氫氣消納是氫能產業長遠發展的基礎,目前氫氣消納主要包括化工、交通、發電、建筑四個領域,其中化工為主要領域,對氫氣的需求量最大,是氫氣消納的主要場景,在2020年的氫氣消納中,合成氨和甲醇分別占比37%和27%,化工消納占比超60%。綠氫化工是實現化工行業深度脫碳的重要途徑,綠氨生產甚至可以擺脫對煤炭產地的依賴,向綠氫產能中心聚集。
2020年中國氫能消費量結構
氨和甲醇是七種基本化學品之二,同體積下,液氨含氫量比液氫多60%,體積能量密度是液氫的1.5倍,常溫加壓可液化、不易蒸發,儲運損耗低;而甲醇的優勢則為在常溫下為液體,儲運更方便。
氫、氨、甲醇物性及儲運成本對比
綠氫化工產品成本與市場前景
合成氨是目前綠氫最主要的消納途徑。有數據統計,截至 2023 年 4 月,在建及規劃綠氫項目超 19GW,其中 58%的綠氫項目為合成氨項目,有超過 80%的產能配套合成氨裝置作為下游用氫場景。
綠氫合成氨成本包含固定資產投資的折舊成本、運營維護成本和原料能耗成本,其中請原料是影響合成氨價格的關鍵因素。在目前的技術條件下,假設制氫用電電價為0.25元/kW·h,則氫原料成本價格約為19元/kg,合成氨成本中氫原料成本約為3330元/t,合成氨用電電價0.35元/kW·h,綜合考量和每噸合成氨成本約為4100元左右。
不同電價下合成氨成本及價格分析
合成氨的價格受市場供需情況影響2017-2021 年,市場均價在 2768-3470 元/t,2022 年上半年市場均價飆升至在 3758-5110 元/t 之間,下半年一度跌落至2746 元/噸,之后有所回升,至2023年8月合成氨價格圍繞2500-3500元/噸區間震蕩??紤]合成氨市場波動,未來隨著技術進步降本增效,綠氨生產成本有望和市場平價。
合成氨表觀消費量及年均價格(數據來源:中國海關、國家統計局、香橙會)
合成氨的應用場景分為工業用氨和農業用氨,2021年國內氨氣總出貨量5189萬噸,對應氫氣需求934萬噸,2021年內蒙古農用氮肥約300萬噸,按每噸氮肥需求氨氣0.6噸、每噸氨氣需求氫氣0.18噸計算,僅內蒙古氮肥合成使用場景每年就可為綠氫提供32.4萬噸的應用空間。
除農用外,綠氨還可應用于燃料、發電等多個領域,自2016年起,氨的下游消費量呈“減肥增化”的趨勢,農業用氨比重降低,工業用氨增長明顯。中創碳投首席科技官唐進預測,2050年全球氨需求預計將達到7億t,其中船用替代燃料需求將達2億t。綠氨動力船舶能量密度遠高于氫氣,且可利用現有氨供應鏈和基礎設施,在大型船舶遠航領域有較好的應用前景。
國內甲醇用氫相比合成氨要低一些,但近年來多個綠氫制甲醇項目落成,新賽道格局打開。
據統計,目前國內綠色甲醇項目已有14個,投資超百億的有4個,綠色甲醇產能已接近450萬噸。但目前綠色甲醇的成本高于普通甲醇,如果其他條件不變,度電成本在0.2元和0.1元時,則甲醇成本會降到3376元/噸和2156元/噸,電力成本占比分別降至71%和55%。因此,當度電成本降至0.1元時,綠色甲醇成本可與當前煤制甲醇或天然氣制甲醇相當。
在減排及可得性方面,綠色甲醇具有不可替代的優勢,未來潛力巨大。
應用方面,綠色甲醇是商用車與航運業減排脫碳的重要抓手。
商用車燃料方面,甲醇燃料是商用車減排的重要支點。2023年2月,河南省順成集團、吉利科技集團等共同出資6.5億元,建設11萬噸/年綠色甲醇、聯產7萬噸/年LNG項目,該項目在安陽正式投產,是世界上規模最大的二氧化碳加氫制綠色甲醇工業化生產裝置。
航運脫碳方面,甲醇燃料是“用油大戶”航運業實現國際海事組織(IMO)脫碳目標的重要途徑。2023年4月,中國船舶集團有限公司與法國達飛海運集團4月6日在北京簽訂合作協議,協議建造2型16艘超大型集裝箱船,包括12艘15000TEU甲醇雙燃料動力大型集裝箱船和4艘23000TEU液化天然氣(LNG)雙燃料動力超大型集裝箱船,金額達210多億元人民幣。15000TEU甲醇雙燃料動力大型集裝箱船采用綠色甲醇作為主要燃料,可實現全航程凈零排放。