Резултатите от анализа показват, че разчитането на подобряване на енергийната ефективност, комбинирано само с CCUS и NETs, ​​е малко вероятно да бъде рентабилен път за дълбока декарбонизация на секторите на ОЗТ в Китай, особено на тежката промишленост.По-конкретно, широкото прилагане на чист водород в секторите на ОЗТ може да помогне на Китай да постигне въглеродна неутралност икономически ефективно в сравнение със сценарий без производство и употреба на чист водород.Резултатите предоставят силни насоки за пътя на декарбонизация на ОЗТ в Китай и ценна справка за други страни, изправени пред подобни предизвикателства.
Декарбонизиране на индустриалните сектори на HTA с чист водород
Ние извършваме интегрирана оптимизация с най-ниски разходи на пътищата за смекчаване на въглеродната неутралност за Китай през 2060 г. Четири сценария за моделиране са дефинирани в таблица 1: бизнес както обикновено (BAU), национално определени вноски на Китай съгласно Парижкото споразумение (NDC), net- нулеви емисии с приложения без водород (ZERO-NH) и нетни нулеви емисии с чист водород (ZERO-H).Секторите на ОЗТ в това проучване включват промишлено производство на цимент, желязо и стомана и ключови химикали (включително амоняк, сода и сода каустик) и тежкотоварен транспорт, включително превоз с камиони и вътрешно корабоплаване.Пълните подробности са предоставени в раздела Методи и Допълнителни бележки 1–5.По отношение на сектора на желязото и стоманата, доминиращият дял от съществуващото производство в Китай (89,6%) е чрез основен процес на кислородна доменна пещ, което е ключово предизвикателство за дълбоката декарбонизация на този сектор.
индустрия.Процесът на електродъгова пещ съставлява само 10,4% от общото производство в Китай през 2019 г., което е със 17,5% по-малко от средния световен дял и с 59,3% по-малко от този за Съединените щати18.Ние анализирахме 60 ключови технологии за намаляване на емисиите от производството на стомана в модела и ги класифицирахме в шест категории (Фигура 2а): подобряване на ефективността на материалите, производителност на напреднали технологии, електрификация, CCUS, зелен водород и син водород (допълнителна таблица 1).Сравняването на оптимизациите на системните разходи на ZERO-H с NDC и ZERO-NH сценарии показва, че включването на опции за чист водород би довело до значително намаляване на въглерода поради въвеждането на процеси за директно редуциране на желязо с водород (водород-DRI).Обърнете внимание, че водородът може да служи не само като източник на енергия при производството на стомана, но и като редуциращ агент за намаляване на въглерода на допълнителна основа в процеса на доменна пещ-основна кислородна пещ (BF-BOF) и 100% в процеса на водород-DRI.При ZERO-H делът на BF-BOF ще бъде намален до 34% през 2060 г., с 45% електродъгова пещ и 21% водород-DRI, а чистият водород ще осигури 29% от общото крайно търсене на енергия в сектора.С очакваната цена на мрежата за слънчева и вятърна енергияспад до US$38–40MWh−1 през 205019, цената на зеления водород
също ще намалее и маршрутът 100% водород-DRI може да играе по-важна роля, отколкото се признаваше досега.По отношение на производството на цимент моделът включва 47 ключови смекчаващи технологии в производствените процеси, класифицирани в шест категории (допълнителни таблици 2 и 3): енергийна ефективност, алтернативни горива, намаляване на съотношението клинкер към цимент, CCUS, зелен водород и син водород ( Фиг. 2b).Резултатите показват, че подобрените технологии за енергийна ефективност могат да намалят само 8–10% от общите емисии на CO2 в циментовия сектор, а когенерацията на отпадна топлина и технологиите с кислородно гориво ще имат ограничен смекчаващ ефект (4–8%).Технологиите за намаляване на съотношението клинкер към цимент могат да доведат до относително високо намаляване на въглеродните емисии (50–70%), включвайки главно декарбонизирани суровини за производство на клинкер, използвайки гранулирана шлака от доменни пещи, въпреки че критиците се съмняват дали полученият цимент ще запази основните си качества.Но настоящите резултати показват, че използването на водород заедно с CCUS може да помогне на циментовия сектор да постигне почти нулеви емисии на CO2 през 2060 г.
В сценария ZERO-H 20 базирани на водород технологии (от 47 технологии за смекчаване) влизат в действие в производството на цимент.Откриваме, че средните разходи за намаляване на емисиите на въглерод при водородните технологии са по-ниски от типичните CCUS и подходи за смяна на гориво (фиг. 2b).Освен това зеленият водород се очаква да бъде по-евтин от синия след 2030 г., както е обсъдено подробно по-долу, на около 0,7–1,6 щатски долара kg−1 H2 (реф. 20), което води до значително намаляване на CO2 при осигуряването на промишлена топлина при производството на цимент .Настоящите резултати показват, че може да намали 89–95% от CO2 от процеса на нагряване в китайската индустрия (фиг. 2b, технологии
28–47), което е в съответствие с оценката на Съвета по водород от 84–92% (реф. 21).Емисиите на CO2 от процеса на клинкер трябва да бъдат намалени от CCUS както в ZERO-H, така и в ZERO-NH.Ние също така симулираме използването на водород като суровина при производството на амоняк, метан, метанол и други химикали, изброени в описанието на модела.В сценария ZERO-H производството на амоняк на базата на газ с водородна топлина ще спечели 20% дял от общото производство през 2060 г. (фиг. 3 и допълнителна таблица 4).Моделът включва четири вида технологии за производство на метанол: въглища към метанол (CTM), коксов газ към метанол (CGTM), природен газ към метанол (NTM) и CGTM/NTM с водородна топлина.В сценария ZERO-H, CGTM/NTM с водородна топлина може да постигне 21% производствен дял през 2060 г. (фиг. 3).Химикалите също са потенциални енергийни носители на водорода.Въз основа на нашия интегриран анализ, водородът може да съставлява 17% от крайното потребление на енергия за осигуряване на топлина в химическата промишленост до 2060 г. Наред с биоенергията (18%) и електричеството (32%), водородът играе основна роля в

декарбонизация на китайската HTA химическа промишленост (фиг. 4а).
56
Фиг. 2 |Потенциал за намаляване на въглерода и разходи за намаляване на ключови технологии за смекчаване.a, Шест категории от 60 ключови технологии за намаляване на емисиите от производството на стомана.b, Шест категории от 47 ключови технологии за намаляване на емисиите от цимент.Технологиите са изброени по номер, със съответните определения, включени в допълнителна таблица 1 за a и допълнителна таблица 2 за b.Нивата на технологична готовност (TRLs) на всяка технология са отбелязани: TRL3, концепция;TRL4, малък прототип;TRL5, голям прототип;TRL6, пълен прототип в мащаб;TRL7, предтърговска демонстрация;TRL8, демонстрация;TRL10, ранно приемане;TRL11, зрял.
Декарбонизиране на HTA транспортните режими с чист водород Въз основа на резултатите от моделирането, водородът също има голям потенциал за декарбонизиране на транспортния сектор на Китай, въпреки че ще отнеме време.В допълнение към LDVs, други видове транспорт, анализирани в модела, включват автобуси, камиони (леки/малки/средни/тежки), вътрешно корабоплаване и железопътни линии, покриващи по-голямата част от транспорта в Китай.Що се отнася до LDV, електрическите превозни средства изглеждат да останат конкурентни по отношение на разходите в бъдеще.В ZERO-H навлизането на водородните горивни клетки (HFC) на пазара на LDV ще достигне само 5% през 2060 г. (фиг. 3).Що се отнася до автопарка, обаче, HFC автобусите ще бъдат по-конкурентни в сравнение с електрическите алтернативи през 2045 г. и ще съставляват 61% от общия автопарк през 2060 г. в сценария ZERO-H, като останалите ще бъдат електрически (фиг. 3).Що се отнася до камионите, резултатите варират според степента на натоварване.Електрическото задвижване ще задвижва повече от половината от целия парк от лекотоварни камиони до 2035 г. в ZERO-NH.Но в ZERO-H, HFC лекотоварните камиони ще бъдат по-конкурентоспособни от електрическите лекотоварни камиони до 2035 г. и ще съставляват 53% от пазара до 2060 г. По отношение на тежкотоварните камиони, HFC тежкотоварните камиони ще достигнат 66% от пазар през 2060 г. в сценария ZERO-H.Дизел/биодизел/CNG (сгъстен природен газ) HDV (тежкотоварни превозни средства) ще излязат от пазара след 2050 г. както в сценарии ZERO-NH, така и ZERO-H (фиг. 3).HFC превозните средства имат допълнително предимство пред електрическите превозни средства в по-доброто им представяне при студени условия, което е важно в северен и западен Китай.Отвъд автомобилния транспорт, моделът показва широкото приемане на водородни технологии в корабоплаването в сценария ZERO-H.Вътрешното корабоплаване в Китай е много енергоемко и е особено трудно предизвикателство за декарбонизация.Чист водород, особено като a
суровина за амоняк, предоставя възможност за доставка на декарбонизация.Най-евтиното решение в сценария ZERO-H води до 65% проникване на кораби, задвижвани с амоняк, и 12% на кораби, задвижвани с водород през 2060 г. (фиг. 3).При този сценарий водородът ще съставлява средно 56% от крайното енергийно потребление на целия транспортен сектор през 2060 г. Ние също моделирахме използването на водород в жилищното отопление (допълнителна бележка 6), но приемането му е незначително и този документ се фокусира върху използване на водород в ОЗТ индустриите и тежкотоварния транспорт.Икономии на разходи за въглеродна неутралност с помощта на чист водород Въглеродно неутралното бъдеще на Китай ще се характеризира с доминираща енергия от възобновяеми източници, с постепенно премахване на въглищата в потреблението на първична енергия (фиг. 4).Неизкопаемите горива съставляват 88% от първичния енергиен микс през 2050 г. и 93% през 2060 г. при ZERO-H. Вятърът и слънчевата енергия ще осигурят половината от потреблението на първична енергия през 2060 г. Средно национално делът на чистия водород в общата крайна енергия потреблението (TFEC) може да достигне 13% през 2060 г. Като се има предвид регионалната хетерогенност на производствения капацитет в ключови индустрии по региони (допълнителна таблица 7), има десет провинции с водороден дял на TFEC по-висок от средния за страната, включително Вътрешна Монголия, Фуджиан, Шандонг и Гуангдонг, водени от богати слънчеви и крайбрежни и офшорни вятърни ресурси и/или множество промишлени нужди от водород.В сценария ZERO-NH кумулативните инвестиционни разходи за постигане на въглеродна неутралност до 2060 г. ще бъдат 20,63 трилиона долара, или 1,58% от съвкупния брутен вътрешен продукт (БВП) за 2020–2060 г.Средната допълнителна инвестиция на годишна база ще бъде около 516 милиарда щатски долара на година.Този резултат е в съответствие с плана на Китай за смекчаване на последиците от 15 трилиона щатски долара до 2050 г., средна годишна нова инвестиция от 500 милиарда щатски долара (реф. 22).Въпреки това, въвеждането на опции за чист водород в енергийната система на Китай и промишлените суровини в сценария ZERO-H води до значително по-ниска кумулативна инвестиция от 18,91 трилиона щатски долара до 2060 г. и годишнияинвестициите ще бъдат намалени до по-малко от 1% от БВП през 2060 г. (фиг.4).По отношение на секторите на ОЗТ, годишните инвестиционни разходи в тяхсектори ще бъде около 392 милиарда щатски долара годишно в ZERO-NHсценарий, който е в съответствие с прогнозата на ЕнергПреходна комисия (400 милиарда щатски долара) (реф. 23).Въпреки това, ако е чист
водородът е включен в енергийната система и химическите суровини, сценарият ZERO-H показва, че годишните инвестиционни разходи в секторите на HTA могат да бъдат намалени до 359 милиарда щатски долара, главно чрез намаляване на зависимостта от скъпи CCUS или NET.Нашите резултати предполагат, че използването на чист водород може да спести 1,72 трилиона щатски долара инвестиционни разходи и да избегне загуба от 0,13% в съвкупния БВП (2020–2060 г.) в сравнение с път без водород до 2060 г.
7
Фиг. 3 |Навлизане на технологиите в типичните ОЗТ сектори.Резултати по сценарии BAU, NDC, ZERO-NH и ZERO-H (2020–2060 г.).Във всяка важна година конкретното навлизане на технологията в различни сектори е показано от цветните ленти, където всяка лента е процент на навлизане до 100% (за напълно оцветена решетка).Технологиите са допълнително класифицирани по различни типове (показани в легендите).CNG, компресиран природен газ;LPG, течен нефтен газ;LNG, течен природен газ;w/wo, със или без;EAF, електродъгова пещ;NSP, нов сух процес на предварително подгряване на окачването;WHR, оползотворяване на отпадна топлина.

Време на публикуване: 13 март 2023 г
Търсите ли повече информация за професионалните продукти и решения за захранване на DET Power?Разполагаме с експертен екип, готов да ви помогне винаги.Моля, попълнете формуляра и наш търговски представител ще се свърже с вас скоро.