因?yàn)殇撹F現(xiàn)在是一個(gè)綠氫應(yīng)用場景培育的過程，可能還是以副產(chǎn)氫為主。另一方面也是得益于政策激勵(lì)下的項(xiàng)目，合成氨項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性的提升，比如說工信部發(fā)布的工業(yè)碳達(dá)峰的實(shí)施指南中，要求大力發(fā)展氨燃料等低碳清潔能源研發(fā)，合成氨的項(xiàng)目現(xiàn)在是比較多的。

下面這個(gè)圖，我們是想從地理上看未來大家都知道的工業(yè)綠氫需求量要增加，未來實(shí)際情況下，綠氫的供給是否和綠氫增加趨勢相匹配。左邊是一個(gè)未來綠氫需求的預(yù)測，這個(gè)其實(shí)更多是一切照舊的場景，如果還是按照這個(gè)趨勢發(fā)展下去的話，左邊可以看到，每個(gè)省的左邊的小柱子是30年，右邊深色的柱子是50年，重工業(yè)的綠氫需求量會(huì)很大的。其中山東等東部省份的綠氫需求量很大，這個(gè)主要是取決于我東部省份的重工業(yè)已有的產(chǎn)能分布情況，以及規(guī)模情況。

右邊是一個(gè)綠氫供給的預(yù)測，這是基于各省光伏資源和風(fēng)電資源的情況，預(yù)計(jì)了30年、50年的制氫潛能情況，可以看到內(nèi)蒙古地區(qū)，未來綠氫的制取潛能是很大的。

這個(gè)延伸到下一個(gè)問題，我制氫的潛能和需求的潛能，其實(shí)在不同的省份之間是否是匹配的，下面這個(gè)圖，是一個(gè)碳排放工業(yè)，重工業(yè)的碳排放，包括鋼鐵、化工、水泥行業(yè)的潛能，以及未來綠氫的潛能的匹配。從左到右，最左邊是重工業(yè)的排放相對比較高的省份，河北、山東、江蘇、遼寧等，而這個(gè)圖是這個(gè)省對應(yīng)的未來綠氫制取潛能，重工業(yè)的排放量和這個(gè)省未來制取的潛能并不完全匹配，比如內(nèi)蒙古綠氫的潛能很大，但是他的工業(yè)產(chǎn)能，并不是很大的省，所以內(nèi)蒙古在重工業(yè)的綠氫消納能力并不是很匹配，內(nèi)蒙古未來會(huì)成為一個(gè)綠氫輸出的大省。

這個(gè)是我們再往下一塊，集群化發(fā)展，主要是解決重工業(yè)用綠氫的三個(gè)年點(diǎn)。一個(gè)是剛才提到的地區(qū)統(tǒng)籌問題，不同省份之間制氫和用氫的潛能是并不完全匹配的。還有一塊是工業(yè)用綠氫相比交通用綠氫等其他應(yīng)用場景比較獨(dú)特的，是規(guī)?；瓦B續(xù)穩(wěn)定性，因?yàn)楣I(yè)的產(chǎn)能規(guī)模比較大，未來做綠氫替代的話，需要的綠氫規(guī)模也相應(yīng)比交通場景大很多。工業(yè)一般說是7天24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，對應(yīng)的綠氫可中斷性會(huì)更差一些。如果要解決重工業(yè)用綠氫的難點(diǎn)，有三個(gè)主要的解決方式，就是綠氫的制儲(chǔ)運(yùn)的應(yīng)用，把制儲(chǔ)運(yùn)的應(yīng)用。這個(gè)集群化的解決方式，本質(zhì)是將綠氫的制儲(chǔ)運(yùn)整個(gè)聯(lián)系起來!與重工業(yè)脫碳的應(yīng)用側(cè)進(jìn)行集合，形成一種集群化的發(fā)展模式。而產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同，是集群化發(fā)展的下一步，也就是說，我需要把綠氫產(chǎn)業(yè)鏈和重工業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈相結(jié)合，兩個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈之間的壁壘要打破，進(jìn)行融合發(fā)展。而重工業(yè)企業(yè)在其中的作用，重工業(yè)企業(yè)需要有更強(qiáng)的主動(dòng)性，傳統(tǒng)上來說，重工業(yè)更多是一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，現(xiàn)在重工業(yè)企業(yè)需要更多的融入到綠氫的供應(yīng)和綠氫的儲(chǔ)運(yùn)方向的解決方案。具體形式可以是內(nèi)部的孵化，或者是與產(chǎn)業(yè)相關(guān)方的合作，其實(shí)最近可以看到，中國石化和隆基股份在上個(gè)月簽訂相關(guān)的合同。重工業(yè)規(guī)劃新產(chǎn)能的時(shí)候，現(xiàn)在可能是用灰氫為主，如果未來用綠氫的話，未來綠氫從哪兒來?這塊也是要在規(guī)劃中需要考慮的問題。

再往下是我們整個(gè)研究思路，我們集群化發(fā)展的考慮因素，規(guī)模性、連續(xù)性和跨區(qū)域調(diào)配，我們和對應(yīng)環(huán)節(jié)進(jìn)行一個(gè)簡單的類比，規(guī)模性是通過制氫的環(huán)節(jié)解決，我制氫的規(guī)模大了，可以制取的綠氫規(guī)模也大了，可以解決工業(yè)用綠氫的規(guī)模性問題。如果連續(xù)穩(wěn)定性，可以通過儲(chǔ)氫，現(xiàn)在高了，可以把多余的氫儲(chǔ)起來，以后需要的時(shí)候再放出來，這可以解決工業(yè)的連續(xù)穩(wěn)定性。再加上跨區(qū)域調(diào)配的話，是運(yùn)氫環(huán)節(jié)為主要的解決方案。以此我們其實(shí)建立了往下的兩個(gè)場景。

一個(gè)是場景1，當(dāng)氫氣的供需在同一個(gè)地方的時(shí)候，我們僅考慮制氫和儲(chǔ)氫的條件下是什么樣的發(fā)展模式。第二個(gè)場景2，制氫和用氫如果不是在一個(gè)地方，是異地制氫的情況，僅考慮制氫和運(yùn)氫的情況是什么樣的場景，這是比較有代表性的場景，實(shí)際可能會(huì)比現(xiàn)在做的場景會(huì)更復(fù)雜一些。

這個(gè)是綠氫的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性，這里會(huì)分為制氫、儲(chǔ)氫和運(yùn)氫。

第一個(gè)制氫環(huán)節(jié)，根據(jù)我們的測算，現(xiàn)在綠氫的成本，在風(fēng)光資源相對比較好的地方可以達(dá)到18元每千克，而這個(gè)成本的構(gòu)成，可能有70%是綠電的成本，未來隨著綠電成本的下降，50年我們可以預(yù)測綠氫的成本達(dá)到7元每千克。同時(shí)又一個(gè)比較重要的不確定性，就是現(xiàn)在綠電并不是穩(wěn)定的，風(fēng)電和光伏是波動(dòng)的，如果要保持工業(yè)用氫的穩(wěn)定性的話，那么綠電是否需要和網(wǎng)電進(jìn)行結(jié)合，沒有綠電的時(shí)候，我們通過網(wǎng)電補(bǔ)給綠電的虧空?，F(xiàn)在2022年的情況，最右邊的這個(gè)地方，綠電和網(wǎng)電穩(wěn)定供應(yīng)的話，現(xiàn)在綠氫，或者說綠電加網(wǎng)電制取的氫氣成本，可能比完全綠電制氫的成本會(huì)有所上升。

下面是一個(gè)儲(chǔ)氫技術(shù)的分享，主要解決的是我的一個(gè)波動(dòng)性的問題，也就是我多制的氫，可以通過儲(chǔ)氫的方式滿足缺氫時(shí)候的使用?？傮w來說，可以分為三部分。一個(gè)是物理儲(chǔ)氫、化學(xué)儲(chǔ)氫，還有一個(gè)是地質(zhì)儲(chǔ)氫。左邊可以看到，不同的儲(chǔ)氫技術(shù)是在不同的應(yīng)用場景中有各自對應(yīng)的適用性。其實(shí)儲(chǔ)氫的場景大致有兩個(gè)主要的維度，一個(gè)是儲(chǔ)氫的周期，還有一個(gè)是儲(chǔ)氫的規(guī)模，這個(gè)周期雖然說，比如說日內(nèi)，現(xiàn)在看儲(chǔ)氫周期是一個(gè)相對比較少的，但是相對電化學(xué)來說，氫儲(chǔ)能的周期還是比電化學(xué)長很多的。總體來說，物理儲(chǔ)氫更適用于短時(shí)期小規(guī)模的儲(chǔ)氫場景，化學(xué)儲(chǔ)氫相對于更大一點(diǎn)，地質(zhì)儲(chǔ)氫可以達(dá)到最大的規(guī)模，但是受限于不同的地質(zhì)條件，比如說巖穴，如果地下沒有巖穴的儲(chǔ)氣庫，是很難應(yīng)用地質(zhì)儲(chǔ)氫的。右邊是一個(gè)經(jīng)濟(jì)性的分析，其實(shí)可以看到，小規(guī)模短周期高壓儲(chǔ)罐和低壓儲(chǔ)罐是比較通用的方式，相對長周期或者相對大規(guī)模，地質(zhì)儲(chǔ)氫是經(jīng)濟(jì)性比較好的。現(xiàn)在已經(jīng)可以看到，歐洲相對比較大的工業(yè)用綠氫項(xiàng)目，都會(huì)考慮配備一些地質(zhì)儲(chǔ)氫，這樣可以降低他們的成本，而且能比較大規(guī)模的進(jìn)行調(diào)峰。

下面是運(yùn)氫側(cè)，我們大致有三個(gè)手段，一個(gè)是長管拖車，液氫罐車和輸氫管道，其中運(yùn)具是很大的變量影響，我們不同的運(yùn)具條件下，運(yùn)氫成本是會(huì)發(fā)生很大的影響。這是一個(gè)相對比較簡化的模型，是一個(gè)相對比較線性的關(guān)系，運(yùn)具比較大的時(shí)候，運(yùn)氫成本會(huì)比較大。在不同的情況下，包括30和50年的時(shí)候，存氫管道都是成本比較低的方式。但是存氫管道很大的一個(gè)問題，就是需要很高的前期投入，前期要投入很大的人力成本、資金成本以及拿地這塊的成本，也是一個(gè)很大的難處。如果沒有辦法確保未來30年的使用周期的情況下，那么其實(shí)長管拖車和液氫罐車，是一個(gè)比較好的方式，可以盡可能的降低我未來管道的擱淺風(fēng)險(xiǎn)。

下面我們匯報(bào)的第三部分，就是集群化發(fā)展模式的部分。這里現(xiàn)在聊到的是場景1，就是本地制氫，我本地制氫本地用，這里盡可能的忽略運(yùn)氫的影響，考慮到的成本結(jié)構(gòu)是制氫成本加上儲(chǔ)氫成本，最終的優(yōu)化目標(biāo)是用氫成本最低，用氫成本是制氫成本加上我的儲(chǔ)氫成本，也就是說的調(diào)峰成本，這里面在這個(gè)場景下，假設(shè)我日內(nèi)的調(diào)峰，日內(nèi)波動(dòng)性的調(diào)峰，是我的儲(chǔ)氫罐，加上網(wǎng)電，調(diào)整日內(nèi)波動(dòng)，季度波動(dòng)是考慮巖穴作為主要的方式。這里選取的案例是以青海為例，青海風(fēng)光資源相對比較好，但是可以看到，其實(shí)我們光伏比例會(huì)對制氫成本以及運(yùn)氫成本有比較大的影響。因?yàn)楣夥m然在青海那塊成本相對比較低一些，但是波動(dòng)性比較大，光伏比例在增加的話，整體的制氫成本是在下降的，但是你所對應(yīng)的儲(chǔ)氫成本是加大的。以此優(yōu)化目標(biāo)，用氫成本最低的話，我們找到了一個(gè)，在這個(gè)模型和假設(shè)下比較好的光伏比例的點(diǎn)，光伏比例的點(diǎn)，在60%的光伏比例，最低成本可以達(dá)到21.6元每千克，這是制氫+儲(chǔ)氫的用氫成本。

再下面是場景2，異地制氫的情況下，我的氫氣不是在用氫省份進(jìn)行制取，我們需要+制氫+運(yùn)氫的兩個(gè)環(huán)節(jié)，盡可能忽略掉儲(chǔ)氫的環(huán)節(jié)，考慮它的用氫。工業(yè)側(cè)拿到這個(gè)氫氣的交付價(jià)格的最優(yōu)化。這塊是以山西為例，對比了一個(gè)本地制氫和異地制氫的交付成本的差異，可以看到其實(shí)其中標(biāo)1的這塊是內(nèi)蒙古制氫，并且通過一個(gè)管道運(yùn)輸，運(yùn)輸?shù)缴轿鞯那闆r，在這種比較優(yōu)化的場景下，我從內(nèi)蒙古制氫，運(yùn)到山西，會(huì)比山西本地制氫的條件更有經(jīng)濟(jì)性。以此看到一個(gè)潛在的運(yùn)氫渠道，從內(nèi)蒙古運(yùn)到山西，交付成本，考慮到內(nèi)蒙古制氫，加上內(nèi)蒙古到山西的運(yùn)氫成本，我們對這個(gè)做了一個(gè)未來的預(yù)測，隨著制氫技術(shù)和成本性的提升，以及運(yùn)氫的規(guī)?；?yīng)導(dǎo)致的成本變化，未來50會(huì)比22年有比較大的成本降幅。

下面可以分享一下零碳工業(yè)集群形成的模式，現(xiàn)在的集群模式除了剛才所聊到的經(jīng)濟(jì)性和場景的研究，其中對應(yīng)的商業(yè)模式也是非常值得分析的。我們大體對國際上的零碳工業(yè)產(chǎn)業(yè)集群的分析，可以分為三塊，工業(yè)產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)，能源資源驅(qū)動(dòng)和基礎(chǔ)設(shè)施驅(qū)動(dòng)，整個(gè)集群是一個(gè)非常龐大的，你要考慮到制儲(chǔ)運(yùn)不同的環(huán)節(jié)，是很龐大的體系，因此很難避免說不產(chǎn)生一個(gè)“先有蛋還是先有雞”的問題，所以說我們需要一個(gè)其中的相關(guān)方，或者其中比較重要的元素，先一步作出更多的表率，帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。其中工業(yè)產(chǎn)業(yè)、能源資源和基礎(chǔ)設(shè)施，是其中非常重要的三元素，其中一個(gè)肯定要先行一步，拉動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈和集群的發(fā)展。

下面的集群發(fā)展要達(dá)到什么目標(biāo)，目前國內(nèi)和國際的產(chǎn)業(yè)集群或者工業(yè)集群比較重要的一個(gè)方向，就是能效提升、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、綠氫應(yīng)用，電氣化和碳捕集。其中對于工業(yè)，尤其是重工業(yè)來講，綠氫應(yīng)用是其中很重要的一個(gè)要達(dá)到的目標(biāo)。我通過規(guī)模化的效應(yīng)提高綠氫應(yīng)用的適用性。再下面是剛才的案例分析，我們這里以英國的Humber工業(yè)集群為例，這是非常典型的工業(yè)產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)的案例，本身所有的集群中，現(xiàn)在規(guī)劃和正在進(jìn)行的項(xiàng)目是 左下角這個(gè)表格，其中可以看到，不同的相關(guān)方是設(shè)立了能源資源側(cè)、工業(yè)產(chǎn)業(yè)側(cè)以及基礎(chǔ)設(shè)施側(cè)，整體一起形成合力，幫助這個(gè)工業(yè)集群進(jìn)行降碳和未來的綠氫應(yīng)用，以及CCUS應(yīng)用分析。這里歸納了四個(gè)可以成功的要素。第一個(gè)是政策支持，應(yīng)該有一個(gè)工業(yè)脫碳挑戰(zhàn)項(xiàng)目，可以給實(shí)際項(xiàng)目提供財(cái)政支持。然后是零碳資源，這個(gè)下面的所有項(xiàng)目是靠兩個(gè)管道把所有的項(xiàng)目串起來，一個(gè)是綠氫管道，這個(gè)前期過渡期可能是藍(lán)氫，或者是氫氣管道，還有一個(gè)是二氧化碳管道，這兩個(gè)是工業(yè)側(cè)比較重要的零碳資源。第三是核心項(xiàng)目，或者是基石項(xiàng)目，這里面有一個(gè)叫做H2H Saltend，它的作用是它可以提供工業(yè)產(chǎn)業(yè)和能源資源的雙重作用，也就是說是一個(gè)化工用氫項(xiàng)目，也可以產(chǎn)生一定的灰氫，是這個(gè)公司進(jìn)行運(yùn)營的，這個(gè)項(xiàng)目其實(shí)很大的解決了我是雞生蛋還是蛋生雞的問題，我先把我這個(gè)東西立在這兒，這樣其他相關(guān)聯(lián)的項(xiàng)目可以在產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)更好的發(fā)展。最后是一個(gè)外部合作，這個(gè)工業(yè)集群是和外部的BP主導(dǎo)的海上CCS項(xiàng)目合作，幫助這個(gè)工業(yè)集群把我產(chǎn)生捕集到的二氧化碳，通過管道的方式運(yùn)輸?shù)胶Ｉ?，進(jìn)行一個(gè)海上的CCUS。

下面是我們一個(gè)美國墨西哥灣的例子，是主要的能源資源和基礎(chǔ)設(shè)施驅(qū)動(dòng)的案例，這個(gè)主要得益于墨西哥灣比較豐富的油氣資源，是有油氣的制氫，現(xiàn)在是藍(lán)氫，之后可以過濾到綠氫，以及天然氣相關(guān)的氣體運(yùn)輸?shù)墓芫W(wǎng)。這個(gè)我們歸納了幾點(diǎn)行動(dòng)建議。

規(guī)劃是盡早規(guī)劃，基建要落實(shí)，擴(kuò)大相關(guān)方的合作，夯實(shí)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)，最后是要注重公平的轉(zhuǎn)型。

最后簡單的介紹一下我們研究所的中國項(xiàng)目，我們研究所是一家全球智庫，專注能源轉(zhuǎn)型相關(guān)的研究，我們研究所中國是致力于推動(dòng)中國的零碳能源轉(zhuǎn)型，助力中國的“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在電力系統(tǒng)脫碳，重工業(yè)脫碳，交通行業(yè)脫碳等方面展開工作。其中工業(yè)方面我們是與企業(yè)、政策相關(guān)方、研究機(jī)構(gòu)和其他行業(yè)的相關(guān)方緊密合作，共同助力鋼鐵、化工、水泥、電解鋁等重工業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)符合氣候目標(biāo)的工業(yè)低碳和零碳轉(zhuǎn)型。

謝謝大家。