创新科技赋能碳中和：技术创新如何助力千行百业实现碳中和目标？-头豹研究院.pdf-solarbe文库

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5 2 1 3 . 7 6 2 1 . 1 8 6 3 . 5 4 电解水制氢天然气制氢工业副产制氢煤制氢电解水制氢技术综述加快绿氢制备技术发展刻不容缓为实现双碳目标，中国氢气需求量在2050年达6,000万吨，在能源体系中占比10，但目前制氢产能严重不足，2050年氢能缺口或达2,500万吨。从供给结构上看，中国目前主要的氢气来源为化石燃料，电解水制氢占比极小。但化石燃料制氢一方面原料受能源转型的影响供给量减少；另一方面制氢过程二氧化碳排放增加，无法作为最优的制氢选择。全流程零碳排放的绿氢技术，如电解水制氢技术，是未来氢气制备的主攻方向来源经济参考报，中国氢能联盟研究院，光大证券，电解水制氢技术发展现状及瓶颈分析，OFweek 氢能网，头豹研究院中国氢气供给结构，2019年单位定义电解水制氢是充满电解液的电解槽在直流电的作用下，通过电化学过程，将水分解为氢气和氧气的过程。根据电解质的区别，可分为碱性电解（ALK）、阴离子交换膜电解（AEM、质子交换膜电解（PEM）、固体氧化物电解（SOEC）四大类，其中AEM尚处在基础材料研发阶段 ALK PEM SOEC 技术阶段转化效率 60-75 70-90 85-100 运行温度 ℃ 70-90 50-80 700-1,000 电解槽成本美元/kw 400-600 约2,000 1,000-1,500 电源要求稳定稳定/波动稳定特点技术成熟、成本低良好的可再生能源适应性部分电能可用热能代替电解水制氢技术不同电解质技术对比及效果直接减少二氧化碳排放量 2020年全球化石燃料制氢产生二氧化碳排放量近9亿吨，占全球能源和工业二氧化碳排放的2.5。采用碳中性或负碳的电解水制氢技术，能够直接有效地减少该部分碳排放 1 提高可再生能源电力利用效率 PEM电解制氢适配波动性较大的可再生能源发电系统，按制氢耗电量为5千瓦时/标方计算，2021年全国弃风、弃光电量可用于生产54.8亿标方的高纯度氢气，增加可再生能源电力的消纳途径 2 背景介绍发展情况技术介绍 Ø 挑战①当前煤气化制氢成本为1.1元/Nm3，而电解水制氢耗电成本已达3.34元/Nm3，电费约占电解水制氢成本的80，过高的电费限制电解水制氢技术推广；②中国制氢资源地域间分配不平衡，且储运技术相对落后，管束车和车载瓶现有标准未超过国外标准的50，氢气储运成本较高电解水制氢技术可直接减少二氧化碳的排放，增加可再生能源电力消纳路径，但目前发展受到电力成本和储运成本过高的限制www.leadleo.com 400-072-5588 头豹碳中和简报科技碳中和 5 公司名称宝丰能源成立时间2005年总部地址中国宁夏对应行业化工行业宁夏宝丰能源集团股份有限公司（以下简称“宝丰能源”）是中国优质煤基新材料行业领军企业，以煤为原料，打造了全国规模最大、产业链最完善的能源化工产业集群。2019年开始布局氢能产业，每年绿氢产能扩大3亿标方，未来将形成年产百亿标方、百万吨绿氢产业规模，实现清洁能源、交通运输、储氢、运氢、加氢等多领域拓展延伸的氢能全产业链一体化发展，为国家实现“碳中和”目标助力宝丰能源投建的国家级太阳能电解水制氢综合示范项目产耗结合，就地消纳可再生能源，同时将制氢装置融合煤化工产业，推动传统能源转型升级国家级太阳能电解水制氢综合示范项目来源氢云链，CHFE，国家能源网，北青网，公司官网，头豹研究院案例宝丰能源投建的国家级太阳能电解水制氢综合示范项目利用太阳能生产的电能电解水生成绿氢和绿氧，替代原料煤和燃料煤直供化工系统生产聚乙烯、聚丙烯等上百种高端化工产品。该项目装载了20 万千瓦光伏发电装置、1,000标方/小时的电解槽以及气化分离器、氢气纯化设备等装置系统效果项目全部投产后，预计每年氢气产量达1.6亿标方，氧气产量为0.8亿标方，可减少煤炭消耗25.4万吨，减少二氧化碳排放44.5万吨。未来可通过技术升级，将发电成本控制在0.068元/度，绿氢生产成本控制在0.7元/标方电网光伏制氢氢气储存氢气运输氢气发电机（燃料电池）加氢站化工厂电力 H 2 光伏制氢流程图项目启示 Ø 产耗结合，就地消纳可再生能源。国家级太阳能电解水制氢综合示范项目将太阳能制备氢气与大规模耗氢工业相结合，就地消纳光伏电量，一方面解决了氢气大规模运输和长距离储运的问题，另一方面光伏发电系统产生的直流电直接供应制氢，提高能源利用效率，降低制氢成本 Ø 电解水制氢推动传统能源产业升级。宝丰能源推动电解水制氢装置与与公司煤化工产业融合，降低产业链综合成本。企业300万吨煤焦化多联产项目全线投产，每年新增焦炉煤气可生产 12亿方氢气，降碳减排成效显著www.leadleo.com 400-072-5588 头豹碳中和简报科技碳中和 6 智能电网综述电网结构亟需转型可再生能源发电一方面受天气影响，随机性和波动性大；另一方面由于资源分布与经济发展水平不相匹配，电量供需不平衡。近几年来弃风、弃光率有所下降，但从数值上看，2021年弃风电量和弃光电分别达 206亿千瓦时及68亿千瓦时，仍存在巨大的资源浪费。十四五规划明确提出，2025年中国可再生能源在一次能源消费增量中占比超50，电网结构亟需转型，提高可再生能源电力利用效率来源国家能源局，国际电力网，电力工业网，东吴证券，头豹研究院定义智能电网是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的自动控制和管理技术，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标的新型电力系统网络，朝着可再生能源时空互补性、直流电网技术、超导与新材料技术的应用、信息技术的运用与智能微网技术四个方向发展提高可再生能源并网消纳能力智能电网可实现跨时间及跨区域的资源优化配置，如各区域风能互补后,1分钟时间尺度输出功率波动率相比单个站点下降48.8、74.7，基本满足中国现行风电并网要求，推动可再生能源的规模化利用，解决因能源时空分布不均导致的弃风弃光现象 1 推动电力系统低碳经济运行发电厂商通过现代科技的应用，提高电力设备的使用效率，降低电能损耗；同时用户根据用电系统合理选择用电方式，实现经济与环保的双重效应 2 背景介绍发展情况技术介绍 Ø 现状中国正处于配电网智能化和新型电力系统建设阶段，十四五期间，南方电网预计投入3,200亿元进行配电网建设，国家电网计划电网投资5,,012亿元 Ø 挑战①智能电网建设成本高、投资周期，此外上网价格、补贴机制及技术要求尚未明晰，企业投资积极性不足；②分布式能源减少传统电力公司市场份额和利润，企业配合度低，智能电网建设受阻 4 1 9 2 7 7 1 6 9 1 6 6 2 0 6 7 3 5 5 4 6 5 3 6 8 0 2 4 6 8 1 0 1 2 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 2 0 1 7年 2 0 1 8年 2 0 1 9年 2 0 2 0年 2 0 2 1年弃风电量弃光电量弃风率弃光率中国弃风、弃光情况，2017-2021年单位亿千瓦时智能电网全景图及效果智慧家庭智慧工厂光伏发电生物质发电风力发电火力发电核能发电水力发电智能电网智能电网提高可再生能源并网消纳能力，推动电力系统低碳经济运行，中国目前正处于配电网智能化和新型电力系统建设阶段www.leadleo.com 400-072-5588 头豹碳中和简报科技碳中和 7 中国电信、国家电网和华为共建的青岛5G智能电网项目为传统电网升级和 “5G”起示范作用，展现了技术融合推动技术发展的强大生命力青岛5G智能电网项目来源国家能源局，国际电力网，电力工业网，东吴证券，头豹研究院案例中国电信牵头联合国家电网山东青岛供电公司和华为技术有限公司共同打造青岛 5G智能电网项目，是国内规模最大的5G智能电网项目，实现了基于5G SA切片的智能分布式配电、变电站作业监护及电网态势感知、5G基站削峰填谷供电等新应用效果利用5G4K摄像头监控设施运行状况，节省80现场巡检人力物力；借助5G超低延时，实现秒级甚至毫秒级时间解决电力故障；通过削峰填谷电源，平衡电网整体负荷，单基站节省电耗20、电费1.38万元，大大降低5G基站运维成本项目启示 Ø 技术融合推动技术发展。5G技术赋能智能电网，智能电网通过减少5G基站电耗，反作用于5G 技术的发展。截至2022年6月，中国已建成5G基站数量超160万，使用智能电网为基站供电将产生巨大的经济和社会效益 Ø “智能电网5G”起示范作用。5G智能电网一方面推动传统电力系统转型升级，提升电网智能化水平；另一方面拓展“5G传统领域”发展思路，提高能源利用效率，助力双碳目标公司名称中国电信成立时间2002年总部地址中国北京对应行业通信行业公司名称国家电网成立时间2002年总部地址中国北京对应行业电力行业公司名称华为成立时间1987年总部地址中国深圳对应行业通信科技行业中国三大电信运营商之一全球最先进的 5G技术制造商全球最大的电力公司基于5G SA切片的智能电网技术原理图网络切片管理平台电力公司维护管理系统 eMBB 切片高宽带需求 mMTC 切片大规模连接需求 uRLLC 切片低QoS时延需求 5G RAN 传输 MEC 传输 5G Core 配电自动化精准负控智能分布式配电自动化、精准负荷控制低压集抄、现场环境监测变电站视频监控、机器人巡检、输电线路无人机巡检边缘DC 区域DC 中心DCwww.leadleo.com 400-072-5588 头豹碳中和简报科技碳中和 8 相关报告产出一览碳中和系列2021年中国氢能产业链研究 https//www.leadleo.com/report/readingid60f5 299b9b8e8002cd9d8ec9 2021 年中国电力行业概览 https//www.leadleo.com/report/detailsid6013c 6a290b986537368df1c 碳中和系列报告2021年中国海上风电行业概览 https//www.leadleo.com/report/detailsid61dfd eb17cc397045509c704 2021年科技力量助力国家战略发展白皮书 https//www.leadleo.com/report/detailsid60f7d ad29b8e8002cd9da244www.leadleo.com 400-072-5588 头豹碳中和简报科技碳中和 9 法律声明 u 本报告著作权归头豹所有，未经书面许可，任何机构或个人不得以任何形式翻版、复刻、发表或引用。若征得头豹同意进行引用、刊发的，需在允许的范围内使用，并注明出处为“头豹研究院”，且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节或修改。 u 本报告分析师具有专业研究能力，保证报告数据均来自合法合规渠道，观点产出及数据分析基于分析师对行业的客观理解，本报告不受任何第三方授意或影响。 u 本报告所涉及的观点或信息仅供参考，不构成任何证券或基金投资建议。本报告仅在相关法律许可的情况下发放，并仅为提供信息而发放，概不构成任何广告或证券研究报告。在法律许可的情况下，头豹可能会为报告中提及的企业提供或争取提供投融资或咨询等相关服务。 u 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