可再生能源制氫申報(bào)減排項(xiàng)目可行性分析研究

于姍姍 蘇玲彥

摘要： 氫能是最清潔的二次能源且來源廣泛，分析氫能項(xiàng)目減排機(jī)理、國(guó)際國(guó)內(nèi)氫氣方法學(xué)申請(qǐng)情況，結(jié)合國(guó)際國(guó)內(nèi)減排項(xiàng)目方法學(xué)特點(diǎn)和要求，梳理氫氣利用模式、制氫方式、成本及用戶等環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，以全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)為契機(jī)分析開發(fā)成為減排項(xiàng)目的可行性，提出氫能減排項(xiàng)目開發(fā)方向和項(xiàng)目要求，對(duì)于未來氫能項(xiàng)目開發(fā)減排項(xiàng)目提供建議。

關(guān)鍵詞： 可再生能源 氫能 全國(guó)碳市場(chǎng) 減排項(xiàng)目開發(fā)

中圖分類號(hào)： F42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2023）24-0175-03

本文通過分析氫氣的利用模式、用戶類型等，結(jié)合國(guó)內(nèi)外減排項(xiàng)目方法學(xué)特點(diǎn)和要求，梳理氫能相關(guān)方法學(xué)申報(bào)和開發(fā)方向，并對(duì)未來氫能項(xiàng)目開發(fā)減排項(xiàng)目提供建議。

1 氫能利用背景

我國(guó)采取行政和市場(chǎng)的手段來控制溫室氣體排放實(shí)現(xiàn)低碳化轉(zhuǎn)型發(fā)展，建立全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱全國(guó)碳市場(chǎng)）。2021 年7 月16 日，全國(guó)碳市場(chǎng)正式啟動(dòng)交易，減排項(xiàng)目涉及電力、林業(yè)等多領(lǐng)域，符合要求的項(xiàng)目可申請(qǐng)自愿減排項(xiàng)目并從碳市場(chǎng)獲益。

氫能作為清潔的二次能源是唯一可同時(shí)用于交通、儲(chǔ)能、發(fā)電等領(lǐng)域的新能源。氫能發(fā)展前景廣闊且具有減排屬性［1-3］，到2050 年氫能源有望推動(dòng)全球每年減少60 億噸CO2排放［4］。

2 氫能利用減排方法學(xué)研究進(jìn)展

2.1 國(guó)際國(guó)內(nèi)氫能相關(guān)方法學(xué)申報(bào)情況

目前國(guó)內(nèi)外尚無氫能相關(guān)的減排方法學(xué)獲得審批，由于氫能項(xiàng)目初始投資和成本高，需要額外補(bǔ)貼彌補(bǔ)，符合減排項(xiàng)目申請(qǐng)的額外性要求。

在清潔發(fā)展交易機(jī)制下，有兩項(xiàng)氫能減排方法學(xué)案例，兩個(gè)項(xiàng)目均為工業(yè)，均未獲得批準(zhǔn)。被駁回的主要原因有以下幾個(gè)方面。

2.1.1 基準(zhǔn)線

基準(zhǔn)線設(shè)定是方法學(xué)設(shè)計(jì)的核心問題?；鶞?zhǔn)線，是指在沒有減排項(xiàng)目情況下，為了提供同樣的服務(wù)質(zhì)量最有可能建設(shè)的其他項(xiàng)目所帶來的溫室氣體排放，由此可見，項(xiàng)目減排量為基準(zhǔn)線排放量與實(shí)施項(xiàng)目排放量的差值。基準(zhǔn)線需要設(shè)定嚴(yán)格的程序從法律法規(guī)、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行篩選。由于申報(bào)項(xiàng)目氫氣均來自工業(yè)生產(chǎn)過程，其氫氣來源的確定過程復(fù)雜，且氫氣具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，基準(zhǔn)線情景不能簡(jiǎn)單判定為排空或火炬燃燒處理。

2.1.2 項(xiàng)目邊界和泄漏

氫能項(xiàng)目的實(shí)施會(huì)潛在導(dǎo)致原有制氫過程產(chǎn)生額外的排放，因此將氫氣產(chǎn)生環(huán)節(jié)排除出邊界外不夠嚴(yán)謹(jǐn)；另外，還需要論證項(xiàng)目利用氫氣不會(huì)導(dǎo)致目前或潛在的氫氣用戶排放量的增加。

2.1.3 設(shè)備/項(xiàng)目剩余壽命確定

現(xiàn)有的減排項(xiàng)目通常采用10 年固定計(jì)入期或7 年可更新計(jì)入期，對(duì)于已有設(shè)施，應(yīng)包含設(shè)備剩余壽命確定步驟，其申請(qǐng)的減排量時(shí)長(zhǎng)不應(yīng)超過剩余壽命。

參考兩個(gè)駁回的方法學(xué)申請(qǐng)，對(duì)于工業(yè)副產(chǎn)來源的氫氣利用，由于其基準(zhǔn)線確定過程復(fù)雜，申請(qǐng)方法學(xué)難度較大。

2.2 批準(zhǔn)方法學(xué)情況

對(duì)于可再生能源制氫和氫燃料電池汽車，國(guó)內(nèi)已批準(zhǔn)了多項(xiàng)類似方法學(xué)可供參考，如表1 所示。

對(duì)于采用一次能源制氫的情形，由于其制氫成本較低且占比高，可能為制氫方式的基準(zhǔn)線情景。因此申請(qǐng)減排方法學(xué)具有潛力的領(lǐng)域?yàn)榭稍偕茉粗茪浜蜌淙剂想姵仄嚒?/p>

3 氫氣利用模式

3.1 制氫技術(shù)及成本分析

隨著氫能應(yīng)用的發(fā)展和推廣，未來氫氣的需求將快速增長(zhǎng)。目前，我國(guó)的氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、裝備和燃料成本偏高是制約氫能發(fā)展的最大障礙［5］。制氫的方式主要包括一次能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫、化工原料制氫、電解水制氫等。

3.1.1 一次能源制氫

一次能源制氫最成熟、成本低，但初始投資額大，適合大規(guī)模制氫，大規(guī)模應(yīng)用于合成氨、甲醇等化工原料氣等領(lǐng)域。

我國(guó)超過60% 的氫氣來源于煤制氫。煤制氫最低成本超過10.5 元/kg，加上提純、壓縮、儲(chǔ)運(yùn)等費(fèi)用，進(jìn)入加氫站約為40 元/kg［5-7］。按照煤制氫的反應(yīng)機(jī)理，完全反應(yīng)條件下，生產(chǎn)1 t H2最大副產(chǎn)22 t CO2。一次能源制氫可與碳捕集等方式結(jié)合，雖能降低溫室氣體CO2的排放，但會(huì)進(jìn)一步增加制氫的成本。

天然氣制氫的成本比煤制氫高一倍左右，在未進(jìn)行脫碳處理的情況下，制氫碳排放強(qiáng)度比煤制氫低一半。但天然氣進(jìn)口依存度高，過度依賴天然氣制氫不利于我國(guó)能源安全。

3.1.2 工業(yè)副產(chǎn)氫

工業(yè)副產(chǎn)氫指利用化工企業(yè)副產(chǎn)的富氫氣體、焦化、鋼鐵企業(yè)的焦?fàn)t煤氣等各種煤氣，經(jīng)氣體變壓吸附提純后獲取純度較高的氫氣。副產(chǎn)氫成本較低，是氫能發(fā)展初期最優(yōu)選擇。但工業(yè)副產(chǎn)制氫受化工產(chǎn)業(yè)布局的影響，從區(qū)域分布看，長(zhǎng)三角以及環(huán)渤海區(qū)域的山東利用工業(yè)副產(chǎn)氫具有較大優(yōu)勢(shì)。

3.1.3 化工原料制氫

化工原料制氫，如使用甲醇裂解、蒸汽重整或部分氧化、氨分解等方式制取氫氣。由于甲醇具有易于運(yùn)輸、易于獲得等特點(diǎn)，且甲醇裂解制氫和甲醇蒸汽重整制氫技術(shù)成熟，甲醇部分氧化技術(shù)目前尚未產(chǎn)業(yè)化。雖然化工原料制氫的制氫成本低，但目前僅適用于小規(guī)模制氫的場(chǎng)景。

3.1.4 電力制氫

電力制氫，主要是使用電力采用水電解裝置制氫。水電解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不用氫分離操作、從電力到氫的能量轉(zhuǎn)換效率比較高（60%～80%）。電解水制氫的成本較高，如果采用一般工業(yè)用電制氫，按照目前每度電1 元的價(jià)格來計(jì)算，制氫成本是煤制氫成本的8 倍左右。再加上提純、壓縮費(fèi)、儲(chǔ)運(yùn)以及相應(yīng)利潤(rùn)，進(jìn)入加氫站的價(jià)格估計(jì)將高達(dá)110 元/kg。因此，工業(yè)用電制氫不具有經(jīng)濟(jì)可行性。

從成本、環(huán)保減排、能源安全等綜合角度考慮，未來我國(guó)制氫的關(guān)鍵在于發(fā)展低碳低成本的可再生能源發(fā)電制氫。探索可再生能源富余電力轉(zhuǎn)化為熱能、冷能、氫能，實(shí)現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用是可再生能源制氫方向。發(fā)展可再生能源制氫不僅有利于減少污染排放，還可以幫助消納光伏、風(fēng)電等可再生能源發(fā)電，減少棄風(fēng)棄光率。2018 年中國(guó)棄風(fēng)、棄光電量分別達(dá)到277 億kW·h 和55 億kW·h，按制取1 kg 氫氣耗費(fèi)39.7 kWh 電能的折算比例，2018 年總棄電量可制氫約84 萬t，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)煤氣制氫總量的1/12、天然氣制氫總量的1/3。

3.2 氫氣終端用戶

氫氣用戶主要包括工業(yè)氫用戶、燃料電池分布式發(fā)電及燃料電池汽車。

3.2.1 工業(yè)氫用戶

工業(yè)氫用戶，主要是氨氣的生產(chǎn)以及燃料的加氫裂化和脫硫精練，三者占?xì)錃饪傁M(fèi)量的98% 以上，其他工業(yè)部門，如鋼鐵、玻璃、電子產(chǎn)品等的生產(chǎn)商也使用氫氣，但所占份額就很小。由于氫氣在儲(chǔ)存和運(yùn)輸方面的要求較為特殊，工業(yè)氫用戶的氫氣需求量大，制氫主要為現(xiàn)場(chǎng)供應(yīng)，氫氣主要來源于天然氣、石油和煤等一次能源制氫。

3.2.2 氫燃料電池分布式發(fā)電

國(guó)家能源局等部門下發(fā)的《能源技術(shù)革命重點(diǎn)創(chuàng)新行動(dòng)路線圖》，要發(fā)展燃料電池分布式發(fā)電技術(shù)，建立分布式發(fā)電產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)千瓦至百千瓦級(jí)質(zhì)子交換膜（PEMFC）系統(tǒng)在通信基站和分散電站等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用；實(shí)現(xiàn)百千瓦至兆瓦級(jí)固體氧化物燃料電池（SOFC）發(fā)電分布式能源系統(tǒng)示范應(yīng)用，發(fā)電效率達(dá)到60% 以上。氫燃料電池分布式發(fā)電應(yīng)用范圍具有局限性，適于邊遠(yuǎn)城市和工礦企業(yè)等分布式電站。

3.2.3 氫燃料電池汽車

燃料電池汽車通常采用與加氫站共同推廣的模式，即氫氣生產(chǎn)與消費(fèi)分離的模式，燃料電池車的推廣利用，將促進(jìn)傳統(tǒng)氫源格局的轉(zhuǎn)變。我國(guó)規(guī)劃到2030年，實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車的大規(guī)模推廣應(yīng)用，氫燃料電池汽車保有量達(dá)到100 萬輛。近年來，多地市發(fā)布燃料電池、氫能源規(guī)劃，僅根據(jù)上海、山東、張家口等地規(guī)劃，2020 年燃料電池車數(shù)量超1.3 萬輛，加氫站超100 座。

從氫燃料電池汽車使用成本分析，3.5T 的運(yùn)輸車百公里油耗為10 L，柴油價(jià)格為6.8 元/L；3.5T 的燃料電池物流車百公里耗氫量為2.5 kg，則與柴油價(jià)格具有同等競(jìng)爭(zhēng)力的氫氣價(jià)格為27 元/kg，因此降低氫氣制取成本將成為氫能發(fā)展的基礎(chǔ)條件。

對(duì)于燃料電池分布式發(fā)電項(xiàng)目，可參考表1 中類型（1）進(jìn)行方法學(xué)設(shè)計(jì)或提出現(xiàn)有方法學(xué)修改，對(duì)于燃料電池汽車，可參考表1 中類型（2）進(jìn)行方法學(xué)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語與討論

氫能是最清潔的二次能源，發(fā)展氫能將有力推動(dòng)低碳社會(huì)建設(shè)。由于氫能產(chǎn)業(yè)仍處于示范階段，氫能系統(tǒng)及配套技術(shù)尚未成熟，需要不斷通過技術(shù)創(chuàng)新降低氫能利用成本，更需要加大氫能的扶持力度，尋求碳市場(chǎng)等手段，推進(jìn)氫能良性發(fā)展。

通過梳理氫氣利用模式、制氫方式及用戶等方面特點(diǎn)，以及對(duì)潛在項(xiàng)目情景分析、基準(zhǔn)線情景的梳理，參考CDM 申報(bào)方法學(xué)的專家駁回意見，得出如下結(jié)論。

（1）減排項(xiàng)目類型選擇?？紤]煤基制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫氣來源及工業(yè)用戶的基準(zhǔn)線設(shè)計(jì)、論證的難度，建議針對(duì)可再生能源制氫及用戶（燃料電池汽車、分布式發(fā)電）的情形設(shè)計(jì)方法學(xué)。

（2）項(xiàng)目邊界設(shè)定。從方法學(xué)設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)性及規(guī)避潛在泄漏的情況，需包含氫氣利用的全過程，即氫氣制備—處理—運(yùn)輸—加氫站—用戶等環(huán)節(jié)。

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