2025年石化化工行業前景分析：綠氫將在石化化工行業中發揮重要作用

  中國報告大廳網訊，隨著全球對碳減排的重視以及新能源技術的不斷發展，綠氫在石化化工行業的應用前景愈發廣闊。預計到2025年，綠氫將在石化化工行業中發揮重要作用，助力行業實現碳減排目標，同時其經濟性和技術也將取得顯著進步。本文將深入探討綠氫在石化化工行業的應用現狀、經濟性分析、應用布局以及技術發展趨勢，為行業提供參考。

  一、石化化工行業氫氣供需現狀

  《2025-2030年中國化工和石化和儀器儀表自動化行業運營態勢與投資前景調查研究報告》指出，截至2020年底，我國制氫能力約為4100萬噸/年，產量為3342萬噸。我國制氫原料以煤為主，占總制氫能力的比例約為85%，其中煤制氫比例為65.3%，焦爐氣制氫(焦炭和蘭炭副產氫)比例為19.3%。其他制氫原料包括天然氣(煉廠干氣)、氯鹼副產、甲醇制氫及電解水制氫等，制氫能力占比分別為9.7%、3.3%、1.8%和0.6%。

  氫氣在我國石化化工行業主要用於合成氨、甲醇、現代煤化工、煉油等領域。按2020年各行業產品產能統計，生產合成氨的中間原料氫氣產能為1270萬噸/年，占比31%;生產甲醇(包括煤經甲醇制烯烴)的中間原料氫氣產能為1150萬噸/年，占比28%;現代煤化工範疇內的煤間接液化、煤直接液化、煤制天然氣、煤制乙二醇的中間原料氫氣產能為411萬噸/年，占比10%;煉廠用氫規模為450萬噸/年，占比11%;焦炭和蘭炭副產氫綜合利用規模(不包括制氨醇產能)為615萬噸/年，占比15%;其他方式氫氣利用比例約為5%。

  二、綠氫在石化化工行業的應用場景

  綠氫是指以風光等新能源為制氫能源所生產的氫氣，區別於化石能源制氫。綠氫製取過程清潔無污染、碳排放很低甚至實現零排放，是氫能產業在供給側鼓勵發展的主要方式，有望成為未來低碳時代氫氣製備的最重要來源。石化化工行業是我國二氧化碳排放的主要行業之一，氫氣是石化化工行業的重要原料，以化石原料或者化工原料制氫也是石化化工行業碳排放的重要來源之一。面向未來，當綠氫成為穩定足量的低價氫源時，綠氫將更好地促進化工行業脫碳。

  目前氫氣來源可分為自願型和非自願型。焦炭和蘭炭副產氫、氯鹼副產氫等副產氫源屬於非自願生產的氫氣，只要生產主產品就必然會產生氫氣，因此此部分氫氣沒有被綠氫替代的可能。除了副產氫以外，煤制氫、天然氣制氫和甲醇制氫等都屬於自願型制氫來源，採用綠氫替代此類氫源，能夠起到降低碳排放的效果。由於煤制氫產能占比大、碳排放量高，採用綠氫代替煤制氫綜合降碳效果最為顯著，應成為綠氫應用於化工的重點方向。

  三、綠氫生產經濟性分析

  (一)綠氫製取模式

  綠氫製取工藝是以可再生能源電力為電源，採用電解水制氫的方式製取氫氣的工藝。由於涉及到可再生能源電力，按照供電模式的不同，綠氫製取模式可以分為併網式制氫、離網式制氫和組合式制氫三種。

  併網式制氫模式中，前端供電側採用光伏等可再生能源發電，後端電解水制氫採用從大電網下電模式，同時在一定周期內(如一年內)確保前端供電側光伏等可再生能源發電量和後端電解水制氫所需電量相同。在交易時通過綠電交易實現間接的綠氫製取。此種模式能夠保證電解水制氫的穩定運行，從而有利於下游化工用戶的穩定運行。但是由於電力全部通過電網傳輸，電網過網費用高昂，制氫費用增加明顯，制氫成本較高。

  離網式制氫模式中，前端供電側由光伏等可再生能源發電，後端電解水制氫所需電力從可再生能源發電場敷設增量配電網、孤網等方式直接送達。在此種模式中，綠氫的製取可以認為是由綠電直接製取。綠氫的生產負荷與綠電的發電負荷完全匹配，或者在配一定量儲能、調峰設施的情況下實現負荷大部分實時匹配，小部分穩定運行。此種模式下電力成本較低，但是不能保證電解水制氫滿負荷穩定運行，從而不利於下游化工用戶的穩定運行。

  組合式制氫模式中，前端供電側由光伏等可再生能源發電，後端電解水制氫所需電力由大電網和從可再生能源發電場敷設孤網直供電力共同提供。同時在一定周期內(如一年內)，確保前端供電側光伏等可再生能源發電量和後端電解水制氫所需電量相同。在此種模式中，綠氫所需電力由綠電以直接和間接兩種方式組合提供，在需求側能夠根據直供電量變化調節大電網取電量，從而保證制氫裝置穩定運行，優於離網式制氫的不穩定運行。

  (二)生產成本分析

  風光發電電解水制氫中電價占據氫氣生產成本的主要部分。某規劃新能源發電制氫一體化基地在制氫模式上選擇組合式制氫。該基地用電完全由區域新能源風光發電項目提供。新能源所供電分為兩部分供給園區。一部分建設新能源項目到園區的綠色專線，接入增量配電網為用電企業直供電，提供一定比例(54.2%)的綠色低價電，出力高峰時刻的剩餘電量通過園區增量配電網變電站上網;另一部分則通過新能源市場化交易方式，將新能源所發綠電供給電網，再將供給電網的電量從大電網上購買回來，間接實現園區「全綠電」供能。在此種模式下某新能源消納基地綠電加權綜合電價為0.3209元/千瓦時。在此價格下氫氣成本計算詳見表2。

  從表2可以看出，如果按照目前制氫價格對比，可再生能源制氫價格仍然高於煤制氫價格。現狀煤制氫價格在煤炭價格為800元/噸、全投資內部收益率達到10%的條件下為1.273元/立方米。現狀綠氫價格比煤制氫價格要高0.488元/立方米。

  由於煤制氫碳排放量高，隨著「雙碳」目標下碳交易的發展、碳價格的提高，煤制氫的成本中必須考慮碳交易價格影響。表3為煤制氫在考慮碳交易價格情況下與綠氫價格的對比。可以看到，當碳交易價格達到208元/噸時，此新能源消納制氫基地氫氣價格和煤制氫價格持平，能夠實現平價競爭。

  四、綠氫應用布局分析

  西部地區(含內蒙古、陝西、寧夏、甘肅、新疆、青海)是我國太陽能和風能資源分布的主要地區，同時也是光伏發電和風能發電的重要區域，2020年西部地區光伏發電總裝機規模達到7352萬千瓦，占全國總裝機容量比例為29.1%，風電總裝機容量為10621萬千瓦，占全國總裝機容量比例達到37.8%。我國太陽能及風能等可再生能源資源分布和煤化工產業分布有一定重疊之處，為我國發展可再生能源制氫融合煤化工提供了良好基礎。

  我國現代煤化工產業主要分布在西部區域，西部區域煤制氣和煤直接液化產能占比均為100%，煤間接液化產能占比84.5%，煤制烯烴產能占比92.3%，煤制甲醇產能占比達到60%，煤制乙二醇產能占比相對較少，為14.9%。目前我國棄風棄光現象仍然存在，且主要集中在西部地區。2019年，棄風率超過5%的地區是新疆(棄風率14.0%、棄風電量66.1億千瓦時)，甘肅(棄風率7.6%、棄風電量18.8億千瓦時)，內蒙古(棄風率7.1%、棄風電量51.2億千瓦時)。三省(區)棄風電量合計136.1億千瓦時，占全國棄風電量的81%。2019年光伏消納問題也主要出現在西北地區，其棄光電量占全國的87%，西藏、新疆、甘肅和青海棄光率分別為24.1%、7.4%、4.0%和7.2%。利用西部地區棄風棄光發電制氫對提高可再生能源利用率有很大意義，西部地區2019年棄風棄光電量一共約176億千瓦時，如果用於電解水制氫，則相當於可生產156萬噸甲醇的合成氣量。

  在包括陝北、鄂爾多斯、寧東在內的鄂爾多斯盆地區域，集中了大量的煤化工產能，也是二氧化碳排放的集中地區，同時這些地區風光資源也較為優良，應該作為我國煤化工與綠氫融合的先行區。另外在新疆和東北等風光資源優良地區，也可以因地制宜推進發展綠氫產業。

  五、綠氫應用技術分析

  綠氫應用技術主要包括制氫技術和用氫技術。在制氫技術中目前成熟技術是鹼性電解水制氫技術，還有很多制氫技術有待發展。重點實現鹼性電解水制氫和PEM純水制氫技術的大型化，使之能夠匹配大規模風光發電+制氫一體化項目。鹼性電解水技術將通過提高電解槽規模或者撬裝式等途徑，重點發展2000立方米/小時以上規模裝置。PEM純水電解技術將突破兆瓦級制氫規模，同時推進成本的下降。其他制氫技術有電能直接制氫技術(以二氧化碳電化學制合成氣技術)、核能直接制氫技術、太陽能光催化制氫技術、微生物發酵制氫技術等。制氫技術的發展將持續促進綠氫生產成本降低和生產方式的靈活。在用氫技術方面，在目前成熟的氫氣下游產品的基礎上將重點拓展綠氫與二氧化碳利用的結合，利用綠氫+二氧化碳生產多品種化學品，如二氧化碳加氫制甲醇、制甲酸、制甲烷、制芳烴、制低碳烯烴、制α-烯烴、制異構烷烴等等技術，綠氫將成為CCUS的重要選擇之一。

  六、結論及建議

  (一)發展綠氫對石化化工行業意義重大

  石化化工行業是國民經濟中的重點碳排放行業之一，是實現「雙碳」目標的關鍵環節。通過發展綠氫，促進石化化工行業碳減排，對我國如期實現全社會碳達峰及碳中和有重要意義。

  (二)替代煤制氫是綠氫應用的最重要市場

  氫氣在石化化工行業中應用十分廣泛，綠氫在石化化工行業應用場景十分豐富。通過對各個應用場景的綜合比較，煤制氫「產能占比大、碳排放量高、綠氫替代可能性有」，應成為綠氫應用於化工的重點方向，是石化化工行業中最重要和最關鍵的綠氫替代領域。建議對於煤制氫改造為綠氫的項目給予專項資金或金融支持。

  (三)綠氫經濟性將不斷提高

  雖然目前綠氫成本較高，但是隨著綠氫的發展，制氫成本還有降低空間。同時隨著碳排放權交易政策實施，化石能源制氫成本將不斷提高。預計到2030年可再生能源制氫完全有可能在可再生能源豐富的某些地區實現與煤制氫平價競爭。建議在國家及地方的氫能規劃及相關政策中對於綠氫製取給予一定程度的鼓勵和補貼，促進綠氫的規模化發展，促使其經濟性更快提高。

  (四)綠氫將重點布局於西部和北部地區

  綠氫在地域上分布和風光資源分布趨向一致，將重點在北部和西部風光資源好、開發潛力大的地區發展。其中以鄂爾多斯盆地為代表的西部地區將重點發展綠氫和煤化工的耦合發展。在西部地區發展綠氫融合煤化工，對緩解石油進口依存度高、石油化工集中布局在沿海地區而導致的能源安全風險有重要作用。建議在風光資源豐富、煤化工產業集中的西部地區推進綠氫耦合煤化工示範項目、示範園區建設。

  (五)綠氫技術將持續進步

  綠氫技術將重點在制氫技術和用氫技術兩大方面發展。在制氫技術方面將重點實現鹼性電解水制氫和PEM純水制氫技術的大型化，同時電能、核能、太陽能直接制氫及微生物制氫技術也將深入研發，制氫技術的發展將持續促進綠氫生產成本降低和生產方式的靈活。在用氫技術方面重點拓展綠氫與二氧化碳利用的結合，綠氫將成為CCUS的重要選擇之一。石化化工行業前景分析指出，建議持續鼓勵綠氫相關技術的研發，對於綠氫相關技術的首次示範應用給予財政及金融支持。

  (六)政策將持續推動綠氫在石化化工行業的應用

  從正面看，政策持續鼓勵綠氫相關技術的研發和綠氫的產業化應用。從反面看，隨著能耗和碳排放約束的不斷加強，傳統的化石能源制氫成本日益增加，導致綠氫相對競爭力不斷提高。政策將從正面促進鼓勵、反面倒逼機制兩個角度推動綠氫在石化化工行業中加速應用。

  綜上所述，綠氫在石化化工行業的應用前景廣闊，對實現行業碳減排具有重要意義。預計到2025年，綠氫將在石化化工行業中發揮重要作用，其經濟性和技術也將取得顯著進步。建議從政策支持、技術研發、項目布局等多方面入手，推動綠氫在石化化工行業的應用與發展。

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