編者按：2023年9月12-14日，以“綠色 持續 共生 向新”為主題的“第五屆未來能源大會”在江蘇常州武進召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網聯合主辦。會上，落基山研究所高級咨詢師薛雨軍發表了《工業場景中大規模綠氫應用模式》的主旨演講。

以下內容根據論壇演講實錄進行整理。

薛雨軍：大家好，我來自落基山，我匯報的主題是工業場景中大規模綠氫應用模式的研究。

我們這次的分享主要是四個部分，上面四塊，一個是綠氫與工業低碳轉型，綠氫應用經濟性，集群化發展模式和具體的行動建議。

首先是切入一個主題，工業的排放到底有多少?左邊可以看到，這個是全國的排放結構圖，其中可以看到，工業占比是非常大的。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，是工業在應用，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業鏈占比是最大的，可以占到工業整個排放的39%。所以在國內“碳達峰、碳中和”的目標之下，鋼鐵、化工、水泥等重工業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的政策，從上到下可以分為綱領性政策、工業領域政策和具體細分的行業政策。

這個圖展示的是一個棋盤圖，橫的是不同低碳技術，縱的這邊是展示不同行業。其實可以看到，不同的低碳技術在不同的行業中的應用性是不一樣的，黃色是氫相關的低碳解決技術，工業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。工業中是以直接應用氫能為主。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勢的。

下面是我們現階段統計的國內大型綠氫項目圖，這里面只涵蓋了有明確綠氫應用場景的項目。其實可以看到，整個所有的項目中，左邊是數量的統計，右邊是整個制氫量的統計，從數量來看，工業，綠色的是占主要，排放的角度，從右邊這個圖可以看到，綠色的工業相關，尤其是重工業相關的制氫規模的占比，也是在綠氫項目中占很大的比例，其中很重要的一塊，就是合成氨，合成氨主要現在發展趨勢比較好，一方面是得益于合成氨現在在綠氫的應用技術相對比較成熟，遠遠高過鋼鐵，因為鋼鐵現在是一個綠氫應用場景培育的過程，可能還是以副產氫為主。另一方面也是得益于政策激勵下的項目，合成氨項目的經濟性的提升，比如說工信部發布的工業碳達峰的實施指南中，要求大力發展氨燃料等低碳清潔能源研發，合成氨的項目現在是比較多的。

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

右邊是一個綠氫供給的預測，這是基于各省光伏資源和風電資源的情況，預計了30年、50年的制氫潛能情況，可以看到內蒙古地區，未來綠氫的制取潛能是很大的。

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

這個是我們再往下一塊，集群化發展，主要是解決重工業用綠氫的三個年點。一個是剛才提到的地區統籌問題，不同省份之間制氫和用氫的潛能是并不完全匹配的。還有一塊是工業用綠氫相比交通用綠氫等其他應用場景比較獨特的，是規模化和連續穩定性，因為工業的產能規模比較大，未來做綠氫替代的話，需要的綠氫規模也相應比交通場景大很多。工業一般說是7天24小時連續生產，對應的綠氫可中斷性會更差一些。如果要解決重工業用綠氫的難點，有三個主要的解決方式，就是綠氫的制儲運的應用，把制儲運的應用。這個集群化的解決方式，本質是將綠氫的制儲運整個聯系起來!與重工業脫碳的應用側進行集合，形成一種集群化的發展模式。而產業鏈的協同，是集群化發展的下一步，也就是說，我需要把綠氫產業鏈和重工業的產業鏈相結合，兩個產業鏈之間的壁壘要打破，進行融合發展。而重工業企業在其中的作用，重工業企業需要有更強的主動性，傳統上來說，重工業更多是一個工業產品的生產，現在重工業企業需要更多的融入到綠氫的供應和綠氫的儲運方向的解決方案。具體形式可以是內部的孵化，或者是與產業相關方的合作，其實最近可以看到，中國石化和隆基股份在上個月簽訂相關的合同。重工業規劃新產能的時候，現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?這塊也是要在規劃中需要考慮的問題。

再往下是我們整個研究思路，我們集群化發展的考慮因素，規模性、連續性和跨區域調配，我們和對應環節進行一個簡單的類比，規模性是通過制氫的環節解決，我制氫的規模大了，可以制取的綠氫規模也大了，可以解決工業用綠氫的規模性問題。如果連續穩定性，可以通過儲氫，現在高了，可以把多余的氫儲起來，以后需要的時候再放出來，這可以解決工業的連續穩定性。再加上跨區域調配的話，是運氫環節為主要的解決方案。以此我們其實建立了往下的兩個場景。

一個是場景1，當氫氣的供需在同一個地方的時候，我們僅考慮制氫和儲氫的條件下是什么樣的發展模式。第二個場景2，制氫和用氫如果不是在一個地方，是異地制氫的情況，僅考慮制氫和運氫的情況是什么樣的場景，這是比較有代表性的場景，實際可能會比現在做的場景會更復雜一些。

這個是綠氫的應用經濟性，這里會分為制氫、儲氫和運氫。

第一個制氫環節，根據我們的測算，現在綠氫的成本，在風光資源相對比較好的地方可以達到18元每千克，而這個成本的構成，可能有70%是綠電的成本，未來隨著綠電成本的下降，50年我們可以預測綠氫的成本達到7元每千克。同時又一個比較重要的不確定性，就是現在綠電并不是穩定的，風電和光伏是波動的，如果要保持工業用氫的穩定性的話，那么綠電是否需要和網電進行結合，沒有綠電的時候，我們通過網電補給綠電的虧空。現在2022年的情況，最右邊的這個地方，綠電和網電穩定供應的話，現在綠氫，或者說綠電加網電制取的氫氣成本，可能比完全綠電制氫的成本會有所上升。

下面是一個儲氫技術的分享，主要解決的是我的一個波動性的問題，也就是我多制的氫，可以通過儲氫的方式滿足缺氫時候的使用。總體來說，可以分為三部分。一個是物理儲氫、化學儲氫，還有一個是地質儲氫。左邊可以看到，不同的儲氫技術是在不同的應用場景中有各自對應的適用性。其實儲氫的場景大致有兩個主要的維度，一個是儲氫的周期，還有一個是儲氫的規模，這個周期雖然說，比如說日內，現在看儲氫周期是一個相對比較少的，但是相對電化學來說，氫儲能的周期還是比電化學長很多的。總體來說，物理儲氫更適用于短時期小規模的儲氫場景，化學儲氫相對于更大一點，地質儲氫可以達到最大的規模，但是受限于不同的地質條件，比如說巖穴，如果地下沒有巖穴的儲氣庫，是很難應用地質儲氫的。右邊是一個經濟性的分析，其實可以看到，小規模短周期高壓儲罐和低壓儲罐是比較通用的方式，相對長周期或者相對大規模，地質儲氫是經濟性比較好的。現在已經可以看到，歐洲相對比較大的工業用綠氫項目，都會考慮配備一些地質儲氫，這樣可以降低他們的成本，而且能比較大規模的進行調峰。

下面是運氫側，我們大致有三個手段，一個是長管拖車，液氫罐車和輸氫管道，其中運具是很大的變量影響，我們不同的運具條件下，運氫成本是會發生很大的影響。這是一個相對比較簡化的模型，是一個相對比較線性的關系，運具比較大的時候，運氫成本會比較大。在不同的情況下，包括30和50年的時候，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，那么其實長管拖車和液氫罐車，是一個比較好的方式，可以盡可能的降低我未來管道的擱淺風險。

下面我們匯報的第三部分，就是集群化發展模式的部分。這里現在聊到的是場景1，就是本地制氫，我本地制氫本地用，這里盡可能的忽略運氫的影響，考慮到的成本結構是制氫成本加上儲氫成本，最終的優化目標是用氫成本最低，用氫成本是制氫成本加上我的儲氫成本，也就是說的調峰成本，這里面在這個場景下，假設我日內的調峰，日內波動性的調峰，是我的儲氫罐，加上網電，調整日內波動，季度波動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，青海風光資源相對比較好，但是可以看到，其實我們光伏比例會對制氫成本以及運氫成本有比較大的影響。因為光伏雖然在青海那塊成本相對比較低一些，但是波動性比較大，光伏比例在增加的話，整體的制氫成本是在下降的，但是你所對應的儲氫成本是加大的。以此優化目標，用氫成本最低的話，我們找到了一個，在這個模型和假設下比較好的光伏比例的點，光伏比例的點，在60%的光伏比例，最低成本可以達到21.6元每千克，這是制氫+儲氫的用氫成本。

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行制取，我們需要+制氫+運氫的兩個環節，盡可能忽略掉儲氫的環節，考慮它的用氫。工業側拿到這個氫氣的交付價格的最優化。這塊是以山西為例，對比了一個本地制氫和異地制氫的交付成本的差異，可以看到其實其中標1的這塊是內蒙古制氫，并且通過一個管道運輸，運輸到山西的情況，在這種比較優化的場景下，我從內蒙古制氫，運到山西，會比山西本地制氫的條件更有經濟性。以此看到一個潛在的運氫渠道，從內蒙古運到山西，交付成本，考慮到內蒙古制氫，加上內蒙古到山西的運氫成本，我們對這個做了一個未來的預測，隨著制氫技術和成本性的提升，以及運氫的規模化效應導致的成本變化，未來50會比22年有比較大的成本降幅。

下面可以分享一下零碳工業集群形成的模式，現在的集群模式除了剛才所聊到的經濟性和場景的研究，其中對應的商業模式也是非常值得分析的。我們大體對國際上的零碳工業產業集群的分析，可以分為三塊，工業產業驅動，能源資源驅動和基礎設施驅動，整個集群是一個非常龐大的，你要考慮到制儲運不同的環節，是很龐大的體系，因此很難避免說不產生一個“先有蛋還是先有雞”的問題，所以說我們需要一個其中的相關方，或者其中比較重要的元素，先一步作出更多的表率，帶動整個產業鏈的發展。其中工業產業、能源資源和基礎設施，是其中非常重要的三元素，其中一個肯定要先行一步，拉動整個產業鏈和集群的發展。

下面的集群發展要達到什么目標，目前國內和國際的產業集群或者工業集群比較重要的一個方向，就是能效提升、產業協同、綠氫應用，電氣化和碳捕集。其中對于工業，尤其是重工業來講，綠氫應用是其中很重要的一個要達到的目標。我通過規模化的效應提高綠氫應用的適用性。再下面是剛才的案例分析，我們這里以英國的Humber工業集群為例，這是非常典型的工業產業驅動的案例，本身所有的集群中，現在規劃和正在進行的項目是 左下角這個表格，其中可以看到，不同的相關方是設立了能源資源側、工業產業側以及基礎設施側，整體一起形成合力，幫助這個工業集群進行降碳和未來的綠氫應用，以及CCUS應用分析。這里歸納了四個可以成功的要素。第一個是政策支持，應該有一個工業脫碳挑戰項目，可以給實際項目提供財政支持。然后是零碳資源，這個下面的所有項目是靠兩個管道把所有的項目串起來，一個是綠氫管道，這個前期過渡期可能是藍氫，或者是氫氣管道，還有一個是二氧化碳管道，這兩個是工業側比較重要的零碳資源。第三是核心項目，或者是基石項目，這里面有一個叫做H2H Saltend，它的作用是它可以提供工業產業和能源資源的雙重作用，也就是說是一個化工用氫項目，也可以產生一定的灰氫，是這個公司進行運營的，這個項目其實很大的解決了我是雞生蛋還是蛋生雞的問題，我先把我這個東西立在這兒，這樣其他相關聯的項目可以在產業集群內更好的發展。最后是一個外部合作，這個工業集群是和外部的BP主導的海上CCS項目合作，幫助這個工業集群把我產生捕集到的二氧化碳，通過管道的方式運輸到海上，進行一個海上的CCUS。

下面是我們一個美國墨西哥灣的例子，是主要的能源資源和基礎設施驅動的案例，這個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，現在是藍氫，之后可以過濾到綠氫，以及天然氣相關的氣體運輸的管網。這個我們歸納了幾點行動建議。

規劃是盡早規劃，基建要落實，擴大相關方的合作，夯實標準基礎，最后是要注重公平的轉型。

最后簡單的介紹一下我們研究所的中國項目，我們研究所是一家全球智庫，專注能源轉型相關的研究，我們研究所中國是致力于推動中國的零碳能源轉型，助力中國的“碳達峰、碳中和”目標的實現。在電力系統脫碳，重工業脫碳，交通行業脫碳等方面展開工作。其中工業方面我們是與企業、政策相關方、研究機構和其他行業的相關方緊密合作，共同助力鋼鐵、化工、水泥、電解鋁等重工業的發展，推動符合氣候目標的工業低碳和零碳轉型。

謝謝大家。