202207发展氢能产业助力“双碳”战略

发展氢能产业

助力“双碳”战略2022氢能专精特新创业大赛照塑镇摩复负行动中国重能联盟NE

HIRDE

RLLPNE然半黑系一、国内外氢能发展现状及趋势二、

建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现三

、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇目

录2口发达国家和地区氢能发展战略欧盟：欧洲氢能路线图指出氢能是欧洲能源转型的必要元素。能源供给侧注重可再生能源和氢能融合互补，能源消费侧注重可再生能源制氢综合利用，特别是天然气掺氢和车用燃料。德国：德国国家氢能战略2020指出氢能是德国脱碳战略的中心组成部分，作为多部门耦合的要素，在无法

通过可再生电力脱碳的领域，绿氢和下游产品(P-to-X)

为脱碳开辟了新路径。日本：选择氢能作为低碳技术创新的重要方向之一，致力于建设“氢能社会”,在替代石油和其他能源方面发挥核心作用，促进能源结构向多元化发展，保障能源安全。美国：在“能源独立”的前提下，把天然气作为与可再生能源并重的过渡能源，推动能源结构清洁化。发展

氢能和燃料电池技术的目的在于通过迅速兴起和发展的氢经济扩大其在全球能源和技术创新领域的领导地位。口国际氢能领域快速发展>

截至2021年底，全球共有685座加氢站投入运营，分布在33个国家/地区；>在2017到2021这过去5年中，全球加氢站保有量从328座增长到685座，增加了109%

,全球氢能产业建设进入快速发展期；>

截

至2021年底，我国建成加氢站255座，共计超过8000辆燃料电池汽车在示范运行。一、国内外氢能发展现状及趋势

国工程院CHINESE AcademyofEngineering

3热，5%其他，3%天然气，7%煤，39%电力，22%其他，3%煤和煤制品，4%氢能，10%石油，10%热，8%天然气，13%10.00%9.00%8.00%7.00%6.00%5.00%4.00%3.00%2.00%1.00%0.00%通

4

.

5%4

.

5干万吨4.50%

00万辆乘用车；500万辆商用车(15%)

(50%)工原料3

.

5%3

.

5干万吨3.50%

业

1%

1干万吨电力，52.00%石油，24%1.00%1.00%氢

能

(

1

0

%

)筑1%

1千万吨42016(

中

国

能源

统

计

年

鉴

)2050我国能源战略的重要组成部分，氢能将纳入我国终端能源体系，与电力协同互补，共同成为我国终端能源体系的消费主体，带动形成十万亿级的新兴产业。一

、国内外氢能发展现状及趋势口

保

守估

计

，2050年氢在我国终端能源体系占比约10

%,206中国工程院CHINESEAcademy

of

Engineering0

年占比将达约1

5

%

,

成

为>随着氢能产业发展中长期规划的发布，氢能上升到国家能源战略地位，

众多大型能源企业及上市公司加快布局氢能全产业链。>目前已有超过三分之一的中央企业布局包括制氢、储氢、加氢、用氢等全产业链，并取得了一批技术研发和示范应用的成果。一、国内外氢能发展现状及趋势

国工程院CHINESE AcademyofEngineering

国家能源集团

CHN

ENERGYCNPC

中国石油东风汽车集团有限公司DONGFENG

MOTOR

CORPORATION中国华电CHDCSGC

中国船舶集团有限公司中国东方电气集团有限公司DONGFANG

ELECTRIC

CORPORATION口央企积极布局氢能产业链中国能源建设股份有限公司CHIMAENFRGYENOIMEFRINACORPORATIOM

LIMITED国家电投

SPIC中国中车

CRRC中国华能CHINA

HUANENG車chSTATESEUHDNGCORFCRAHONUHD5USD/kgH₂kgco/kgH可再生能源电解水制氢灵活高效的低成本“绿氢”解决方案大规模集中煤制氢+CCUS充分发挥国内丰富的煤资源优势Source:IEA2019.All

rights

reserved.

■WindSolar■

Electrolyser在风电、光伏资源好的地区可大力发展口人类利用氢能的经济性问题是能够被解决的!一、国内外氢能发展现状及趋势中国工程院CHINESEAcademyofEngineeringSource:IEA2019.Allrights

reserved.■燃

料

成

本■

运

营

成

本■

资

本

支

出

●CO2密度USD/kgH₂6乘用车总拥有成本口合成燃料(空气收集)口

基础设施利用率■电力、燃料

■运营和维护■电池、燃料电池Source:IEA2019.Allrights

reserved.口在400km里程范围内

，FCEV

的成本可以与BEV持平；口当里程超过400km时

，FCEV

的长续航优势得以体现，而

BEV

充电时间成本显著增加。FCV数量5干辆2万辆10万辆30万辆

90万辆流量管径60t/dDN150240t/dDN3001000t/d2700t/d7200t/dDN600DN900

DN1400管道运输氢气测算原则：以DN300为例，管道及施工价

格1km约300万，100km需设一个增压站，根据投资折旧与消耗，估算运输费用为0.7元/kg·100km;约为200bar长管拖车运输费用的10%,液氢运输费用的50%。氢能应用的技术成熟及规模化推广技术进步(瓶颈技术突破、系统优化、效率提升…)规模效益(原材料成本下降、基础设施成本摊薄…)一、国内外氢能发展现状及趋势口人类利用氢能的经济性问题是能够被解决的!大规模管道输氢降低输氢成本氢气专用管网天然气管网掺氢…·

全球已有近5000公里的氢气管道(美国：2608km,

中国：400km)·天然气管网掺氢成本增加：0.3-0.4美元/kgH₂中国工程院CHINESEAcademyofEngineering口

合成燃料(最佳情况)■加氢、充电基础设施总拥有成本(uso/km)7Tlr

te-Hl

DVs

(trucks,incl

buses)■Transport-Shipping■Gridbiending(heatingindustrial&buildings)spo&Stranon二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现

国工程院CHINESE

Academyof

Engineering

>清洁氢能已成为全球所有碳中和路线的关键支柱之一，预计可助力实现全球温室气体排放约15%的去碳化；>

对

于氢能的需求量会增长高达7倍(2050年碳中和情景)/4倍(2060年碳中和情景)。三种全球碳中和情景下的二氧化碳排放量

三大GS

碳中和模型内的全球氢能需求量(Mt

H₂)高盛，清洁氢革命，2022

8口氢能产业绿色发展趋势Methanol■Transport-LDVs■Transport

-RailTransport-Aviation■Power

generationGs

global

carbon

neutraliymodels-

C02

emissionsGlobal

hydrogen

demand

(Mt

H2)(Mtco2eq)全球2亿吨氢用于交通，假设中国占比为30%,则约需6000万吨全球4500万吨氢用于钢铁冶金，假设中国占比为40-50%,则约需2000万吨

；全球5000万吨氢用于化工，假设中国占比为40

%

,

约2000万吨因

此我国到2050年总计约需氢气1

.6亿吨

，占IEA

报

告

预测

5亿

吨

的

3

2

%我国2050年的1.6亿吨绿氢：按8600小时计算，约需要1TW电解槽：考虑50%负荷率，

则需2TW,5MW

电解槽约需要40万套若采用碱性电解槽(AEL)产值超过¥5万亿

；若采用质子交换膜电解槽(PEMEL

)产值超过¥7万亿>全球总煤炭总消费量77亿吨，

IEA报告到2050年保留2%,则为1.5亿吨；>按照我国能源基金会的预测报告，

煤电到2050年降低80%

,现在每年煤电消耗约20亿吨，如果全用煤发电，

依然需要4亿吨，远高于IEA的1.5亿吨预测；>如果80%由氢替代，1kg氢约和5kg煤，则至少需氢6000万吨●综上，替煤发电用氢至少6000万吨二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现

中国工程院CHINESE AcademyofEngineering

□氢储能助力可再生能源大规模开发注：2020年中国一次能源消费占全球26%9碳中和倒逼约束下，新能源将迎跨越式发展

“碳达峰碳中和”的必由之路2030年零碳情景下装机及发电量结构预测类型装机量(万千瓦)发电量(亿千瓦时)总计38.6亿千瓦11.8万亿千瓦时煤电气电核电水电121960

化石能源装机占比37%22000

非化石能源装机占比63%

119004040052226化石能源发电量占比51%7621

非化石能源发电量占比49%

865815733风电光伏7860083400合计：16.2亿千瓦合计占比：41.9%154299985合计：2.5万亿千瓦时合计占比21.5%光热生物质抽水蓄能非抽蓄储能30001100012000200072676222060年零碳情景下装机及发电量结构预测类型装机量(万千瓦)发电量(亿千瓦时)总计74.5亿千瓦15.7万亿千瓦时煤电气电核电水电46000210003290053900化石能源装机占比9%非化石能源装机占比91%1448155272440521130化石能源发电量占比13%非化石能源发电量占比87%风电光伏221400259565合计：48.1亿千瓦合计占比：64.6%4467734144合计：7.9万亿千瓦时合计占比：

50.2%光热生物质抽水蓄能非抽蓄储能250001800019980471137323

2060年风电+光伏发电量较

53132030年增加5.4万亿千瓦时，可制氢1亿吨二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现

中国工程院CHINESE Academy

of

Engineering 零碳情景下，2060年新能源装机和发电量占比均超50%,

成为电力供应主体。口我国零碳情景下装机及发电量结构预测数据来源：国网能源研究院(模型计算)10>

2060年国内风电+光伏装机48.1亿千瓦，发电量7.9万亿千瓦时，若通过氢储能，不用考虑上网问题，富余发电量可制氢1~1.5亿吨，终端能源消费占比将达约15%。>

按西部五省占比50%测算，

2060年风电+光伏装机24亿千瓦，发电量4万亿千瓦时，若通过氢储能，不用考虑上网问题，富余发电量可制氢5000万~7500万吨。和机制体制三大挑战。>

氢储能具备大规模、长周期等优势，可实现可再生能源电力时间、空间转移，有效提升能源供给质量

和可再生能源消纳利用水平，将成为拓展电能利用、

应对可再生能源随机波动的最佳方式之一。西部地区应该成为绿氢主体供应基地。氢能作为储能载体的移动式能源和分布式固定能源，将为人类最大限度利用可再生能源提供有力保障二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现>

可再生能源的波动性和随机性、发电设备的低抗扰性和弱支撑性，

给电网带来高效消纳、安全运行中国工程院CHINESEAcademyofEngineering功率级别储能时间级别口

氢的特点

——氢是二次能源，作为能源载体具有显著的优势口氢能产业的主体是绿氢体系和对应装备，锂电产业的主体是锂动力电池零碳最终产物只有水，实现

能量转化的物质闭环05丰富的应用场景06燃烧极限

(%)爆炸极限

(%)燃烧点能量

(MJ)汽油

天然气4-7418.3-590.021.4-7.61.1-3.30.25.3-155.7-140.29安全可控二、

建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现03能源互联

媒介虽然氢气燃烧点能量低，但密度小，易挥发易扩散，扩散系数

是汽油的12倍，发生泄漏时迅速向上逃逸并扩散稀释浓度。

Academy

of

Engineering

电，热，气之间转化的媒介，是

在可预见的未来实现跨能源网络

协同优化的唯一途径可再生能源电解水制氢，

实现能源消纳与储存交叉的应用网络，将大幅降低其使用成本热值是汽油三倍燃料电池效率60%国工程院CHINESE工业建筑

其它01氢12>氢能生产的潜在总市场容量(TAM)完全有可能在2030年底翻倍增长，从当前的1250亿美元提高到本世纪二十年代末的大约2500亿美元，至

2050年底更会突破1万亿美元。>

我

国在全球占比按32%计算，则国内氢能生产的潜在总市场容量(TAM)

将从当前的¥2680亿元提高到本世纪二十年代末的大约¥5360亿元，至

2050年底更会突破¥2.14万亿元。高盛，清洁氢革命，2022■Hydrogen

production

Local

distribution

Storage

International

transport二、

建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现

中国工程院CHINESE Academy

of

Engineering 口氢能生产的潜在总市场容量

(TAM)

可观TAM

for

hydrogen

(incl

production,storage

and

transport)nbssu13▲对于氢能产业的投资已开始飞速增长，尤

其在技术部署方面最为显著。聚焦清洁氢

能的直接供应链，从生产(绿色和蓝色氢

能的电解槽和CCUS

)、储能、本地配送

销售、输运和全球贸易等环节的全方面投

资来看，估计累计要有5万亿美元的投资

总额流入清洁氢能的直接供应链当中才能

实现碳中和。4上述投资只包括清洁氢能直接供应链当中的资本性支出投资，并未包含末端市场(工业、运输、建筑)相关的资本投资或者发电厂利用绿色氢能进行发电所需的相

关资本投资。Transportandglobal

trade,$961Electrolysers,

$1,669Storage,$414

US$5.0

trillioncumulativeinvestmentsonthedirectcleanhydrogensupplychainLocaldistribution,$638CCUS,$1,264二、建设大规模绿氢制备基地，支撑“双碳”目标实现口清洁氢的大规模开发和利用创造巨大投资机遇高盛，清洁氢革命，2022

14实现碳中和的清洁氢能供应链所需要的投资总额及构成中国工程院CHINESEAcademy

of

Engineering燃料电池混合动力成熟

商用车市场启动，保有量8000-10000辆基于现有储存加注技术，各城

市因地制直，经济辐射半径

150km

左右，运行5-10万辆燃科电池发动机：冷启动温度≤-30℃最高效率=45%(乘用车】≥50%(商用车)质量功率密度≥450W/kg(乘用车)≥300W/kg

(商用车)体积功率密度≥400W/L(乘用车)寿命≥5000h

(乘用车)≥10000h

(商用车)燃料电池发动机：冷启动温度≤-40℃最高效率≥50%(乘用车)≥60%(商用车)质量功率密度≥400Wkg(商用车)体积功率密度=600WL

(乘用车)寿命≥6000h(乘用车)≥20000h(商用车)1、国内燃料电池汽车进入提速发展阶段，燃料电池装机量快速增长>氢能源汽车与电动汽车同属新能源汽车赛道，具有较高发展共性。电动汽车已经完成了由导入到提速并最终放量的完整市场发展阶段。氢能源汽车行业已在“十城千辆”及以奖代补政策下完成了初期导入，将加速进入提速发展阶段。>

《节能与新能源汽车技术路线图2.0》:氢燃料电池汽车保有量将分别达到：0

.8~1万辆(2020年),5万~10万辆2012

2009

导入阶段-“十城干辆”政策产业化发展

空白期2015

提速阶段补贴政策落地导

入

阶

段“十城千辆”政策

补贴政策落地--纯电动汽车

燃料电池汽车电动汽车与氢能源汽车行业发展趋势对比

出处：GGII、中国汽车工业协会-2102三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

国工程院CHINESE AcademyofEngineering

突破新一代储运技术，突破加氢站数量瓶颈，城市间联网跨

域运行，保有量80万-100万辆左在燃料电池发动机：冷启动温度≤-40℃最高效率≥55%(乘用车)≥60%(商用车)寿命≥8000h(乘用车)≥30000h(商用车)车载储氢：=1.2kWhL2020

2025

2030我国氢燃料电池汽车阶段性发展目标及里程碑出处：中国汽车工程学会《节能与新能源汽车技术路线图2.0》(2025年),80万~100万辆(2030年),保有量的增长空间达十年百倍。放量阶段补贴缩紧市

场化运作≥550W/kg

(乘用车)20

15-

至今15E4Tech数据显示，2020年全球燃料电池装机量达到1319.4MW,

2018~2020

年C

AGR

(年复合增长率)为35%

;其中交通运输领域的需求上升尤为明显。2020年全球交通运输用燃料电池

出货量为994MW

,

近五年CAGR达到34.1%,占全球燃料电池出货量的比例从2015年的38.2%

提升至2020年的75.4%。2014-2021全球主要国家氢车销量2014-2021全球主要国家氢车保有量中国汽车工业协会

16三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

Academy

of

Engineering

中国工程院CHINESE生产商

巴拉德上海重塑

维柴巴拉德

亿华通

江苏清能

大连新源

大连新源

或肿氢能

率田型号

HPS

PRISA12

LCS

YHT8120VLII-120

HM10D-150

HY1OD-120

H

MIRAI

I功

率

(

M

)

140

130

120

120

120

150

120(峰值)

160

128质量功率密度(/Kg)

702

561

700

505体积功率去度(K/L

4.3

4.4

44.14.44.5

4.7

5.4寿命(HD

30000

30000

30000

未公布

15000

10000

10000

7000低温启动性能C°

-28

-30

-30

-35-30-40

-30

-39

-30工作温度区间C°

-40~95

-35~45

-35~89IP防护等级

68

67

67

67

67双极板类型

石量

石量

石量

石量

石量

金属

金属

金属

金属上市日期

2020年9月

2021年6月

2021年6月

2021年6月

未知

2021年5月

2021年5月

2021年6月

2020年库>巴

拉

德和丰田分别代表在石墨双极板和金属双极板两个技术路线的国际领先水平；>

近

年

来

，我国已初步实现质子交换膜燃料电池全产业链的国产化，逐步发展到产业规模持续扩张、基础设施逐步完善的产业化初期阶段。我国燃料电池技术水平在性能、寿命方面均取得一定的突破，已接近国际先进水平。三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

国工程院CHINESE

AcademyofEngineering

口国内燃料电池技术水平逐步接近国际先进水平17高工产业研究院

18口燃料电池价格现状及变化趋势近年来，伴随优秀国产燃料电池产业链企业的崛起，

核心材料和关键部件国产化、规模化及技术水平持续提

升

，燃料电池的价格快速下降。根据GGI

在2021年初的分析，2020年我国燃料电池系统和电堆的价格已经实现20%-50%幅度的下调。随着国产化进程的加速及规模效应，燃料电池成本下降的趋势有望持续。三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

Academy

of

Engineering

元/kW

燃料电池系统价格趋势图中国工程院CHINESE2、

优先氢能重卡等商用车，带动重载长续航氢燃料电池车装备产业发展>环保部《中国机动车环境管理年报(2018)》:2017年我国柴油车占汽车保有量的9

.4%,但柴油车氮氧化物

(NOx)排放量占排放总量的68.3%;颗粒物排放

量占排放总量的99%以上。>在一些特殊区域，如港口、码头、工业园区等重型柴油车密集的地方，污染物排放问题十分严重。柴油货车的尾气排放对雾霾颗粒物(PM)

贡献率约77.8%以上。三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

Academyof

Engineering

中国工程院CHINESE19口物流密集的港口地区尤其适合建立“柴改氢”

示范区1.

氢燃料电池车的特点适合长距离、重载量的物流使用；2.

港口货物吞吐量大，柴油车辆数量大且密集使用，若改为氢能重卡，利于集中布局加氢站；3.

氢消耗量大，便于建立大型加氢站(比如每天5吨),可有效降低加氢站运营成本，达到示范经济效益；4.

沿海港口地区附近多建有大型钢铁企业及联产焦化企业，副产氢来源有保障，可实现氢源供应的经济效益；5.

港口交通发达

，氢源运送进出便利，易于规划建设氢能输送管网，进一步降低氢能供应成本，提高氢能综合利用的经济效益。在港口地区推广应用氢能重卡，将使港口从雾霾重灾区变为清洁示范区，大大减少雾霾带的形成三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

国工程院CHINESE

AcademyofEngineering

20口氢能重卡总拥有成本将快速下降>长远来看，对于重型公路长途运输，燃料电池汽车更具竞争力，其TCO(总拥有成本)与纯电动汽车相当，但优点突出在重量更轻和补充燃料的时间更短。>虽然目前这两种车辆的TCO

仍高于传统的柴油内燃机卡车，技术创新和成本下降将随着规模经济的发展而不断进行，从而将降低这两种技术的成本。其

中FCEV的成本下降速度更快。三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

中国工程院CHINESE

AcademyofEngineering

FCEV(燃料电池汽车)的增长可能会明显加快；到

2030/40年，FCEV(燃料电池电动汽车)和

EV

(电动汽车)合计共占

HDV

(重型车辆)总销量的约22%/100%。内燃机汽车

(ICE)、纯电动汽车(BEV)和燃料电池汽车

(FCEV)

的总拥有成本(TCO)

对比高盛，清洁氢革命，2022··重型车辆TCO21若实现全部柴改氢，每年可减排(根据河北省环境保护厅《河北省机动车污染防治年报2016》进行测算):·

一

氧化碳

(CO)·

碳氢化合物

(HC)·

氮氧化物

(NOx)

·

颗粒物(PM)2万吨0.46万吨2.2万吨0.3万吨占机动车总排放的6.5%占机动车总排放的12%占机动车总排放的36%占机动车总排放的55%铁矿石2亿吨焦炭5000万吨渣料及其他煤1800万吨唐山地区钢铁产能超过1亿吨

，占河北省的55%,占全国的13%,煤炭、铁矿石及钢铁等物品运输总量6亿吨/年，全市炼焦产能约为3600万吨，可提纯氢气约50亿立方米，足够3万辆重卡运行。三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇口开创氢能重卡时代，优先发展氢能商用物流车唐山钢铁企业大宗货物运输情况

Academy

of

Engineering

2016年唐山货车保有量约13万辆国工程院CHINESE钢铁企业

39家钢材1.2亿吨1亿吨22油品(汽、煤、柴)高温水蒸气裂解直链石脑油石脑油贵金属重整环烷基石脑油石油化工是典型的高能耗化工工程吸附分离口

我国约70%烯烃通过石脑油高温蒸汽裂解工艺制备，石脑油蒸汽裂解是强吸热反应，反应温度达到800℃,需要大量燃料保证热量；据测算，

我国每年因蒸汽裂解制烯烃排放的CO₂约1.1亿吨；反应体系碳氢比例不合理，生成大量甲烷副产物，且丙烯产率

低，乙/丙烯比例难以调节。口

混

合芳烃分离需要加氢、重整、歧化/烷基转移、异构化等工序，

流程长、工艺复杂、能耗高；据测算，我国每年采用该工艺路线生产对二甲苯

(PX)排放的CO₂约5800万吨；PX

收率低(~24%),副产高(苯选择率40%),需采用贵金属催化剂。石脑油蒸汽裂解、混合芳烃分离是石油化工行业能耗最大的过程之一三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

中国工程院CHINESE Academy

of

Engineering 中科院大化所

233、

“双碳”背景下化工发展新路径tce:吨标准煤当量0.76tce/t甲苯、苯对二甲苯深冷分离<-100℃甲苯歧化、异构化0.61tce/t乙烯、丙烯综合能耗混合烯烃混合芳烃750-900℃石油CO₂

排

放

CO₂排放(69.3%)口煤化工过程中水煤气变换过程

，涉及水蒸气通过炽热的煤层反应生成CO与H₂,期间会排放大量CO₂。口在煤气化过程中，需要通过空分过程供给大量O₂,

同样需要大量能量消耗。口

据

计

算

，水煤气变换及净化过程，CO₂

排放量占整个煤经合成气制化学品的69.3%三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

Academy

of

Engineering

口传统煤化工过程是典型的高能耗化工工程水煤气变换是煤化工行业主要能耗过程之一乙烯、丙烯等烯烃分离尾气空气分离H₂O综合能耗1.6tce/t中国工程院CHINESE烯烃催化水煤气变换煤气化合成气中科院大化所煤炭释放气甲醇废气24口工业低碳关键技术体系构建通过石油化工与煤化工、能源化工与多能融合高效耦合，重点突破烯烃、芳烃、含氧化合物、特种油品和化学品低碳新技术，构建有机融合的工业低碳关键技术体系，

增强我国大宗(基础)化学品供给体系的韧性，形成更高效率和更高质量的投入产出关系，有力支撑国家“双碳”目标实现。乙酸乙酸甲酯丙烯酸/酯甲氧基乙酸酯短链酸/a癸烯芳烃烯烃二甲醚甲缩醛特种柴油高碳醇特种蜡油三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

Academy

of

Engineering

V/IV类基础油Ⅲ类基础油25主产CO合成气绿H₂技术煤炭

可再生能源煤气化绿O₂十

甲醇技术石油中国工程院CHINESE互补协调

互补协调混合醇/烯/烷烃精细化学品中科院大化所石脑油乙醇储能制氢发电口石油化工难以直接生产含氧化合物，更适合生产油品，并与煤化工耦合发展口

以合成气/甲醇为原料的转化平台，更适合含氧化合物和特种油品的生产，原子经济性高，是石油化工和煤化工耦合发展的桥梁中科院大化所

26三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇口石油化工与煤化工高效耦合转化油品汽油、柴油、煤油化学品烯烃、芳烃中国工程院CHINESEAcademyofEngineering天然气

页岩气

可燃冰石脑油合成气小分子重构大分子剪裁甲醇煤

炭石

油口开发出高性能耦合催化剂，突破传质扩散限制、并实现活性调控，可以将甲醇与石脑油高选择性转化为烯烃产品口设计新型反应工艺，充分发挥强放热反应和强吸热反应原位耦合，将大幅提高原料利用率、节能降耗口

缺少工艺放大和中试，缺乏先进催化剂大规模筛选与评价亟需建设智能化、数字化催化剂筛选评价实验室及中试放大平台，缩短先进技术产业化周期强吸热>800℃,甲烷产率~14%石脑油非催化反应强放

热

MTO～800℃催化反应工艺过程蒸汽热解催化裂解甲醇石脑油耦合反应温度(℃)820660600甲烷产率(wt%)12.228.842.36强放

热反应和强吸

热反应的耦

合>

石脑油原料利用率提高10%(甲烷产率<4%)>

能耗降低1/3~1/2三

、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇中科院大化所

27

Academy

of

Engineering

口甲醇、石脑油耦合制烯烃中国工程院CHINESE乙烯丙烯甲醇可再生能源发电制氢与煤化工过程的耦合中科院大化所

28三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇烯烃分离尾气燃烧

供能催化剂结焦再生

Academy

of

Engineering

驰放气燃烧

供能口传统煤制甲醇过程乙烯、丙烯副产品H₂OO₂煤气化甲醇合成

甲醇制烯烃中国工程院CHINESECO₂

排放废渣废水水煤气变换空气分离CO₂排放废

气净化三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

中国工程院CHINESE

AcademyofEngineering

避

免高耗能的水煤气变换过程口

煤气化过程有效降低空分能耗口

煤炭用量减少近50%口

CO₂

可减排69.3%甲醇合成

甲醇制烯烃CO₂减排69.3%可再生能源发电制氢与煤化工过程的耦合电解水H₂OO₂中科院大化所

催化剂结焦再生口绿氢融合煤制甲醇过程驰放气燃烧

供能储能空气分离乙烯、丙烯副产品H₂净化烯烃分离尾气O₂煤气化废渣废水燃烧

供能CO₂

排放废气可再生能源CO29CO₂

排放可再生能源发电制氢与煤化工过程的耦合中科院大化所充足的绿H₂

和O₂

,可以促进煤化工CO₂

零排放，甚至负排放三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇H₂主产CO净化电解水O₂煤气化废渣废水外供CO₂

Academy

of

Engineering

催化剂结焦再生口绿氢融合煤制甲醇过程驰放气燃烧

供能乙烯、丙烯副产品甲醇合成

甲醇制烯烃烯烃分离尾气中国工程院CHINESE燃烧

供能储能可再生能源30油品化学品钢铁水泥有色金属生活用能、三

化石能源清洁高效开发利用与耦合替代可再生能源多能互补与再生应用氢能为制造业高质量发展带来新的机遇水/风/光地热/生物质电高耗能工业

交

通

运

输低碳与零碳工业流程再造

低碳化智能化多能融合中国工程院CHINESEAcademyofEngineering甲醇CO₂H₂电热石油

天然气

煤

炭合成气中科院大化所小分子重构清洁燃烧大分子剪裁储能核

能耦合电热电解制氢H₂热制氢H:31对比项氢冶金工厂传统冶金工厂吨铁原料铁矿石(球团)

1.55吨铁矿石1.55吨+焦炭0.5吨

+喷吹煤粉0.13吨吨铁能耗526

kgce/tFe540kgce/tFe(铁烧焦)吨材能耗662

kgce/t680kgce/t(等价)吨钢CO₂

~0

2

tCO₂/tce吨钢耗电

5385

KWh/tce700KWh/tce三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

国工程院CHINESE AcademyofEngineering

解

槽H,OWikD

SOLAR全景电供能短流程氢冶金工厂成虽绿钢4、

“双碳”背景下冶金发展新路径海绵快电炉练钢传统长流程冶金工厂慌料电池应急缓冲电源炉顶气处

题及辅环三腿

置r

n有

已普营电解水制绿氢矿料造球血成1

n植环莲磷机轧朝矿球克整tervoDCo320口百万吨氢冶金示范项目——氢冶金示范项目氢价氢量分析绿氢需求量与价格确定>为满足“双碳”要求，

氢冶炼采用绿氢。从成本与资源情况分析可见，采用风力、光伏电制氢是切实可行的方案。>

目前国内风力、光伏电价格约为0.35元/kWh

,

随着技术的进步，风力、光伏发电的成本有望降到0.15-0.2元/kWh

。随着技术的不断更新和公司自有折旧资金的投入，可再生能源制氢成本可降至0.7

元/Nm³,与化石能源制氢成本相当，达到行业最好水平。>从目前情况推断，

未来几年风力、光伏发电的成本有望降0.2元/kWh以下，风力、光伏电制氢成本降至1.16元/Nm³

以下是可能的。后续成本分析成本时绿氢的价格按1.16元/Nm3

计算。>

按

全

绿

氢(

9

0

%

)

冶

炼

测

算

，百万吨级绿氢冶金钢厂对绿氢的需求量为10万Nm³/h,

消耗指标为750Nm³/t钢。>中国钢研预测按现有价格高炉炼铁燃料及还原剂成本总计1292元/t-铁

，电费在0.27元/kwh

以下，用

纯氢价格均可与碳价成本相当。33三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

国工程院CHINESE

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33·技术相对成熟·体积储氢密度高·体积储氢密度高·质量储氢密度高(≤70

MPa)·能效低·能效高·能效高·压缩能耗高·自挥发·安全性好·安全性好·加氢站成本高·绝热系统复杂·加氢站成本低·低温催化·安全性隐患·成本高·质量储氢密度低·含杂质气体高压储氢

液态储氢

固态储氢

有机液体储氢三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇5、抓住固态储氢带来的装备产业发展机遇

Academy

of

Engineering

国工程院CHINESE储氢方式34储氢方式压力/MPe温度/℃质量储氢密度/wt.%体积储氢密度/kg/m3DOE0.5~1.2-40～606.570车载储氢DOE(2020年)0.5～1.2-40～605.540氢气0.101000.09高压储氢(35MPa)35203.023.5高压储氢(70MPa)70205.540液态氢0.1-25310070LaNisH₆0.2-0.8201.5104MgH₂0.12907.6110Mg₂NiH₄0.12503.694TiFe1501.896口固态储氢有望成为储氢技术的发展趋势固态储氢从体积储氢密度、安全性等因素考虑是具有商业化发展前景的储存方式之一三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

国工程院CHINESE

AcademyofEngineering

35口直接充装口纯化氢气

口储存运输

口更低成本口固态储氢——实现工业副产氢净化储运一体化三

、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

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Engineering

净化储氢镁基固态材料高纯氢

99.999%中国工程院CHINESE工业副产氢脱硫脱氧36口

以固态储氢为氢源的“电电混动”氢能源汽车将成为新技术发展方向之一第一个“电”是指燃料电池提供的“电”,

是动力系统中的主要电源，采用以固态储氢为氢源的燃料电池，提供稳定工况下的输出功率；第二个“电”是指储能电池提供的“电”,

是动力系统中次电源，用于车辆启动和加速等瞬态下所需的大功率。三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

中国工程院CHINESE

AcademyofEngineering

氢燃料电池系统(氢能发动机储能电池

储氢罐燃料电池驱动供能曲线能

量37三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

中国工程院CHINESE

AcademyofEngineering

口以固态储氢为氢源的燃料电池动力系统有望实现规模化商业应用——

微出行储氢质量储氢压力续航里程55g1MPa80km储氢瓶容积1升38口

以固态储氢为氢源的燃料电池动力系统有望实现规模化商业应用——微出行续航测试：600

W发电系统2个1升储氢瓶，48V@10Ah,

负重75kg

,

测功机等速续航里程120km爬坡实验：极限爬坡角度为9°,最大爬坡角度为6°(车辆行驶637s,爬坡1813m后车速降至5km/h

)高温实验：车辆最高使用温度是50℃

,车辆在40℃、45℃能够正常爬坡低温试验：-10℃启动，-20℃可正常运行三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

Academy

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Engineering

中国工程院CHINESE39>

九号科技：奶瓶车B65H,

更换氢瓶犹如牛奶配送一样简单，背两个氢瓶可体验畅游乐趣>

氢电动车落地：100辆/600瓶——1000辆/6000瓶——10000辆/60000瓶·

“奶瓶方式”进行氢瓶配送·

智能换氢站·

九号科技加盟店换氢服务ninehat

九号三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇氢氢地，推翻一切COMING

SOON中国工程院CHINESEAcademyofEngineering<4s百公里加速(预估)¥69999基准价格(预估)60kw最大功率(预估)进

化出

行

一往

无前

九可电动2021年果国双罐会议150KMH最高速度(预估)40备注：资本成本基于单个公司的100MW产量和稳定运行10年的系统寿命。>2030年IEA预测全球总氢2.12亿吨，若中国占比30%,则约3900万吨，按照65%为绿氢、约44%的负

荷考虑，约需450

GW

电解槽，则需5MW

约10万套

，产值约¥1.43万亿；>2050年IEA预测全球总氢5亿吨，若中国占比32%,则约

1.6亿吨，按照95%为绿氢、约50%的负荷考虑，约需2TW

电解槽，则需5MW

约40万套，产值超过¥5万亿。数据来源：Clean

Hydrogen

Partnership

2021-2027年战略研究与创新议程碱性电解(AEL)的KPI编号参数单位2020年2024年2030年1耗电量@标称容量kWh/kg5049482资金成本E/(kg/d)E/kW1,2506001,0004808004003运维成本E/(kg/d)/y5043354热空转时间S6030105冷启动缓冲时间S3,6009003006降解%/1,000h0.120.110.17电流密度A/cm²0.60.71.0〇使用关键原材料作为催化剂mg/W0.60.30.0三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

中国工程院CHINESE

AcademyofEngineering

5MW电解槽成本：2020年：E300万，

¥2145万2024年：

E240万，

¥1716万2030年：

E200万，

¥1430万预计2050年AEL价格：$300/kW6、

电解槽需求带来的装备产业发展空间巨大41备注：资本成本基于单个公司的100MW产量和稳定运行10年的系统寿命。>2030年IEA预测全球总氢2.12亿吨，若中国占比30%,则约3900万吨，按照65%为绿氢、约44%的负

荷考虑，约需450GW

电解槽，则需5MW约10万套，成本约¥1.79万亿；>2050年IEA预测全球总氢5亿吨，若中国占比32%,则约

1.6亿吨，按照95%为绿氢、约50%的负荷考虑，约需2TW

电解槽，则需5MW

约40万套，成本超过¥7万亿。数据来源：Clean

Hydrogen

Partnership

2021-2027年战略研究与创新议程质子交换膜电解(PEMEL)的KPI编号参数单位2020年2024年2030年1耗电量@标称容量kWh/kg5552482资金成本E/(kg/d)E/kW2,1009001,5507001,0005003运维成本E/(kg/d)/y4130214热空转时间S2115冷启动缓冲时间S3010106降解%/1,000h0.190.150.127电流密度A/cm²2022.43〇使用关键原材料作为催化剂mg/W2.51.250.25三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

中国工程院CHINESE

AcademyofEngineering

5MW电解槽成本：2020年：E450万，

¥3218万2024年：

E350万，

¥2503万2030年：

E250万，

¥1788万预计2050年PEMEL

价格：$400/kW6、

电解槽需求带来的装备产业发展空间巨大427、新能源材料及装备产业需要发挥政府优势突破的电力装备重点产品和技术>

风电及氢能领域：风电用大型轴承、中压变流器IGCT、PLC

控制器等，海上风电轻量化的直流GIS,漂浮式风机一体化仿真校核软件，风电机组仿真设计软件等，氢燃气轮机燃烧器>

其他领域：华龙二号堆内构件整体堆芯围筒锻件、650℃超超临界汽轮机大型高温铸锻件材料开发、冲击式水力模型试验台、高端能源装备设计/制造/运维一体化软件、大型核电和水电用大容量发电

机断路器、开关设备智能组件、换流变压器有载调压分接开关技术及装备、柔性输电系统用干

式直流支撑电容器、国产大功率IGCT

器件、大容量高性能大梯度避雷器阀片、超、特高压电气设备绝缘拉杆用芳纶、聚酯和玻璃纤维等材料、高性能环氧纳米复合绝缘材料、基于国产粒

料的电容器用高性能聚丙烯薄膜(BOPP)、

数字化检测技术在GIS产品装配的研究与应用。三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

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Engineering

国工程院CHINESE43>研发高效硅基光伏电池技术，高效薄膜光伏电池技术、高效稳定钙钛矿电池技术等；>重点发展晶硅太阳电池、薄膜太阳电池等关键产品，突破太阳能极多晶硅提纯技术、高效低成本太阳电池产业化技术、废弃组件回收技术等关键技术。>重点突破超高效光伏电池技术。研究基于多激子效应，单线态裂变，中间带隙等可突破单节光伏电池理论效率极限的新型高效光伏技术。>光储直柔供配电：研究光储直柔供配电关键设备与柔性化技术，建筑光伏一体化技术体系，区域—建筑能源系统源网荷储用技术及装备。>

光伏砷化镓电池世界三大再生能源研究机构之一的德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所

(Fraunhofer

ISE)

使用了一种由砷

化镓(GaAs)制成的薄光伏电池，获得了68.9%的转化效率，这是迄今为止在光能转化为电能方面获得的最高效率。>

光伏钙钛矿电池韩国以及越南专家研究小组开发的复杂光伏器件——四端钙钛矿-硅串联太阳能电池，能够吸收短波长范围内的所有太阳光谱，实现了30.09%的功率转换效率，高于顶部和底部子电池的转换效率。三、氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

国工程院CHINESE Academy

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Engineering 口重点建设任务之

一：保证光伏产业链安全44>风电主轴轴承等关键材料及零部件依赖进口：一组风电机组中需要偏航轴承1套、变桨轴承3套、主轴轴承1-3套以及发电机轴承3套。其中生产偏航和变桨轴承的技术难度较低、国产化率较高；相反，主轴轴承环节90%以上依赖进口

被舍弗勒、SKF、NTN

等国际企业垄断。>工业软件严重受制于人风电行业使用的主流工业设计软件以及风电专用核心设计软件，均来自美、德、法等国家，软

件在整个风电产品的设计研发中起着至关重要的作用，属于“卡脖子”关键环节。>

风电储存技术薄弱风电外送的手段除了建设超高压电网外，就是大规模电力储存技术应用。风电储存技术路径多

且发展迅速，例如空气压缩储能、电池储能，飞轮储能等，但大多数不成熟，成为了制约风电发展的一个重要因素。口我国风电部分关键零部件、工业软件等环节受制于人三、

氢能为制造业高质量发展带来新的机遇

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