四大领域需求旺盛绿氢未来十年步入黄金期

——“氢能科普”专题系列之五

 

□　张益国 姜海 余官培 苏鑫

 

我国氢能政策体系日趋完善，氢能产业发展总体向好——产业链逐步完善、与国际先进水平差距逐步缩小、国内外合作进一步加强……我国现阶段氢产量主要来自灰氢，而随着新型能源系统快速转型，绿色氢能需求将快速提升。专家预测，氢能未来十年将进入产业发展的黄金期，并拉动多产业融合，未来我国灰（蓝）氢产量，在2030年、2040年、2050年将分别降至2340万吨、2010万吨、910万吨，直至2060年全面被绿氢取代；与此同时，我国绿氢需求量稳步上升，2030年、2040年、2050年和2060年绿氢需求量将分别达到2300万吨、6900万吨、9100万吨、1.2亿吨。

绿色氢基能源未来主要用途集中在工业、交通、电力、建筑四大领域。

工业领域：绿氢原料需求快速增长

工业领域氢基能源需求主要集中在合成工业用氨、合成工业用甲醇、石油化工、冶金还原剂等领域。专家预测工业领域绿氢原料需求在2030年、2040年、2050年、2060年将分别达到800万吨、2100万吨、3000万吨、3850万吨。具体提分析看：

合成工业用氨方面。我国当前合成氨产量约5900万吨，多以煤炭和天然气制的灰氢作为原料，但是随着碳约束的逐步缩紧，可以预见合成氨的氢来源将大规模由绿氨替代。经研判，2030年化工合成氨的绿氨占比可达到20%左右，2060年化工合成氨的氢来源将全部来自绿氢。

合成工业用甲醇方面。目前，我国化工甲醇产量约为8000万吨。现有甲醇生产多以化石原料作为基础，以绿氢为原料合成甲醇可减少化石能源的使用，是未来化工领域脱碳的重要技术路线。经研判，2030年以绿氢为原料合成的甲醇占比可达到总化工甲醇的15%左右，到2060年将逐步提升至100%。

石油化工方面。石油炼制是仅次于合成氨和制甲醇的氢消费领域，石油炼化过程中的加氢来源也将逐步从煤制氢和天然气制氢转变为可再生能源制绿氢。经研判，2060年，我国石油炼化行业的加氢需求除炼化过程中自产副产氢之外，将全部被绿氢气所替代。

冶金方面。冶金行业是二氧化碳排放的重要源头，绿氢被视为冶金行业碳减排的关键原材料。经研判，氢直接还原将成为原生钢铁冶炼的主要脱碳技术，2030年左右氢直接还原技术将开始逐步走向商业化阶段，2060年市场渗透率将逐步提升至60%。

交通领域：氢基能源全面“开花”

交通领域氢基能源需求主要集中在公路运输、铁路及轨道交通、航空领域、航运等领域，专家预测交通领域绿氢原料需求在2030年、2040年、2050年、2060年将分别达到50万吨、1200万吨、2700万吨、3800万吨左右。

公路运输方面。以绿氢为原料合成的绿甲醇、绿氨等绿色燃料替代化石能源是交通领域实现深度脱碳的基本路径之一。目前，我国重型机动车年燃油消费量为8500万吨左右，未来仍有50%以上的上升空间。预计绿色氢基能源在我国重型机动车领域在2030年左右实现商业化，2040年左右达到20%市场份额，2050年、2060年市场份额逐步提升至40%、50%。

发展可持续航空燃料将是实现减碳目标最重要的措施之一。我国航空煤油年消费量在3500万吨左右，未来航空领域的能源需求量增长将超过100%，预测2060年我国基于绿氢制成的绿色航空煤油在航空领域的渗透率将达到50%左右。

绿甲醇是另一种极具潜力的船用动力来源。包括日本、新加坡等国家都已明确，将可再生甲醇作为船舶运输零碳排放的燃料。目前，我国航运燃油消费量约为3200万吨，航运作为成本最低廉的运输方式，未来将有较大的增长空间。预测2060年我国航运需求将比当前水平提高1倍左右。

电力领域：气电与煤电掺氢比例将提至20%

电力领域氢基能源需求主要集中在气电掺氢、煤电掺氨等领域，专家预测在电力领域绿氢原料需求在2030年、2040年、2050年、2060年将分别达到1460万吨、3540万吨、3280万吨、4390万吨左右。

气电掺氢与燃气轮机的发展具备强耦合关系，目前美国通用电气公司在全球已有超过100台采用低热值含氢燃料机组在运行，累计运行小时数超过800万小时，其中部分机组的燃料含氢量超过50%。专家普遍认为，未来燃气轮机100%掺氢，在技术上是可以实现的。考虑到输氢管道技术难度与成本，保守估计我国燃气发电的掺氢比例将在2060年达到20%左右。

未来能源用氨的主要需求将集中在煤电掺氨领域。煤电掺氨是除碳捕集与封存外另一个煤电脱碳的重要技术。根据技术现状研判，2030年火电掺氨比例可达到2.5%左右，到2060年火电掺氨的比例将达到20%左右。

建筑领域：燃气中氢气占比将匀速提升

建筑领域能源需求主要用于供暖（空间采暖）、供热（生活热水）等的能源消耗。

短期内氢气可借助较为完善的家庭天然气管网，以小于20%的比例掺入天然气实现低成本向建筑终端运输。目前，我国建筑部门的天然气消费量为1200亿立方米，占总天然气消费量的33%。到2060年，我国建筑领域燃气需求将增长至2400亿立方米左右，考虑到氢气的安全性问题，到2030年左右建筑领域燃气中氢气占比可达到1%左右，至2060年匀速提升至10%。（作者单位：水电水利规划设计总院）