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在“碳中和”背景下氫能源因其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在未來(lái)發(fā)展空間巨大，但運(yùn)輸及儲(chǔ)存問題制約氫能源的大規(guī)模的應(yīng)用。從制氫技術(shù)上看，主要包括化石能源、工業(yè)副產(chǎn)及電解水，其中工業(yè)副產(chǎn)制氫在成本和減排方面有顯著優(yōu)勢(shì)，但從中長(zhǎng)期看，工業(yè)副產(chǎn)氫多為產(chǎn)業(yè)循環(huán)利用，且未來(lái)包括氯堿及焦?fàn)t新增投產(chǎn)產(chǎn)能受限，供給端很難有大幅度的提升。對(duì)于傳統(tǒng)氯堿公司而言，氫能源并不是它們主要業(yè)務(wù)來(lái)源，而是將氫氣用來(lái)消耗富裕的氯氣中，氫能源對(duì)于其短期業(yè)績(jī)影響幅度較小，另外雖然未來(lái)氫燃料汽車及燃料電池將成為國(guó)內(nèi)主要?dú)淠苄枨?，但其產(chǎn)業(yè)前期投資較大，對(duì)于一般氯堿化工企業(yè)而言跨行參與的可能性也不大。
1、氫能源戰(zhàn)略意義
氫能是一種來(lái)源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源。從來(lái)源上看，地球上只有極少量游離狀態(tài)氫，多以二次能源存在，可通過煤炭、石油、天然氣等化石能源重整制取，焦化、氯堿等工業(yè)副產(chǎn)以及電解水制?。ㄅc可再生能源發(fā)電結(jié)合，如光電解、風(fēng)能電解等）。從環(huán)保低碳角度上看，氫氣燃燒不產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫等，能有效緩解溫室效應(yīng)和環(huán)境污染，目前我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中原煤占比超過 50%，為實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)，未來(lái)清潔能源比重必須提升，同時(shí)氫氣熱值約為傳統(tǒng)能源的3 倍，是除核能以外熱值最高的燃料。從應(yīng)用角度上看，氫能廣泛用于能源、交輸、工業(yè)及建筑等領(lǐng)域，如為冶金等工業(yè)提供還原劑等；轉(zhuǎn)化為燃料電池技術(shù)用于汽車等交運(yùn)。
國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)（IRENA）預(yù)計(jì)2050 年全球氫能產(chǎn)量達(dá)到 6.14 億噸/年，在能源消耗中的占比接近12%。但當(dāng)前液氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸一直是制約氫能源大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸，目前國(guó)內(nèi)液氫主要用于航天燃料以及氫能源汽車等領(lǐng)域，尚未形成商業(yè)規(guī)?；?，未來(lái)突破氫能核心供給及運(yùn)輸技術(shù)形成規(guī)?；a(chǎn)業(yè)對(duì)于國(guó)家戰(zhàn)略意義不言而喻。
2、氫能源發(fā)展現(xiàn)狀
2.1氫能源產(chǎn)業(yè)鏈介紹
氫能產(chǎn)業(yè)鏈分別為上游制氫企業(yè)、中游儲(chǔ)運(yùn)以及下游用氫企業(yè)。我國(guó)是世界上最大的制氫國(guó)，年產(chǎn)量約 3300 萬(wàn)噸，在供給端，我國(guó)的富裕煤炭資源提供了大規(guī)模、低成本的氫源供給。另外我國(guó)可再生能源裝機(jī)量全球位列第一，由于地域影響我國(guó)每年在風(fēng)電、光伏、水電等可再生能源上棄電達(dá)到1000 億千瓦時(shí)，如這部分棄電在當(dāng)?shù)赜糜陔娊馑?，則可制氫能源約 200 萬(wàn)噸，未來(lái)隨著我國(guó)可在生能源裝機(jī)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其有望成為我國(guó)氫源供給的主要來(lái)源。在需求端，氫能源汽車是目前我國(guó)氫能最主要應(yīng)用領(lǐng)域，豐富的來(lái)源供給為氫燃料電池發(fā)展初期提供低成本支持。在中游運(yùn)輸端，主要以管道運(yùn)輸和液態(tài)槽車，氣態(tài)氫運(yùn)輸?shù)淖畲笕秉c(diǎn)是體積能量密度較低，氫氣專輸管道單位投資大約是天然氣管道的3倍，另外由于儲(chǔ)存時(shí)間相較于傳統(tǒng)能源也短，導(dǎo)致目前氫能源生產(chǎn)和應(yīng)用多是就近發(fā)生，未來(lái)大規(guī)模氫能儲(chǔ)運(yùn)體系的建立將成為發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)之一。
2.2氫能源生產(chǎn)工藝
氫氣目前主要由三種主流制取路徑：
（1）以煤炭、天然氣為代表的化石能源制氫；
（2）以焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫；
（3）電解水制氫，其他如生物質(zhì)制氫、太陽(yáng)能光催化分解水制氫、核能制氫等仍處于試驗(yàn)階段，尚未形成工業(yè)化應(yīng)用。目前化石能源重整制氫和工業(yè)副產(chǎn)氣制氫在生產(chǎn)的過程中會(huì)排放大量的二氧化碳，因此多需要結(jié)合碳捕捉及封存技術(shù)（CCUS）減少二氧化碳排放；可再生能源電解水制取的氫氣則幾乎沒有碳排放，是未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展工藝。
目前全球主流的制氫方式仍舊是化石能源制氫，國(guó)外主要以天然氣制氫，我國(guó)則主要是煤制氫，未來(lái)伴隨著我國(guó)在光伏、風(fēng)電等清潔能源上的大力發(fā)展，“綠氫”將成為主要方式。
煤制氫是我國(guó)工業(yè)大規(guī)模制氫的首選方式之一，將煤炭經(jīng)過高溫氣化生成合成氣（氫氣+一氧化碳）、加入水蒸氣與一氧化碳反應(yīng)后轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃?二氧化碳，脫硫提純后得到氫氣。優(yōu)點(diǎn)在于技術(shù)成熟、原料成本低、裝置規(guī)模大等，但配套裝置多、投資大、產(chǎn)氫效率偏低、二氧化碳排放大，因此煤制氫適合中央工廠規(guī)?；兄茪淦綌偝杀尽?/span>
天然氣制氫主要?jiǎng)t是將天然氣與水蒸氣重整制得以合成氣（氫氣+一氧化碳+二氧化碳），再經(jīng)過一氧化碳變換以及提純獲得氫氣。天然氣制氫是化石能源制氫中最環(huán)保的工藝路徑，相較煤制氫而言，天然氣制氫投資成本更低、氫氣產(chǎn)率更高，且二氧化碳排放量更低。但中國(guó)進(jìn)口天然氣需求較大，制氫成本受天然氣價(jià)格的波動(dòng)影響較大，國(guó)內(nèi)天然氣制氫的經(jīng)濟(jì)性低于國(guó)外。
工業(yè)副產(chǎn)制制氫就是將富含氫氣的工業(yè)尾氣（包括氯堿工業(yè)副產(chǎn)氣、焦?fàn)t煤氣、輕烴裂解副產(chǎn)氣）作為原料，回收提純制氫。
（1）氯堿副產(chǎn)制氫是氯堿廠以食鹽水為原料，采用離子膜電解槽，生產(chǎn)出燒堿、氯氣以及副產(chǎn)品氫氣，該工藝具備能耗低、投資少、產(chǎn)品純度高、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)。
（2）焦?fàn)t煤氣則是經(jīng)過原料理縮、凈化分離等五道工序，理論上國(guó)內(nèi)焦?fàn)t煤氣制取氫氣空間最大，但焦化企業(yè)循環(huán)利用系統(tǒng)通常較為完善，大部分焦化氣已實(shí)現(xiàn)充分利用，實(shí)際可提純并對(duì)外供應(yīng)的供氫氣量有限。
（3）輕烴裂解制氫主要有丙烷脫氫（PDH）和乙烷裂解兩種路徑：PDH是丙烷通過合適催化劑作用發(fā)生脫氧反應(yīng)，從中獲取丙烯和氫氣。大大減少碳排放量，且氫氣純度高與下游燃料電池應(yīng)用市場(chǎng)緊密貼合。乙烷裂解是通過壓縮分離等得到乙烯及氫氣在內(nèi)的其他副產(chǎn)氣，主要集中在北美、中東和東南亞，我國(guó)尚未形成規(guī)模。
短期來(lái)看，工業(yè)副產(chǎn)制氫是氫氣制取的最佳途徑之一，在成本和減排方面有顯著優(yōu)勢(shì)，在氫能產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展的初期階段，適于規(guī)?；茝V發(fā)展。但從中長(zhǎng)期看工業(yè)副產(chǎn)氫多為設(shè)備循環(huán)利用，且供給量相對(duì)整體需求量而言較少，另外由于“碳中和”，未來(lái)氯堿及焦?fàn)t裝置新增產(chǎn)能受限，供給端很難有大幅度的提升，外銷應(yīng)用于其他行業(yè)的比例較少
電解水制氫工藝主要是將水分子解離為氫氣與氧氣，可分為堿性電解水、質(zhì)子交換膜電解水、固體氧化物電解水三種，由于技術(shù)原因目前均未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。電價(jià)是影響電解水成本的主要因素，成本占比接近70%，未來(lái)氫能源與可再生能源結(jié)合將成為主要的制氫模式，根據(jù)氫促會(huì)預(yù)測(cè)，十四五期間，我國(guó)將大力發(fā)展可再生能源電解水制氫試點(diǎn)，氫氣平均制備成本降至20元/kg；到2030年，國(guó)內(nèi)電解水制氫規(guī)模將達(dá)到75GW左右，氫氣平均制備成本降至15元/kg左右；到2050年，我國(guó)將以可再生能源發(fā)電制氫為主，氫氣平均制備成本降至10元/kg。
3、氫能源應(yīng)用展望
我國(guó)目前氫氣產(chǎn)能約4100萬(wàn)噸/年，產(chǎn)量約3342萬(wàn)噸，換算熱值占終端能源總量份額僅2.7%。據(jù)《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2019/2020》數(shù)據(jù)，至2050年，我國(guó)氫氣年需求量將提升至6000萬(wàn)噸，在終端能源體系中占比達(dá)10%；其中交通運(yùn)輸、工業(yè)領(lǐng)域、建筑及其他領(lǐng)域用氫占比分別達(dá)41%、57%、2%，在生產(chǎn)工藝中可再生能源制氫比例將達(dá)到70%。至2060年為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，氫氣年需求量將增加至1.3億噸左右，在我國(guó)終端能源體系中占比達(dá)到20%。
上文提到氯堿廠以食鹽水為原料，采用離子膜電解法生產(chǎn)出燒堿、氯氣、以及副產(chǎn)品氫氣。氯堿工業(yè)除了產(chǎn)出主要產(chǎn)品燒堿外，另外產(chǎn)出品液氯則屬于劇毒化學(xué)品，一旦泄漏容易造成人員財(cái)產(chǎn)損失及環(huán)境污染，儲(chǔ)存超過5噸就列為重大危險(xiǎn)源，如何消耗氯氣一直是行業(yè)所面臨的問題。發(fā)達(dá)國(guó)家的氯堿產(chǎn)業(yè)依托大型石化裝置，配套高附加值的有機(jī)氯產(chǎn)品消耗富余氯氣，但國(guó)內(nèi)氯堿企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈延伸較短，對(duì)有機(jī)氯產(chǎn)品開發(fā)力度不夠，難以消化大量富余氯氣，甚至部分氯堿企業(yè)以每噸補(bǔ)貼幾百元的方式將氯氣液化后外售，這對(duì)于企業(yè)的經(jīng)營(yíng)能力造成比較大的影響。從目前國(guó)內(nèi)氯堿配套產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，PVC(6441,36.00,0.56%)裝置作為主要耗氯手段，PVC在液氯下游占比接近30%。
在PVC生產(chǎn)工藝中，乙烯法是通過乙烯和氯氣結(jié)合生成二氯乙烷，在裂解為氯乙烯單體，最后成為PVC，而國(guó)內(nèi)乙烯法裝置較少，多采用電石法裝置，這時(shí)氯氣和氫氣生成氯化氫，再與電石獲得的乙炔聚合為氯乙烯單體，因此對(duì)于國(guó)內(nèi)大多氯堿裝置而言，離子膜電解產(chǎn)生氫氣的主要目的是為了消耗氯氣，而從氯堿工藝?yán)碚摦a(chǎn)出品中看到氯氣的產(chǎn)量遠(yuǎn)多于氫氣，因此部分企業(yè)甚至需要通過其他方式產(chǎn)生氫氣來(lái)消耗富余的氯氣。
整體來(lái)看，燒堿產(chǎn)能大概在4600萬(wàn)噸左右，其中接近一半的裝置配套有PVC,那么對(duì)于此部分氯堿企業(yè)而言，產(chǎn)生的氫氣多用于自身循環(huán)生產(chǎn)，而剩余裝置產(chǎn)能如用理論產(chǎn)量來(lái)看，可產(chǎn)生57.5萬(wàn)噸左右的氫氣，對(duì)整體需求量影響較小。目前多數(shù)氯堿企業(yè)仍是將氫氣用于自身產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，很少將專門生產(chǎn)氫能源用于外銷產(chǎn)生利潤(rùn)，而且由于氫燃料電池以及氫能源汽車研發(fā)投入較大，對(duì)于傳統(tǒng)化工企業(yè)而言介入新行業(yè)短期較難。
三總結(jié)
在“碳中和”背景下氫能源因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在未來(lái)發(fā)展空間巨大，但由于運(yùn)輸及儲(chǔ)存方面的技術(shù)問題制約氫能源的大規(guī)模的應(yīng)用。從制氫技術(shù)上看，主要包括化石能源、工業(yè)副產(chǎn)及電解水，當(dāng)前我國(guó)憑借著煤炭的資源稟賦成為全球最大的制氫國(guó)家，但由于其配套裝置多投資大、二氧化碳排放大，更適合中央工廠規(guī)?；兄茪鋪?lái)平攤成本，天然氣制氫則相對(duì)于海外并無(wú)成本優(yōu)勢(shì)。工業(yè)副產(chǎn)制氫在成本和減排方面有顯著優(yōu)勢(shì)，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期階段，適于規(guī)?；茝V發(fā)展，但從中長(zhǎng)期看工業(yè)副產(chǎn)氫多為設(shè)備循環(huán)利用，另外由于“碳中和”，未來(lái)氯堿及焦?fàn)t裝置新增產(chǎn)能受限，供給端很難有大幅度的提升，外銷氫能源應(yīng)用于其他行業(yè)的比例較少。電解水制氫則是未來(lái)將成為主要的制氫方式，我國(guó)可再生能源的裝機(jī)潛力較大，將棄電用于電解水制氫將緩解其成本過高劣勢(shì)。
整體來(lái)看，氯堿工業(yè)制氫產(chǎn)量占比有限，且多數(shù)燒堿企業(yè)是將氫氣與副產(chǎn)品氯氣結(jié)合作為配套PVC生產(chǎn)原料之一，從工藝上看噸燒堿配套產(chǎn)生氯氣0.88噸、氫氣0.025噸，因此對(duì)于部分氯堿企業(yè)而言，甚至需要通過其他方式獲得氫氣來(lái)消耗富裕的氯氣，此外在“碳中和”背景下，燒堿和PVC電石法產(chǎn)能在未來(lái)均會(huì)受到限制，這也意味著氯堿副產(chǎn)氫氣的產(chǎn)能將很難有大幅度的增長(zhǎng)，目前對(duì)于傳統(tǒng)的氯堿公司而言，氫能源并不是它們主要業(yè)務(wù)來(lái)源，中短期對(duì)于其業(yè)績(jī)影響幅度較小，雖然未來(lái)氫燃料汽車及燃料電池將成為國(guó)內(nèi)主要?dú)淠苄枨螅洚a(chǎn)業(yè)前期投資較大，對(duì)于一般氯堿化工企業(yè)而言跨行參與的可能性也不大。
