【Danfoss】綠氫：平衡之要401mb

綠氫平衡之要影響力系列白皮書第五冊1影響力系列白皮書第五冊既又擴保大持氫電能網(wǎng)規(guī)穩(wěn)模定Mika

Kulju一過程既事關(guān)緊迫，又錯綜復雜。有人希望尋找靈丹成為綠色轉(zhuǎn)型中爭議最大的話題之一。且成本可控序言丹佛斯集團傳動事業(yè)部總裁全球?qū)夂蜃兓挠懻撚訜崃遥渲袣淠茏鳛橐?/p>

但是，無論我們將氫能視為靈丹妙藥，還是繼續(xù)就如個新近出現(xiàn)的能源載體，不僅引發(fā)各方激烈的討論

此兩極化的觀點進行激烈的爭論，都無益于我們達和爭議，也是全球各地媒體熱議的話題。既有擁躉

成凈零目標。在擺脫化石能源的轉(zhuǎn)型中，綠氫將會發(fā)者贊之曰“奇跡燃料”，也有人提出警示，稱之為

揮關(guān)鍵作用。當前，氫能主要還是聚焦于傳統(tǒng)應用領無法擺脫化石能源的代價高昂的雙刃劍。 域。在重工業(yè)、長途運輸?shù)入y以減排的行業(yè)，需要加面對氣候變化，行業(yè)正在探尋可持續(xù)的應對之道，這 快推廣氫能應用。好消息是，我們已經(jīng)掌握了降低綠氫制備成本所需的技術(shù)。妙藥，也不難理解。同樣，氫能效用的相關(guān)研究使其 正如上一冊《影響力系列白皮書》第四冊所述，為將全球溫升幅度控制在1.5℃之內(nèi)，我們必須采用可再生能源發(fā)電技術(shù)替代化石燃料發(fā)電技術(shù)。2影響力系列白皮書第五冊在2050年前實現(xiàn)凈零排放”1。源系統(tǒng)。減排的行業(yè)脫碳。要應對這個挑戰(zhàn)，氫能是關(guān)鍵。歷經(jīng)多年反復辯論無果，這一情況在阿聯(lián)酋迪拜舉行 求量也很大。事實上，到2050年，制氫能耗將超過目的第28屆締約方大會（COP28）上最終得到承認。會 前電力需求總量的一半2,3,4,5。上，198個締約方同意“擺脫各類化石能源，讓世界 若要充分發(fā)掘氫能潛力，又不壓垮能源網(wǎng)絡，我們就要高效制氫、智慧用氫，包括改造現(xiàn)有灰氫生產(chǎn)設關(guān)鍵在于，歷史性地擺脫化石能源意味著，我們必 施，使其轉(zhuǎn)產(chǎn)綠氫。須棄用傳統(tǒng)能源技術(shù)和系統(tǒng)，改用充分電氣化的能 本文將聚焦于平衡且體系化的氫能發(fā)展方式提出一系列原則，使得政府、行業(yè)中的決策制定者既能高效擴COP28傳來的消息，令人鼓舞。但是，盡管提高能

大制氫規(guī)模，又能避免可再生能源生產(chǎn)或者財務資源效、推進電氣化、擴大利用可再生能源的決議作用巨

壓力失控。通過降低整體能耗、高效制氫、智慧用大，卻只能讓我們部分達到凈零目標。補上能源轉(zhuǎn)型

氫，我們可以在全球范圍內(nèi)，幫助當前碳排放過高的的最后一塊拼圖，要靠替代性低排放燃料，實現(xiàn)最難

行業(yè)和工藝實現(xiàn)有效減排降碳。就像其它環(huán)境優(yōu)化技術(shù)一樣，氫能也不能包打天低排放氫能是減排降碳的多面手，在可再生能源發(fā)電

下。我們需要一個整體的且具有成本效益的發(fā)展路供大于求時，可以用于儲存余能。如果是用可再生能

徑。毫無疑問，氫能必將會在綠色轉(zhuǎn)型中發(fā)揮關(guān)鍵源制氫，氫能就能使農(nóng)業(yè)、航空、航運、重工等行業(yè)

作用。我們已經(jīng)掌握了快速、經(jīng)濟、可持續(xù)的氫能提前幾十年實現(xiàn)間接的電氣化。 技術(shù)。現(xiàn)在要做的，就是不再糾結(jié)極端，而是開始盡管綠氫的應用前景廣闊，但市場對可再生能源的需

擁抱未來機遇hengbaojiang@曲

磊數(shù)據(jù)中心解決方ulei@danfoss.com朱

陽綠氫

/

ESG能效提升1822116

5212yang.zhu@唐小輝儲能、工業(yè)熱泵解決方angxiaohui@丹佛斯行業(yè)專家?guī)欤ò疵鬃帜概判颍┏虒毥?練

俊船舶解決方案 新能源汽車功率半導體解決方un.lian@芮小東電子廠房解決方uixiaodong@王

超電氣化解決方hao.wang@3影響力系列白皮書第五冊依托實證證據(jù)和可靠信源，《影響力系列白皮書》第五冊闡述了氫能在未來能源體系中的定位。本文討論氫能和制氫時使用的術(shù)語有異于國際標準或法規(guī)。目前，不論電網(wǎng)上的電力來自什么能源，電解制氫都被視為“綠色”。利用可再生能源電力進行制氫，則術(shù)語各異。但在本冊之中，我們將利用可再生能源電力生產(chǎn)的氫能稱為“綠氫”，碳排放強度趨近于零。遵循國際能源署6,7

和歐盟8

對于通過可再生能源發(fā)電制氫和配套技術(shù)的化石燃料（天然氣和煤制氣）制氫的定義，本冊會在個別論述中會將其稱之為“低排放氫能”，包括“藍氫”和“綠氫”。這些術(shù)語在行業(yè)文獻中廣泛使用，但沒有標準定義。特別感謝Mathias

Berg

Rosendal(DTU管理學院能源經(jīng)濟與建模專業(yè)博士生)

為本文初稿提供的寶貴意見和建議。本文僅代表丹佛斯公司的觀點。其完整性和準確性不應歸責于任何外部審稿人員或?qū)嶓w。丹佛斯《影響力系列白皮書》第五冊由丹佛斯集團傳播與公共事務部分析團隊編寫。如有點評或問題，請聯(lián)系丹佛斯集團傳播與公共事務分析團隊負責人Sara

Vad

S?rensen:

sara.sorensen@。4影響力系列白皮書第五冊首先要實現(xiàn)電氣化、

減少能源需求綠氫制備能耗大、成本高，制氫所需的可再生能源并不是免費資源。在大規(guī)模應用氫能之前，先要采取一切可能的措施，推廣電氣化，提高能源效率。提高能效是最經(jīng)濟的凈零之道。高效制氫到2050年，制氫能耗將超過目前電力總需求的一半9,10,11,12。因此，對于減少能源浪費而言，提高電氫轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。此外，制氫時間也很關(guān)鍵。如能在電網(wǎng)中的可再生能源富余（且廉價）時制氫，就可以降低電網(wǎng)側(cè)的成本和壓力。最后，制氫地點也很重要。如能在現(xiàn)有或規(guī)劃的區(qū)域能源系統(tǒng)附近布局電解廠，就可以利用余熱制備熱水，為住宅等建筑物供熱，而不是白白浪費。電解廠選址還要保證鄰近豐富且潔凈水源，且生產(chǎn)過程應避免影響飲用、農(nóng)業(yè)等其它用水活動。智慧用氫雖然氫能供應預計將會大幅增加，但由于制氫能耗高，氫能仍將是高成本的稀缺資源。因此，必須明智且審慎地使用氫能。只要設備和工藝能夠電氣化，就應直接電氣化。氫能目前仍然集中于傳統(tǒng)用途，需要在重工業(yè)、長途運輸?shù)入y以減排的行業(yè)迅速擴大氫能使用。綠氫關(guān)鍵要點只有兩分鐘？H25影響力系列白皮書第五冊氫能釋要氫能是什么？氫是宇宙中最常見的化學元素，雖然無色無臭無味，卻是構(gòu)成所有維持人類生命的事物的主要物質(zhì)，我們喝的水、為我們送來溫暖的太陽，甚至于人體本身。但是，氫盡管經(jīng)常被稱為“宇宙的基本構(gòu)成要素”，卻很少以自由狀態(tài)（氣態(tài)）的形式出現(xiàn)。恰恰在這種狀態(tài)下，它讓能源系統(tǒng)深度脫碳的力量。為何需要氫能？轉(zhuǎn)型方面具有很大潛力。在鋼鐵、水泥、長途航空等很多行業(yè)，能源強度非常高，這些行業(yè)同完全實現(xiàn)電氣化、使用可再生能源驅(qū)動還有很大距離。面對迫在眉睫的氣候危機，我們必須探索一切可能。在高強度、高溫作業(yè)的直接電氣化技術(shù)尚未開發(fā)完成的階段，通過采用綠氫實現(xiàn)間接電氣化，可以更早啟動脫碳進程。由于綠氫燃燒不排放溫室氣體，氫能在這些行業(yè)是替代化石燃料的良好選擇，如果使用得當且有節(jié)制，可以有力推動這些行業(yè)脫碳。如果用可再生電力制備綠氫，那么隨著未來電網(wǎng)大規(guī)氫不但構(gòu)成了浩瀚的宇宙，而且在地球上發(fā)揮著

重大 模消納可再生電力，制氫過程還能成為穩(wěn)定電網(wǎng)的作用。第一，作為高效能量載體，氫可以儲存能量。 利器?？稍偕茉吹墓┬鑳啥硕加胁▌?，且峰谷時間第二，氫可以燃燒，或轉(zhuǎn)化為電燃料(e-fuel)，這是一 往往并不同步。如在晴空萬里太陽能豐富時，或在風種不使用化石燃料生產(chǎn)的合成燃料，可以作為甲醇或 力充足之時，我們家中的電燈和爐灶卻不在使用，光煤油等傳統(tǒng)化石燃料的低排放替代品。如果制備和使 伏電站和風電場所發(fā)電力則無法笑納，這時政府則需用得當，氫能對環(huán)境的影響會很小，從而在推動綠色 要向新能源電廠支付巨額停產(chǎn)補償費用（請見第15頁的“歐盟和英國的能源系統(tǒng)靈活性”案例）。但是，如能用富余能源制氫，不論是用作儲能，還是直接用6影響力系列白皮書第五冊灰氫利用天然氣、煤炭等化石燃料，通常通過蒸汽甲烷重整或煤氣化工藝制備?；覛淠壳罢嫉饺蛑茪淞康?5%，其制備過程會排放大量二氧化碳，每制備1千克灰氫，碳排放高達10-26千克16，因此灰氫并非綠色轉(zhuǎn)型的適宜選擇17。H2粉氫與綠氫一樣，粉氫也采用電解水工藝制備，但是利用的是核電。制備每千克粉氫的碳排放可以低至0.1-0.3千克20。核電備受爭議，容易引發(fā)多重政治考量。H2H2 綠氫通過將水分解為氫和氧的電解水工藝進行制備。只有當電力來自于可再生能源時，才能稱作“綠氫”13。每制備1千克綠氫，碳排放可在0.5-6.6千克14,15之間，是未來低排放氫能最有前景的來源之。藍氫藍氫制備工藝與灰氫相同，但是配套碳捕集和封存（CCS），捕集率可以達到85-95%，剩余5-15%的排放率18。藍氫被認為是低排放氫能，制備每千克藍氫會產(chǎn)生1.5-6.3千克的碳排放19，所以相比不是最清潔的選擇。H2還能催生兼具高能效和盈利性的氫能經(jīng)濟。氫能固然好處很多，但恐難成為解決氣候危機的靈丹妙藥。如下文所述，對于達到全球氣候目標，提高能效、直接電氣化、經(jīng)濟地推廣綠氫都很重要。作燃料，都不但可以避免棄風棄光和電網(wǎng)波動，而且 氫能各不相同制氫存在多種方式。但是，當前并沒有公認的標準能夠根

據(jù)不同的制氫方式來為氫能分類。因此，難以核定每

種制氫方式的排放值。下圖中描述了四種常見的

制氫方式。此外，白氫、青氫、紫氫等方式不太常見，或者尚且處于開發(fā)早期階段，所以不在本文討論之列。7影響力系列白皮書第五冊+ -可再生能源難以減排的行業(yè)電解水氧

氫

電力水圖1：采用可再生電力電解制備綠氫電解水工藝：通往綠氫之路放，目前卻仍占據(jù)全球制氫總量的絕大部分。低排放的其它制氫方式盡管存在，但只占全球制氫總量的千分之一21。最可行的低排放工藝是電解水制氫。為氫(H2)和氧(O2)。氧可以直接排入大氣，或者收集后500GW。但是，目前規(guī)劃的項目僅能在2030年將產(chǎn)能增至170-365GW22。這意味著，必須要么大幅擴大制常規(guī)制氫方式幾乎都要用到化石燃料，造成大量排 氫產(chǎn)能，要么采用能效措施降低需求。鑒于制氫成本高昂、資源密集，最經(jīng)濟的策略是首先盡一切可能實施電氣化和能效措施，然后用氫能滿足剩余（降低后的）需求。電解水，通常簡稱為“電解”，用電把水(H2O)分解 雖然電解成本目前很高，國際可再生能源機構(gòu)(IRENA)提出，通過降低電解槽成本，長期投資成本可以降低再利用。氫可以存儲起來，用于工業(yè)流程、生產(chǎn)化 多達八成23。前期投資于高效電解，有助于降低全生肥、燃料、熱能、電力等多種用途。采用可再生電力 命周期成本。下一章將會介紹，為什么說降低綠氫制電解制氫（即綠氫），可以將氫作為最終產(chǎn)品，代替 備成本的技術(shù)已經(jīng)具備。傳統(tǒng)燃料，實現(xiàn)減排降碳。氫能很多國家氣候戰(zhàn)略的重要組成部分。要實現(xiàn)巴黎協(xié)定規(guī)定的目標，在2030年前，電解能力就要超過8影響力系列白皮書第五冊降低綠氫制備成本的技術(shù)已經(jīng)具備9影響力系列白皮書第五冊高效制氫國際能源署(IEA)估計，在凈零情景下，全球電解用電總需求將在2050年達到1.48萬TWh24。這將主要由電力，才能為實現(xiàn)凈零目標足量制氫。如何避免制氫消耗過多可再生能源，以致于壓垮能源關(guān)鍵稀缺資源，不能用來制氫，而需留作他用。高效轉(zhuǎn)換中美歐等世界上最大的能源消費市場雄心勃勃的戰(zhàn) 能量轉(zhuǎn)換既很簡單，又復雜到匪夷所思。簡而言之，略驅(qū)動25,26,27。因此，即使能夠?qū)崿F(xiàn)能源系統(tǒng)各方面的 就是把能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，例如將風能效最大化，成功減少氫能總需求，也還是需要巨量 能轉(zhuǎn)換為電能、電能轉(zhuǎn)換為氫能，或者把天然氣轉(zhuǎn)換為熱能。但在實踐中，成功的能量轉(zhuǎn)換堪稱工程學的壯舉。要實現(xiàn)能源系統(tǒng)脫碳，就要通曉能量轉(zhuǎn)換的科學原理和實施落地。系統(tǒng)呢？首先，要考慮有沒有比氫能更加經(jīng)濟的替代方案，例如直接電氣化或者降低總體能源需求。其 每當能量形式改變，總會在轉(zhuǎn)換過程中損失一部分次，要盡量提高電解工藝能效，最大程度減少電解所 能量。能量損失最常見的形式就是發(fā)熱（請見第17消耗的可再生電力和水資源。在很多地方，二者都是 頁“制氫過程中余熱的利用”）。這往往是因為能量轉(zhuǎn)換設備的低效。例如，為了驅(qū)動汽車行駛，就需要把電力、汽油等能源轉(zhuǎn)化為另一種形式（例如動能）。但是，汽油發(fā)動機產(chǎn)生余熱較多，因此能效較低。實際上，汽油發(fā)動機的能量損失率平均為64-75%；相比之下，電動車的僅為15-20%28。此時，電動車的能量轉(zhuǎn)換效率更高，同等做功所需的能量更少。10影響力系列白皮書第五冊快、更經(jīng)濟。加壓，可以顯著提高電解效率。中，詳細探討了提高轉(zhuǎn)換效率的另一個關(guān)鍵步驟。制氫用水制氫需要大量用水。在缺水地區(qū)，如果規(guī)劃不當，制氫可能會加劇供水壓力30。這一類的熱力學基本原理也適用于制氫。各種制氫方

在灰氫制備中，蒸汽發(fā)生、冷卻等工藝流程需要用式的效率有高有低。實現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率最大化、能量損失

水。在藍氫制備中，還要進行碳捕集和封存(CCS)，最小化，對于在全球持續(xù)快速擴大制氫規(guī)模而言非常

也需要用水。綠氫制備要將水分解為氫和氧，同時冷重要。目前，以電制氫的能量損失率約為30%29。但

卻過程對水的需求也很大。盡管各種制氫技術(shù)都要用是，利用已有技術(shù)，可以采取措施，將其降到最低。

水，但是綠氫用水量少于藍氫，且有時甚至少于灰圍繞制氫，形成了冷卻、泵送等全套技術(shù)生態(tài)。優(yōu)先

氫。每制氫1千克，藍氫用水24-49升，灰氫用水18-31提高各步驟能效，可以產(chǎn)生重大效果，讓綠色轉(zhuǎn)型更升，綠氫用水18-22升31。即便電解制氫用水量少于其它制氫方式，當?shù)厮Y源對于制氫工藝降本增效，電解槽效率至關(guān)重要。新型

的可獲得性仍是需要考慮的實際問題。在干旱頻發(fā)、電解槽設計通過內(nèi)置冷卻（成熟且廣泛使用的熱

交換

淡水有限的地方，更是如此。電解槽冷卻對當?shù)厮Y器技術(shù)），可以大幅提升效率。要讓氫能可用，就需

源的消耗尤其巨大。所以，制氫建設規(guī)劃必須始終考要對其加壓。在制氫工藝中，這個環(huán)節(jié)能耗也很

大。

慮本地需求和資源稟賦。不過，干式制冷等冷卻技術(shù)在電解過程中同步加壓，而不是將其作為離開電解槽

可以另辟蹊徑，節(jié)約制氫用水。后的額外步驟，是實現(xiàn)高效綠色制氫的必要措

施。使

通過精心規(guī)劃綠氫生產(chǎn)布局、采用先進適用技術(shù)，可用高效高壓泵對電解槽的核心模塊（即水分解裝置）

以緩解綠氫用水壓力，減少對當?shù)氐挠绊憽＠?，可以為制氫裝置配建海水淡化和污水處理設施，并供應在本文第11頁題為“高效穩(wěn)定的交直流轉(zhuǎn)換”的案例

生活用水。海水淡化需要能源。隨著未來大量電解制氫，淡化用能也不容小覷。水的純化可以采用多種方式。其中，高效高壓泵能夠大幅節(jié)能。要實現(xiàn)綠氫的制備成本、能量損失和能源需求的最小化，就必須想方設法，實現(xiàn)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈每個環(huán)節(jié)效率的最大化。11影響力系列白皮書第五冊備，才能恢復電網(wǎng)穩(wěn)定。制氫將從電網(wǎng)大量取電，因此必須確保盡可能高效

低效率轉(zhuǎn)換器不但干擾電網(wǎng)運行（這在關(guān)于制氫的討制

氫，避免對電網(wǎng)造成不必要的干擾。為制備綠氫，

論中越發(fā)引人關(guān)注），而且會造成電解廠直流供電質(zhì)要用電解槽將水分解為氫和氧，因此需要消耗電力。

量低下。但是，市場上已經(jīng)有了更高效的轉(zhuǎn)換器，對電解槽都采用直流供電，但是電網(wǎng)卻采用交流輸電。

電網(wǎng)造成的干擾近乎于零，因此不再需要補償設備，普通干電池產(chǎn)生的是直流電，電流方向恒定。而電網(wǎng)

給電解廠的直流供電也更加清潔，整體制氫效率可提傳輸?shù)慕涣麟姷碾娏鞣较騽t定時變化。因此，電解制

升約1%32。這個提升幅度看似不大，但是全球范圍內(nèi)制氫時，需要把交流電轉(zhuǎn)換為直流電。交直流轉(zhuǎn)換設備

氫用電的1%卻足以滿足倫敦將近四年的用電需求33。如果性能不佳，會干擾電網(wǎng)運行，需要昂貴的補償設

此外，省去補償設備投資和維護成本，也可以抵銷部分先進轉(zhuǎn)換器的成本。而且，采用先進轉(zhuǎn)換器，還能簡化系統(tǒng)，提高電網(wǎng)韌性。案例高效穩(wěn)定的交直流轉(zhuǎn)換12影響力系列白皮書第五冊要實現(xiàn)能源系統(tǒng)脫碳，就要通曉能量轉(zhuǎn)換的科學原理和實施落地。13影響力系列白皮書第五冊發(fā)實揮現(xiàn)氫減能排和靈降活本性的現(xiàn)實方案。對于高效制氫而言，制備的方式和時間都很重要。設 也會有峰谷波動（見圖2）。在人們離家上班前、下想未來，我們將能在可再生電力充裕時制備氫能、短 班回家后的時段，會產(chǎn)生用能尖峰，但這與皓日當缺時反輸電網(wǎng)。利用制氫調(diào)劑余缺、提升能源系統(tǒng)靈 空、狂風呼嘯的時段不盡同步?；钚裕@絕不是科學幻想，而是今天就可以落地實施 對于未來能源系統(tǒng)，能源供給和使用時間的錯配構(gòu)成了一大挑戰(zhàn)。目前，即使在可再生能源占比較大的能全天能耗的起伏取決于人類的作息時間。凌晨，多數(shù)

源組合中，仍在采用化石能源調(diào)峰，造成大量不必要人還在夢鄉(xiāng)。清晨，新的一天開啟，建筑需要供水，

的排放。同樣，在風光資源豐富的時段，還要為棄風爐灶需要燃氣，家電需要用電。午間，用能略有下

棄光的可再生能源生產(chǎn)者提供每年數(shù)以億計的限產(chǎn)補降。傍晚，完成一天下午的工作學習，人們回到家

償34。然而，通過提高靈活性，到2030年就可以讓這中，洗衣做飯、天黑點燈，一個用能高峰又會到來。

種損失減少25%35，制氫在其中可以大有作為。入夜，人們就寢休息，能源需求也降至谷底。在發(fā)達的能源網(wǎng)絡中，能源需求周而復始，工作日大致如此。在依托可再生能源的未來能源系統(tǒng)中，能源生產(chǎn)14影響力系列白皮書第五冊圖2：通過在深夜、中午等可再生能源供大于求時制備綠氫，可以避免棄風棄光的成本，甚至可以在峰荷時段將氫能用作低排放的替代燃料能源供需嚴重錯配夜間上午下午中午夜間供給需求氫能是提高靈活性的利器徑之一。我們要在可再生能源供過于求時制氫。中午，陽光最為充足，但能耗相對較低。為拉平曲線、避免棄光，可以把富余的可再生電力輸往電解廠用于制氫。電力需求超過預期時，電解廠也可以快速響應，臨時減產(chǎn)停產(chǎn)。如果既不能啟動化石能源發(fā)電調(diào)峰，又不能補貼可再生能源生產(chǎn)者限產(chǎn)，就必須另辟蹊徑，提高能源靈活 此外，在四季之中，用能高峰是冬天，而可再生能源性。在可再生能源發(fā)電富余時制備綠氫，就是最佳途 生產(chǎn)高峰是夏天。可以采用氫能形式，將夏天生產(chǎn)的富余可再生電力儲存起來，在冬天電力供不應求時用氫發(fā)電。但是，由于電?

氫?

電轉(zhuǎn)換效率總計18-42%36，氫能不應用作發(fā)電的常規(guī)燃料。對于能否快速可持續(xù)地推廣氫能、避免不必要地影響可再生能源生產(chǎn)，制氫時間是成敗的關(guān)鍵。15影響力系列白皮書第五冊案例歐盟和英國的能源系統(tǒng)靈活性營商出售配套服務的潛在收入。研究證明，在歐洲和英國邁向靈活穩(wěn)定能源系統(tǒng)的過程中，制氫將會是最大的抓手。

當可再生電力供大于求時，會既浪費寶貴資源，又破壞電網(wǎng)穩(wěn)定。此時，可以啟動制氫，從而以氫儲能，穩(wěn)定電網(wǎng)運行。為應對近期的能源危機，英國和歐盟分別撥款1030億38歐元和6810億歐元

。面對能源危機，還可以用另一種方式提高韌性：整個歐盟和英國可以推廣需求側(cè)靈活性措施。此舉將大幅降對低政府巨額補貼的需求，并為社會和消費者節(jié)省開支。到2030年和2050年，整個歐盟和英國消費者可以分別平均節(jié)約電費7%和10%。丹佛斯委托進行了一項研究，分析歐盟和英國批發(fā)能

提高靈活性也是讓化石能源逐步退出發(fā)電的重要手段。源市場靈活性的潛力37。研究發(fā)現(xiàn)，如果積極務實推

到2030年，天然氣年發(fā)電量可以大幅下降106TWh，廣，可以創(chuàng)造可觀的社會和環(huán)境效益，并且降低消費

約合2022年歐盟發(fā)電用氣總量的五分之一39。同樣，者的能源支出。實際潛力可能更大，因為這項研究沒

到2030年，歐盟和英國可以每年減排二氧化碳4000萬有考慮配電網(wǎng)和內(nèi)部電網(wǎng)節(jié)省的投資，以及向系統(tǒng)運

噸，超過2021年丹麥國內(nèi)排放總量40。此外，到2030年和2050年，歐盟和英國可以每年節(jié)約社會成本105億歐元和155億歐元，這在很大程度上包括了需求側(cè)靈活性的建設成本。節(jié)省的費用中，有一部分將自于電纜投資，預計這一項投資將減少21%。這項研究基于在歐盟和英國的不同場景和靈活性程度中利用需求側(cè)靈活性解決方案。詳見《影響力系列白皮書》第四冊?能源效率

2.0：打造未來能源系統(tǒng)41。16影響力系列白皮書第五冊風能太陽能需求長時儲能儲存待用冬季春季夏季秋季電力圖3：氫能用于跨季儲能案例氫能用于跨季儲能電力需求一日之內(nèi)有起伏，季度之間也有波動。在高緯度地區(qū)，住宅冬天需要采暖。在中低緯度地區(qū)，住宅則需要在夏天制冷。在高緯度地區(qū)，可再生電力產(chǎn)量夏天更大，但電力需求冬天最高。要彌合供需缺口，必須籌劃長時儲能。電池成本高，而且

容量會衰減，所以用于長時儲能時并不理想。相比之下，

氫儲能容量大，長期能量損失小，單位電量成本低，因此

是長時儲能的更優(yōu)選擇。用低排放電力制氫，則可以氫儲電。從鹽穴到儲罐，可以采用多種可行方式儲氫42。這讓氫能成為跨季能量平衡的理想選擇43。用鹽穴儲氫，需要排空鹽水。在排水的同時，可以發(fā)揮鹽濃度高的優(yōu)勢，通過反滲透過程發(fā)電，從而提高氫能全流程整體效率。此外，還可以改造現(xiàn)有天然氣管道，將其用于輸氫44，遠距離輸送富余的低排放電力，實現(xiàn)異地供能，打造類似于現(xiàn)在天然氣市場的氫能市場。儲氫可以滿足多種用途，但短期儲能效率則遜于電池等其它形式。氫能可以成為電力調(diào)峰的經(jīng)濟且可持續(xù)的選擇。因為只需要少量氫能，就可以滿足一年的調(diào)峰需求45,46。以氫儲能目前成本較高，但隨著技術(shù)進步，未來有望降低47,48。17影響力系列白皮書第五冊制的氫利過用程中余熱需要充分利用各行業(yè)一切可用能源?余熱自不必說。在能源系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，都有余熱排放和能源浪費。對于能效提升而言，余熱是沉睡的巨人，如能有效回收利用，則有望大規(guī)模替代化石燃料、電力等寶貴能源，實現(xiàn)降本減排?？稍偕茉床⒎侨≈槐M、用之不竭。但是，在全面 余熱的全球潛力電氣化的能源系統(tǒng)里，可再生能源需求巨大。因此，機器一運行就會發(fā)熱。想想冰箱后面的溫度就能理解。對于超市、數(shù)據(jù)中心、污水廠、地鐵站和電解廠等分布在全球各地的更大體量的機器設備而言，也是如此。到2030年，在全球能源投入中，多達53%將以余熱形式遭到浪費49。余熱如能回收，環(huán)境也會受益良多。如果余熱回收率充分達到理論潛力值，可以戰(zhàn)略性地開展行業(yè)耦合，是最有效的余熱利用方式。所謂行業(yè)耦合，就是要讓不同行業(yè)部門協(xié)同增效，共 降低全球排放10-19%50。同實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。行業(yè)耦合摒棄各自為政，旨在促成跨行業(yè)互補，減少浪費，提升系統(tǒng)整體效能。通過擴大余熱等替代能源的利用規(guī)模，行業(yè)耦合還有助于緩解能源網(wǎng)絡的壓力。無論是綠氫、藍氫還是灰氫，大規(guī)模制氫都會產(chǎn)生大量余熱（請見第19頁案例“制氫過程中產(chǎn)生的余熱”）。本章將立足于全球和地區(qū)層面，探究來自制氫等主要來源的余熱的減排潛力。18影響力系列白皮書第五冊每年浪費的熱能約有2860TWh，其中很大比例可以重復利用52。相比之下，這個數(shù)字接近全歐住宅和服務及英國，每年合計約為3180TWh53。在能源系統(tǒng)中，供熱是最大的能源用途之一。在歐 例如，中國北方的工業(yè)部門僅在采暖季就會產(chǎn)生約洲，供熱占到年度終端用能50%以上，多數(shù)仍舊依靠 813TWh的余熱57。想象一下，中國全國各行各業(yè)總共化石燃料供熱，其中近一半來自天然氣51。同時，歐 會產(chǎn)生多少余熱！洲所有城市都有豐富的余熱資源可以利用。在歐盟，余熱之外業(yè)建筑對供暖和熱水的能源需求總量?在歐盟27國 不但綠氫制備產(chǎn)生的水熱資源可以利用（請見第10頁），而且電解工藝產(chǎn)生的多余氧氣也可利用。例在某些國家，余熱潛力與供熱總需求不相上下54。例 如，通過科學規(guī)劃和行業(yè)耦合，可將氧氣用于污水處如，荷蘭的年度余熱總量高達156TWh55，而熱水和空 理、醫(yī)療衛(wèi)生、高效高爐、富氧燃燒。由此，可以充間供熱需求每年只有152TWh56。在世界其它地區(qū)，情 分利用制氫能源，節(jié)約寶貴資源，減少浪費。況也大致如此?！霸谖覀兊哪茉聪到y(tǒng)中，到處都有廢熱排入大氣，形成能源浪費。對于能效提升而言，余熱是沉睡的巨人。”19影響力系列白皮書第五冊大，且有增無減（見圖4）。但是，電解會產(chǎn)生大量熱能，我們要么任由其排入大氣消失不見，要么加以利用作為住宅和單位供應熱能和熱水。只有科學規(guī)劃制氫布局，才能釋放余熱潛力。例如，電解廠應該臨近基礎設施，方便接入?yún)^(qū)域供熱網(wǎng)或工業(yè)園區(qū)等熱能用戶。這在今天已經(jīng)切實可行。若干項目正在進行，很快就能利用區(qū)域能源系統(tǒng)輸送電解余熱，溫暖千家萬戶58,59。余熱的實際利用水平受到多種因素影響。例如，要充分發(fā)揮余熱潛力，就要大規(guī)模建設區(qū)域能源系統(tǒng)。此外，熱能需求雖在各地都有，但卻未必相同。電解余熱回收的理論潛力巨大。因此，未來，在全球各地規(guī)劃能源基礎設施時，如未能將這一點納入考量，就會案例制氫過程中產(chǎn)生的余熱未來，在電解工藝的推動下，制氫用電需求總量巨 這些熱能可在回收后用于區(qū)域供熱。這1917TWh的熱能相當于今天全球煤炭（全球最大的供熱源）制熱量的80%以上。僅在歐盟，就可以在2030年前回收114TWh，超出德國當前居民供熱需求一倍有余。中國在2060年有望回收440-636TWh制氫產(chǎn)生的余熱，相當于2021年中國制熱量的27-39%60。拉美地區(qū)的電解制氫總量到2030年可能達到600萬噸，其中45%產(chǎn)自智利。智利電解制氫用能需求為142TWh，其中可以回收31TWh余熱。智利已將區(qū)域能源納入未來規(guī)劃。一份路線圖顯示，到2050年，智利40%的供熱需求將由區(qū)域供熱滿足，余熱應整合在其中61。當然，這些潛力是理論上的。實際潛能取決于多種因素，例如本地熱能需求、與區(qū)域能源系統(tǒng)的距離以及釀成重大政策失誤。 未來的電解能效水平。但是，這些潛力顯示出，區(qū)域到2050

年，全球可回收的電解余熱理論潛力高達 能源和余熱如果能在能源系統(tǒng)長期規(guī)劃中得到考慮，1917TWh。如果制氫設施臨近合適的區(qū)域能源系統(tǒng)， 就可以為實現(xiàn)1.5℃溫升目標做出重大貢獻。20影響力系列白皮書第五冊制氫將在2050年成為用電需求最高的行業(yè)圖4：彭博新能源財經(jīng)凈零情景中的全球電力需求來源6220102020203020402050年份030,00020,00010,00040,00050,000TWh80,00070,00060,000其它制氫交通建筑工業(yè)21影響力系列白皮書第五冊案例基礎設施投資計劃的一部分，這些中心旨在促進重載運輸、化工、鋼鐵、水泥等難以脫碳的部門和工藝實現(xiàn)減排。美國能源部表示，這些中心每年將為終端用戶減排近2500萬噸二氧化碳64。這七個中心將合計年產(chǎn)近300萬噸“清潔氫”。白宮將其定義為利用可再生能源、核能、生物質(zhì)能或天然氣假設電解制氫占到三分之二，美國每年電解用電量將石

能源制熱的20%66。將余熱納入能源系統(tǒng)的潛力非常可觀。例如，只要電解廠和氫能網(wǎng)絡規(guī)劃得當，區(qū)域供熱網(wǎng)絡和工業(yè)園區(qū)美國推動“清潔氫”的機遇會不會被浪費2023年10月，拜登政府宣布，對七個“區(qū)域清潔氫中

就很適合發(fā)展余熱再利用。在民用和商用低溫供熱需心”進行70億美元的公共投資……以加快發(fā)展美國國

求來源地和清潔氫中心選址之間，存在很大交集67。內(nèi)低成本清潔氫市場63。作為一項1.2萬億美元的全美

在加利福尼亞、賓夕法尼亞、伊利諾伊、明尼蘇達、俄亥俄和密歇根等州尤其如此。這些州擁有龐大的區(qū)域能源網(wǎng)絡，服務芝加哥、底特律等一些全美規(guī)模最大、能源強度最

高的城市。雖然全國各地的供熱需求并不是全年都很高，但通過區(qū)域能源網(wǎng)絡，利用余熱全年供應熱水和季節(jié)性空間供熱，可以大大減少使用化石燃料制熱。此外，除了制備，并捕集封存任何伴生碳排放的氫能65。在為這些 減排，余熱再利用也可降本。每將一個單位的余熱納中心撥付的70億美元中，約有三分之二與電解制氫相 入?yún)^(qū)域供熱網(wǎng)絡，網(wǎng)絡所有者可以少買一個單位的化關(guān)，其余

三分之一將支持其它制氫形式。 石能源熱量。換言之，我們本已為余熱支付成本，但卻

任由余熱（和鈔票）排入大氣、隨風而逝。會達到111TWh。這將產(chǎn)生巨量熱能。通過目前已經(jīng)

當然，只有優(yōu)先選擇臨近區(qū)域能源網(wǎng)絡和工業(yè)園區(qū)等具備的區(qū)域能源系統(tǒng)，其中有24TWh余熱可以重復利

用熱大戶、科學規(guī)劃能源布局，才能發(fā)揮擬建區(qū)域清用。2022年，美國使用了106TWh的煤炭和油氣制熱。

潔氫中心重復利用余熱的潛力。要避免錯失減排降本這意味著，電解余熱回收的理論潛力超過美國利用化

機遇，無論是在美國還是世界其它地方，政府領導等關(guān)鍵決策

者都要將余熱置于清潔氫革命的中心

。22影響力系列白皮書第五冊全美清潔氫中心圖5：在全美各地新建七個清潔氫中心，將大大增加美國國內(nèi)制氫產(chǎn)量。如果規(guī)劃得當，其產(chǎn)生的巨量余熱可以成為區(qū)域供熱網(wǎng)絡和工業(yè)園區(qū)的低排放熱源。ORNVAKHINMAZUTCONEKSIAMOARLAMSALTNKYILWIINMIVAOHRINJDEMDDCWVPANYVTNHMACTMEGASCNCFLOKWYCAWAIDMTTXNDSDMN中大西洋中心阿巴拉契亞中心加利福尼亞中心墨西哥灣沿岸中心中部中心中西部中心西北太平洋中心清潔氫中心23影響力系列白皮書第五冊智慧用氫氫作為能源載體，效能強，用途廣。但是，高效能未

投資需求也是巨大的。因此，要實現(xiàn)具備成本效益的必代表高效率。實際上，綠氫制備成本高昂，考慮到

轉(zhuǎn)型，就要考慮氫能在哪些領域能夠創(chuàng)造最大潛在收其規(guī)模，就要消耗大量可再生電力。而電解工藝又會

益。本文第7頁指出，今天只有不到1%的氫能是采用損失能量。當氫能轉(zhuǎn)回電能，進而轉(zhuǎn)換為其它低排放

電解法綠色制氫。現(xiàn)有生產(chǎn)設備脫碳是當務之急。需燃料時，能量損失則會更多。氫能盡管可以在能源系

要改造灰氫制備裝置，使之能夠轉(zhuǎn)產(chǎn)綠氫，并繼續(xù)利統(tǒng)脫碳中大顯身手，但終究還是昂貴且有限的資源。

用現(xiàn)有氫能基礎設施。要在2050年滿足低排放氫能需求，需要投入巨資68。

綠氫制備是能源密集型產(chǎn)業(yè)，需要巨量電力保障。這但是，未來實際需要多少氫能呢？歐盟計劃到2030年

意味著，氫能必須作為遠洋航運、國際航空、鋼鐵水時自產(chǎn)和進口合計666TWh的氫能，全部采用低排放

泥等難以脫碳行業(yè)的最后手段。很多國家正在考慮采能源制備69。這大致相當于140座核電站的發(fā)電量70。

用氫能發(fā)電或供熱。用氫能滿足峰荷需求固然不錯，一項研究指出，歐盟可以通過著力提升能源效率和電

但用作常規(guī)電源或熱源則效率很低?？稍偕茉匆约皻饣剑瑫r大規(guī)模推廣太陽能、風能、區(qū)域供熱

熱泵等多種方案實為后者的更優(yōu)選擇。作為稀缺資和高效熱泵，將用氫需求減至大約116TWh（不到原

源，氫能應當慎用。來的五分之一）71。即便如此，到2030年供應116TWh氫能仍是雄心勃勃，需要巨量電力。這會對電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行構(gòu)成挑戰(zhàn)。24影響力系列白皮書第五冊要實現(xiàn)具備成本效益的轉(zhuǎn)型，就要考慮氫能在哪些領域能夠創(chuàng)造最大潛在收益。25影響力系列白皮書第五冊以正確的方式用氫用氫方式既有高效的，也有低效的。空間供熱就需裝機容量就小多了。配套熱泵后，只需要67GW的海上風電裝機。采用區(qū)域供熱（便于利用周邊建筑需求甚至更小。用氫能供熱，海上風電場需要占用5.2萬平方公里海域。如果改用熱泵，海上風電場只需9000平方千米。熱源從氫能改為熱泵，僅需六分之一的電能就可以保障英國人溫暖過冬74，如果熱泵搭配區(qū)域能源，用電量還是低效用氫的例子72。如果用海上風電低碳制氫， 能進一步降低。為英國住宅供熱，需要385GW的裝機容量才夠用。所幸，隨著752025年后新建住宅禁止安裝鍋爐

。由但是，未來十年全球海上風電預計新增裝機僅為380GW73。如果用熱泵或區(qū)域能源作為熱源，英國所 此，關(guān)于是否用氫能為住宅供熱的辯論在英國已有定論。但是，還有很多國家，特別是在歐洲76,77，爭論仍很激烈?？茖W結(jié)論很清楚，熱泵和區(qū)域能源是和工業(yè)余熱為住宅供熱）為人口密集區(qū)供熱，電力 更有效的解決方案，應被視為未來住宅供暖脫碳的主要方式78。在下述案例中，我們會深入分析智慧用氫的方式，例如生產(chǎn)幾乎零排放的燃料，以及如何以氫能為抓手，實現(xiàn)食物生產(chǎn)脫碳。“即使電解水產(chǎn)能的增長速度與風能和太陽能一樣快，綠氫供應在短期內(nèi)仍將稀缺，從長期來看也是不確定的79。”26影響力系列白皮書第五冊圖6：來源：氫科學聯(lián)盟（Hydrogen

Science

Coalition）用熱泵或綠氫為英國供暖綠氫與熱泵相比使用氫為建筑供熱所需的海上風力發(fā)電量是后者的6倍150吉瓦可再生電力可2再6生吉電瓦力23

吉瓦電力來自環(huán)境的熱量107吉瓦可再生氫77吉瓦可再生氫70吉瓦家庭供暖家7庭0吉供瓦暖存英房國量英國存房量廢熱43吉瓦熱泵廢熱43吉瓦傳輸(90%)交流/直流轉(zhuǎn)換(95%)電解

(75%)鍋爐(90%)壓縮(90%)傳輸（80%）熱泵(300%)廢熱30吉瓦廢熱7吉瓦67千兆瓦裝機容量9000平方公里海洋面積385吉瓦裝機量52000

平方公里的海洋面積27影響力系列白皮書第五冊案例電制燃料（E-fueling）的未來即便是在無法高效電氣化的領域，我們?nèi)匀豢梢詫崿F(xiàn) 轉(zhuǎn)換流程的每一步都會損失能量。例如，以電制氫退彈化。例如，生產(chǎn)鋼鐵水泥需要極高溫度。溫度 時，會損失30%左右的能量81。再把氫能轉(zhuǎn)為電制燃料要求如此之高，以致于電爐還不能高效達標。高溫工 等可靈活使用的能源時，還會損失更多能量。由于有藝電氣化雖然在技術(shù)上有所進展，但還沒有成規(guī)模運 能量損失，這些電制燃料的能效未必高于化石燃料。行。因此，除了化石燃料，幾乎別無選擇。同樣，在 但是，到2050年時，絕大多數(shù)電力會來自可再生能航空、遠洋航運等行業(yè)，電機雖然可以提供足夠動 源，如果用其制氫，則是能源密集型行業(yè)脫碳的可行力，但其所需的電池過于笨重，占用空間太大。在這 路徑。這些行業(yè)的脫碳直到最近還被看做白日做夢。兩種情況下，氫能是最有希望的助力脫碳的選擇。氫能可以轉(zhuǎn)化為電制氨、電制煤油、電制甲醇等替代燃料，進而滿足高溫作業(yè)、長途運輸?shù)刃袠I(yè)或工藝的需求。此外，氫燃料電池技術(shù)也在開發(fā)之中，經(jīng)過氫氧結(jié)合釋放能量，驅(qū)動船舶、飛機和重卡，使其不再依賴化石能源。28影響力系列白皮書第五冊案例：利用低碳氨實現(xiàn)農(nóng)業(yè)脫碳全球終端能耗的2%84。業(yè)生產(chǎn)流程的情況下實現(xiàn)脫碳87。農(nóng)業(yè)占到全球排放的12%，未來只會更多83。由于作物 目前的制氨工藝是將天然氣分解為氫和二氧化碳，然和畜牧業(yè)的排放強度都很大，農(nóng)業(yè)是最難脫碳的行業(yè) 后在高溫高壓的環(huán)境下讓氫與大氣中的氮相結(jié)合，業(yè)之一。其中部分原因在于化肥生產(chǎn)。氨是化肥必需的 界

將此稱為哈伯法88。營養(yǎng)物質(zhì)，目前70%用于化肥生產(chǎn)。沒有氨，作物就 這種方法會排放大量溫室氣體，因為它會把二氧化碳不能生長。但是，制氨約占全球碳排放的1.3%，以及 排入大氣。每制備1噸氨，就會排放1.6-2.6噸二氧化碳89,90,91。未來可從可再生來源供應制氨所需的氫和電到2040年，化肥用氨需求將接近翻番，氨的總需求將 力，大大降低制氨排放92。國際能源署認為，要實現(xiàn)巴增加一倍以上85。盡管需求不斷增加，但制氨排放量 黎協(xié)定下的溫升目標，約三分之一的制氨減排量需要必須減少

95%86。用氫氣實現(xiàn)制氨行業(yè)的脫碳，可能是 來自電解制氫93。食物生產(chǎn)脫碳的最大抓手之一，可以在不打破現(xiàn)有農(nóng)目前，全球范圍內(nèi)，正在醞釀近250個電解制氨項目94。國際組織和政策制定者們逐漸意識到，綠氨也是未來的一部分95。29影響力系列白皮書第五冊政策建

議政策制定者為高效大規(guī)模推廣氫能設置恰當監(jiān)管和經(jīng)濟框架的時機已經(jīng)到來。需要中央和地方各級政府提供公共支持，破除障礙提升監(jiān)管效能、完善實施方案。此外，還需要促進跨國跨行業(yè)合作，實現(xiàn)協(xié)同增效。這些舉措也很可能推動綠氫的創(chuàng)新、需求和增長。氫能涉及多種復雜因素。要充分釋放氫能經(jīng)濟的潛力，就要加以應對。今天，天然氣制氫仍是主流，全球采用可再生電力通過水解法制備的綠氫占比不足1%

(請見第7頁)。要實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》規(guī)定的目標，就要盡早大幅度擴大綠氫占比。可以從灰氫裝備改造入手，使其轉(zhuǎn)產(chǎn)綠氫，并且用好現(xiàn)有氫能基礎設施。此外，用氫需求仍以制氨、煉化等傳統(tǒng)用途為主。冶鐵煉鋼、重載運輸?shù)入y以脫碳行業(yè)用氫仍然非常有限96。氫能的綠色轉(zhuǎn)型技術(shù)仍不成熟。采取以下總體原則和政策措施，可以加快制氫行業(yè)向著具有成本效益的綠色制氫轉(zhuǎn)型。30影響力系列白皮書第五冊總體政策原則能效提升和電氣化先行。雖然綠氫能夠打開通向綠色經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型之門，但是仍要重點關(guān)注能源系統(tǒng)各個要素最大程度的直接電氣化。之后，需要快速擴大綠氫而非高排放氫能的規(guī)模。將氫能用于難以減排的行業(yè)。對于尚且不能全面脫碳的行業(yè)而言，綠氫不失為實現(xiàn)減排脫碳、間接電氣化的方案，包括重工業(yè)脫碳、利用氨實現(xiàn)農(nóng)業(yè)脫碳、以綠氫生產(chǎn)電制燃料等。氫能要和可再生能源協(xié)同開發(fā)。電解需要電網(wǎng)大量供電。制氫不應讓電網(wǎng)不堪重

負。發(fā)展制氫，必須配套發(fā)展可再生電力。充分利用綠氫制備產(chǎn)生的余熱。電解制氫會損失大量熱能。經(jīng)過合理規(guī)劃，相當部分的制氫余熱可以回收，用于區(qū)域供熱或者微網(wǎng)。探索更多行業(yè)整合機會。綠氫制備大量用電用水，并產(chǎn)生豐富的可用余熱。在建設前期，我們必須通盤考慮行業(yè)耦合。例如，缺水地區(qū)可能需要配套淡化裝置，既為電解供應純水，又為當?shù)毓?1影響力系列白皮書第五冊鼓勵綠氫制備補貼研發(fā)，提高綠氫制備可行性。電解制氫成本高，限制了經(jīng)濟可行性。如果電解槽成本下降（請見第7頁），投資成本有望降低八成。減稅降費?《通脹削減法》為綠氫提供的稅收減免（IRA

Clean

Hydrogen

Production

Credit)

?非常重要。歐盟氫能銀行（EUHydrogen

Bank）等金融工具也可以有力推動綠氫價值鏈投資。在需求側(cè)，也應鼓勵綠氫煉鋼、綠氫重載運輸?shù)刃滦陀猛镜难邪l(fā)。強化投資者和客戶的付費意愿。在國家氫能戰(zhàn)略支持下制定清晰目標，能為投資者帶來可預見性和穩(wěn)定性。確保綠氫未來需求?尤其是難以減排行業(yè)的需求?有利于降低項目當期風險，鼓勵上游投資。對培育綠氫市場而言，提升長期可行性非常重要。減稅降費，促進氫能發(fā)展。破除限制整個綠氫供應鏈交易和投資的障礙。對電解槽和氫衍生物征收費用，不利于促進綠氫發(fā)展。為了增加綠氫需求、激勵綠氫投資，應當給予綠氫及其衍生物稅費減免。逐步取消化石燃料補貼，能夠進一步縮小灰氫、藍氫和綠氫經(jīng)濟性的差距。完善基礎設施，保障氫能轉(zhuǎn)型?？尚行酝Q于基礎設施。如果氫能基礎設施規(guī)劃建設力度不足，投資者和市場主體將難以預見綠氫的可行性。在有些情況下，可以改造現(xiàn)有天然氣管道，將其轉(zhuǎn)為輸氫。優(yōu)化政府采購策略，激發(fā)綠氫市場活力。要求難以減排的行業(yè)履行政府合同，例如新建建筑使用綠色鋼鐵、長途航運使用電制燃料。鼓勵投資于可再生能源潛力豐富的發(fā)展中國家。很多發(fā)展中國家擁有大量可再生能源可供開發(fā)，得到擴產(chǎn)所需投資后，就能大規(guī)模制備綠氫，既增加出口帶動國內(nèi)經(jīng)濟，又滿足國外氫能進口需求。H232影響力系列白皮書第五冊高效制氫推行高效制氫標準。為了減少綠氫制備對可再生能源的需求，應為制氫效率制定標準。例如，可以考慮制定法規(guī)，鼓勵使用高效電網(wǎng)變頻器，淘汰低效加壓方法和技術(shù)。避免制氫加劇缺水。不論采取哪種方式制氫，都需要大量用水。例如，常規(guī)高碳制氫，以及配套碳捕集和封存技術(shù)（CCS）的制氫，在生成蒸汽和冷卻時，都需要大量用水。綠氫制備雖然在電解環(huán)節(jié)也要用水，但實為最節(jié)水的制氫方式。精心規(guī)劃制氫工藝、使用高效淡化技術(shù)，乃是關(guān)鍵所在。以氫能為工具，提高靈活性。高效制氫既涉及制氫方式，也事關(guān)制氫時間。在可再生電力供過于求時制氫，可以以氫儲電，滿足峰荷需求，加快淘汰化石能源電廠。發(fā)揮制氫的靈活性，還可以平衡和穩(wěn)定電網(wǎng)，避免抑制可再生能源發(fā)電。33影響力系列白皮書第五冊這個案例將探討未來電解制氫可用余熱的理論潛力，涉及的電解技術(shù)包括堿性電解槽（AEC）、質(zhì)子交換膜電解槽（PEM）和固體氧化物電解槽（SOEC）。有關(guān)這些技術(shù)的技術(shù)說明，請參閱丹麥能源署（未AEC、PEM和SOEC技術(shù)的加權(quán)投入產(chǎn)出來 解制氫將采用AEC、PEM、SOEC等多種技術(shù)。表

A.1

列出了

2030

年這些技術(shù)的預期占比，以及

AEC、PEM

和

SOEC

的外推，以涵蓋其它技術(shù)。在外推中，由于缺乏更好的數(shù)據(jù)，減少。附電解錄余：熱recHL

[%

電力投入]

=·

100

區(qū)域供熱的可回收熱量

[%

占熱損失的比例] inPower

[%

總投入](1)表

A.1：2030

年以及

AEC、PEM

和

SOEC

外推為覆蓋其它技術(shù)時的

AEC、PEM、SOEC

和其它技術(shù)之間的預期分布

百分比技術(shù) AECPEMSOEC其它2030a 54%23%9%14%AEC、PEM和SOEC外推b 63%27%10%-a

國際能源署（2023）《全球氫能回顧2023》（Global

Hydrogen

Review

2023）。表

3.7：2050凈零排放情景下根據(jù)項目公告的各地區(qū)不同技術(shù)電解槽制造能力，2021-2030，第72頁。b

因為缺乏其它技術(shù)的效率、投入和產(chǎn)出數(shù)據(jù)，故將AEC、PEM和SOEC技術(shù)比例外推至其它技術(shù)后估算得出。表A.2：

AEC、PEM、SOEC的投入和產(chǎn)出以及從三者得出的加權(quán)平均值。公式縮寫 100兆a瓦級堿性電解制氫

100兆瓦級質(zhì)子交a

換膜電

100兆瓦a

級固體氧化物電

100兆瓦級AEC、PEM

b(AEC) 解制氫(PEMEC) 解制氫 和SOEC制氫加權(quán)平均值投入電力

(%

總投入

[MWh

/

MWh])in203020402050203020402050203020402050203020402050Power10010010010010010080.581.481.498.098.198.100000019.518.618.62.01.91.9H,out62.265.369.958.561.666.469.670.572.561.964.869.212.613.214.112.012.713.716.016.316.812.813.414.325.321.515.929.525.719.914.413.210.725.321.816.53.03.03.03.03.03.014.413.210.74.24.03.822.318.512.926.522.716.900021.217.812.7HLrec21.618.113.0熱

(%

總投入

[MWh

/

MWh])Output產(chǎn)氫

(%

總投入

[MWh

/

MWh])ΔE

從HHV到LHV

(%

總投入

電力

[MWh

/

MWh])c熱損失

(%

總投入

[MWh

/

MWh])不可回收的熱損失占比[%-占熱損失比例]區(qū)域供熱可回收熱能的比例[%-占熱損失比例]區(qū)域供熱可回收熱能(%

占電力投入比例

[MWh/MWh])da

來源：丹麥能源署（2024）：可再生燃料技術(shù)數(shù)據(jù)（Technology

DataforRenewable

Fuels）b

來源：丹佛斯計算。AEC、PEM

和

SOEC

的投入和產(chǎn)出是根據(jù)

2030

年電解技術(shù)的外推預期分布進行加權(quán)的（表

A.1）。由于缺乏數(shù)據(jù)，2030

年的分布適用于

2040

年和

2050

年。c

丹麥能源署：HHV

電解槽效率可以計算為各行之和：“從

HHV

到

LHV

的

ΔE”和“氫氣”。d

丹佛斯計算：見公式1。98表

A.2

顯示了

2030

年、

2040

年和

2050

年

AEC、PEM和

SOEC

的能源輸入（例如電力）和產(chǎn)出（例如氫氣和熱量）的估計值

，與這三種電解槽技術(shù)的加權(quán)平均值

一并列示。加權(quán)平均值由表A.1中AEC、PEM和SOEC的外推預期分布確定。對于反映AEC、PEM和SOEC的加權(quán)平均值，2030年、2040年和2050年的電力投入約為98%。這是因為熱量也是2050年電解制氫全球余熱潛力99國際能源署估計，到2050年，電解電力總需求將達到14800TWh

。公式1得出，

2050年的HLrec將為13%。這意味著，到2050年，13%的電力投入理論上可以作為余熱回收，用于區(qū)域供熱。鑒于2050年的電解電力總需求將達到14800TWh，理論上可以回收1917

TWh的余熱，用于區(qū)域供熱。2021年，全球燃煤制熱總量為8,022,699

TJ（2229

TWh）100。1917

TWh相當于全球燃煤制熱總量的86%。34影響力系列白皮書第五冊歐盟2030年電解余熱歐盟計劃2030年制備333TWh的可再生氫能101。歐盟表示，將采用電解法制備可再生氫能102。電解用電需求如下（Powerdem

[TWh]）：根據(jù)公式2，在2030年，歐盟Powerdem

將會達到527TWh，單位電力投入可回收熱能HLrec為22%。這意味著，屆時理論上可以從歐盟電解制氫中回收114TWh的余熱。

在德國，2017年住宅民用供熱量達到了51.5TWh103。

這意味著，歐盟2030年電解理論可回收熱能總量足夠滿足德國2.2年的住宅和民用供熱需求。中國2060年電解余熱潛力2060年，中國制氫總量預計可達9000萬-1.3億噸，電解制氫占比80%104。按照每千克氫含有33.3KWh能量計算，屆時中國電解制氫將含有2400-3467TWh能量。在缺乏更精準數(shù)據(jù)的情況下，我們假設2050制氫加權(quán)均值（表A.2）可以代表中國2060年的情況。按照公式2，可以計算出2060年P(guān)owerdem為2401-4912TWh。2050年的HLrec是13%，意味著到2050年，13%的電力投入理論上可以余熱形式回收，用于區(qū)域供熱。以Powerdem計算可知，中國電解制氫余熱將達到440-636TWh。表A.3列示了中國2021年各種能源制熱量，以及電解可產(chǎn)生的余熱理論潛力值。中國余熱潛力可以滿足27-39%的燃煤制熱需求。demPower[TWh]

=in·

Power

[%

總投入] 電解制氫

[TWh] outH,

[%

總投入](2)表

A.3：2021

年中國各種能源及其與電解制氫潛在可回收余熱的比較2021年中國各種能源制熱量105煤炭石油天然氣生物燃料廢物合計單位5,922,8031,645229,99864778,87621610,735338,240116,980,6521,939TJTWh2021年中國各種能源制熱余熱回收潛力a2768999620429414,77121,3364,1475,9902333%%最高 39a

假設中國2060年電解制氫余熱回收潛力為440-636TWh。表A.4：2022

年美國各種能源制熱量及其與電解制氫潛在可回收余熱的比較2022年美國各種能源制熱量108煤炭石油天然氣生物燃料廢物合計煤油氣單位14,3194.027,6867.7339,75494.437,20510.316,1994.5135,163120.9381,759106.0TJTWh252275211922%2021年美國各種能源制熱余熱回收潛力a589 305a

假設美國電解制氫余熱回收潛力為24TWh。美國2030年電解余熱回收潛力106白宮提出了到2030年每年生產(chǎn)300萬噸清潔氫的戰(zhàn)略。在其宣布的投資中，三分之二將用于電解制氫

。國際能源署估計，到2030年，全球10770%的氫將來自電解

。在此基礎上，我們假設電解制氫在2030年將達到210萬噸，占制氫總量的三分之二。按照每千克氫含有33.3KWh能量計算，美國電解氫將含有70TWh能量。按照公式2可以計算出電解制氫總電力需求為111TWh。套用公式rec1可以算出，HL

為22%，所以余熱回收潛力為24TWh。2022年，美國利用煤炭、石油和天然氣制熱106TWh

(表A.4)。潛在可回收電解余熱為24TWh，相當于美國化石燃料制熱的22%智利2030年電解余熱回收潛力2030年，拉美地區(qū)電解制氫年產(chǎn)量可達600萬噸。其中，智利可占45%,達到270萬噸109。按每千克氫含有33.3KWh能量計算，智利電解制氫所含能量到2030年將達到90TWh。按照公式2可以計算出，2030年P(guān)owerdem

將為142TWh。2030年，每單位電力投入可回收熱HLrec為22%，意味著2030年智利電解制氫理論上可回收31TWh余熱。區(qū)域能源已經(jīng)進入智利的未來規(guī)劃余關(guān)于理論潛力v.

可實現(xiàn)潛力的總體評論熱理論潛力不同于可實現(xiàn)潛力。上述測算展示的是在所有余熱利用條件都達到最佳狀態(tài)時所能夠?qū)崿F(xiàn)的潛力。關(guān)于利用條件，可以舉三個例子：

1）首先要存在供熱

需2）如果已經(jīng)建立了區(qū)域供熱基礎設施，余熱利用會更加簡單，但很多地方還需要新建區(qū)域供熱系統(tǒng)；

3）還要考慮經(jīng)濟因素。一個地方

不一定既臨近供電網(wǎng)絡，又臨近區(qū)域供熱網(wǎng)絡，海上電解廠就是一例。35影響力系列白皮書第五冊注釋1.

COP28（2023）：COP28在迪拜達成了加速氣候行動的歷史性共識國際能源署（2022）：《世界能源展望》（World

Energy

Outlook），第136頁IRENA（日期不詳）：綠氫政策彭博新能源財經(jīng)（BloombergNEF）（2022）：《新能源展望》（

New

Energy

Outlook）德勤（2023）：《綠氫：凈零之路的能源》（Greenhydrogen:

Energizing

the

path

to

netzero），第13頁國際能源署（2022）：《世界能源展望》（World

Energy

Outlook），第327頁國際能源署（2023）《邁向根據(jù)排放強度定義氫》（Towards

hydrogen

definitionsbasedontheiremissions

intensity）8.

歐盟 （2020）

委員會致 議會、理事會、歐洲經(jīng)濟和社會委員會和地區(qū)委員會的信函：氣候中和歐洲的氫戰(zhàn)略（COMMUNICATION

FROM

THECOMMISSIONTOTHEEUROPEANPARLIAMENT,THECOUNCIL,THEEUROPEANECONOMICANDSOCIALCOMMITTEEANDTHECOMMITTEEOFTHE

REGIONS:Ahydrogen

strategy

for

a

climate-neutral

Europe），第3-4頁IEA

(2022).《世界能源展望》（World

Energy

Outlook）,

第136頁.IRENA（日期不詳）：綠氫政策11.

彭博新能源財經(jīng)（BloombergNEF）（2022）：《新能源展望》（NewEnergy

Outlook）12.

德勤（2023）：《綠氫：凈零之路的能源》（Green

hydrogen:

Energizing

the

path

to

netzero），第13頁13.

IRENA（2020）：《綠氫：政策制定指南》（Green

Hydrogen:

A

guide

to

policy

making），第8-9頁14.

國際能源署（2023）：《全球氫能回顧》（GlobalHydrogenReview），第87-88頁15.

哥本哈根氣候中心（Copenhagen

Climate

Centre）：《識別綠色、低碳和可再生氫之間的差異》（Identifyingthedifferencesinbetweengreen,low-carbon,and

renewablehydrogen），第10頁，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署16.

國際能源署（2023）：《全球氫能回顧》（GlobalHydrogenReview），第87-88頁17.

IRENA（2020）：《綠氫：政策制定指南》（Green

Hydrogen:A

guide

to

policy

making），第8-9頁18.

IRENA（2020）：《綠氫：政策制定指南》（Green

Hydrogen:A

guide

to

policy

making），第8-9頁19.

國際能源署（2023）：《全球氫能回顧》（Global

Hydrogen

Review）,

第87-88頁20.

國際能源署（2023）：《全球氫能回顧》（Global

Hydrogen

Review）,

第87-88頁21.

國際能源署（2023）：《全球氫能回顧》（Global

Hydrogen

Review）,

第68頁22.

國際能源署（2023）：《電解槽及其追蹤》（Electrolysers,

Tracking

Electrolysers）23.

IRENA(2023)：《綠色氫氣促進工業(yè)可持續(xù)發(fā)展》（Green

Hydrogen

for

SustainableIndustrial

Development），第19頁24.

國際能源署（2022）《世界能源展望》（World

Energy

Outlook）,

第136頁.25.

白宮（2023）：《拜登政府宣布建立區(qū)域清潔氫中心，以推動清潔制造和就業(yè)》（Biden-HarrisAdministrationAnnouncesRegionalCleanHydrogenHubsto

DriveCleanManufacturingand

Jobs）26.

國際能源署（2022）：《中國氫能生產(chǎn)行業(yè)應用二氧化碳捕集、利用與封存的機會》（Opportunities

for

Hydrogen

Production

with

CCUS

in

China）摘要27.

歐盟（2022）：《能源—氫能》（Energy–Hydrogen）28.

美國能源部：《能源向何處去：電動車》（Where

the

Energy

Goes:

ElectricCars）29.

Buitendach

等（2021）：《紋波電流對質(zhì)子交換膜電解槽效率的影響》工程成果（EffectofaripplecurrentontheefficiencyofaPEMelectrolyser.Results

inEngineering），第10卷第1-13頁30.

Tonelli等（2023）：《利用風能和太陽能資源電解制氫的全球土地和水域限制》（Global

land

and

water

limits

to

electrolytic

hydrogen

production

using

wind

andsolar

resources），《自然—通訊》第14期第5532號文章31.

IRENA（2023）：《制氫用水》（Water

for

hydrogen

production）32.

丹佛斯估計，依據(jù)Buitendach

等（2021）：《紋波電流對質(zhì)子交換膜電解槽效率的影響》工程成果（Effectof

a

ripple

current

on

the

efficiency

of

a

PEM

electrolyser.Results

in

Engineering），第10卷第1-13頁33.

2018年倫敦建筑和交通的年用電量為

37.82

TWh（倫敦市長（2022年）：倫敦能源年使用量）。2050年制氫用電需求將達到14800TWh（國際能源署（2022）：《世界能源展望》（World

Energy

Outlook）,

第136頁).

14

800

TWh

的

1%

為

148

TWh

。148TWh/37.82

TWh=

3.8，幾乎是