上海城市碳中和与氢能应用场景研究

[目的]我国的“双碳”战略为氢能的发展确定了方向。文章以上海为例,研究区域中心城市在碳中和目标下,通过能源替代实现城市减排进程及能源消费结构预测。绿色氢能与天然气、电力等低碳能源存在相互补充的关系,测算氢能的规模对城市氢能规划有着重要的意义,并以此对氢能发展提出前瞻性的预测和顶层设计建议。[方法]通过建立城市碳中和预测模型,对城市碳排放总量模拟分析,基于碳排放现状预测至2060年碳排放总量。根据能源替代减排公式,碳减排约束条件下的能源消费模型,预测氢能、电力、天然气等能源需求。通过氢能应用场景和供应来源调研,分析城市氢能的需求结构与供应构成。[结果]研究表明:上海预计2028年碳达峰,直接排放量峰值为2.09亿t,而后进入总量减排进程;2040年减排量达到峰值直至2060年实现碳中和。绿色氢能作为零碳能源,2030年逐步进入能源消费结构,2040年氢能需求总量约为300万t,约占总能源消费的11%;到2060年氢能需求总量约为835万t,达到总能源消费的21%。[结论]可由此构建合理的氢能供应与消费结构,建设氢能高速公路,通过氢能战略顶层设计,建设完善的安全结构、金融结构、生产结构、知识结构,掌握氢能定价权的区域氢能中心。

中国规模化氢能供应链的经济性分析

[目的]文章研究规模化氢能供应链的经济性,未来十年,氢能作为战略能源将会重构社会的能源结构,并影响未来社会能源总成本。预测大规模氢能时代的制氢、储氢、输氢、分销、应用的成本,和市场化的趋势有着重要的意义。氢气由于高储运成本,用途、品质的多样性,氢气市场存在分层结构。分析氢能与常规能源的可比价格,提出原油当量价格(POE)的概念,预测未来氢能价格的合理区间。解决供应链问题是获得低成本氢能的关键,由此提出干线门站模式,解决绿氢的资源分布与长距离输送氢能的问题。[方法]利用平准化氢气成本(LCOH)分析模型,测算大型光伏制氢管道输氢LCOH,分析大规模可再生能源制氢输氢的经济性。利用氢能供应链的储、输、卸六个象限成本公式,分析气氢、液氢、固氢、有机氢、管道氢等不同储运技术,短距离氢储运成本,分析门站后输氢的场景和成本,预测短距离输氢的成本趋势。[结果]研究表明:我国有丰富的绿氢资源,随着投资下降,预计大规模绿氢管道输送的城市门站LCOH将低于2.0 RMB/Nm^3,将成为未来主要的氢源。当前,氢储运技术气氢、液氢、甲醇、合成氨、有机氢、固氢、管道氢,随着规模的增加实现远距离输送。在现有的技术下,城市门站到终端的输送,氢短距输送(<100 km)测算成本都在1.2 RMB/Nm^3以下,由此评估的氢能供应链的总成本,干线门站模式下氢能最终到达终端的价格约为3.2 RMB/Nm^3,当量价格POE与汽油价格接近,考虑燃料电池的能效因素,氢能汽车在4.0 RMB/Nm^3的氢价下,具有比汽油车更低的百公里燃料费用。[结论]因此,氢能作为战略能源,在无补贴的情况下实现中国氢能源的绿氢替代,在技术经济上是可行的。