可再生制氢制氢：Power To X的四种形式

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一、什么是Power To X？

在以新能源主体的新型电力系统中，需要新能源的电力和电量大于实际需求，会形成部分的电力“冗余”。

由于可再生能源波动性的特点，要保证电力系统的稳定运行，尤其是高峰能力需求，除了在电力系统中配置适当比例的电池、抽水蓄能和需求响应灵活性能力外，也需要多配置一定比例的可再生能源电力，以共同满足高峰能力的需求。在这种情形下，在非高峰时间段，就会产生电力“冗余”的情况。

Power to X正在成为消费“冗余”可再生能源电力的重要形式。

Power-to-X（ P2X ）是指：通过以电转氢为核心的硬件系统，将可再生能源发电转化成为氢，然后与后续化工流程相结合，生成绿色大宗化工产品，如绿氨、绿色甲烷、绿色甲醇、绿色合成燃料等。

这些绿色产品可以取代化石燃料生产的现有产品，帮助钢铁、化工、航空、海运等各行业脱碳，是绿色经济的有力支撑，同时也可以平衡可再生能源电力供应的波动（正向消纳+反向调峰，作为储能功能）。

可再生能源电解制氢及绿氢的应用场景

二、Power To X的实现路径

电转氢是Power-to-X的核心。

• H2可以用作燃料，又可以用作工业的原材料，具有原料和能量载体的双重角色。

• H2在交通、钢铁冶金、化工、以及能源存储、再发电等领域均有广泛的应用场景和替代价值，是Power-to-X的核心环节。

  
  

全球氢产量约为 1.2 亿吨/年，其中：灰氢占比97%（化石燃料生产）、蓝氢占比约2%、绿氢不到1%。

可再生能源制氢是Power To X 的核心

根据IEA评估，到 2070 年，全球每年的需求量大约5亿吨，而可再生电解产生的氢将占供应氢的约60%，约3亿吨，未来50年，可再生能源电转氢将提升250倍，发展潜力巨大。

根据彭博新能源发布数据，目前绿氢最大的瓶颈在于制备成本太高，主要原因是因为电价高。但随着可再生能源的发展，风光发电的度电成本越来越低，绿氢也就有了与灰氢相比的价格竞争优势，且有利于减少二氧化碳带来的环境问题。

三、可再生能源电转氨——绿氨

氨是生产尿素和硝酸铵等重要化学品的基础原料——全球氨产量的 90% 用于生产肥料。

目前全球合成氨需求量约17.8亿吨/年，预计到2029年超过21亿吨，年复合增长率超过2%。

传统的氨生产工艺，采用的氢来自化石燃料（天然气和煤炭），导致大量的CO2排放；每产生一吨氨会产生约 2 - 3 吨的CO2排放量，造成的排放总量约占全球温室气体排放量的1%；

采用绿氢可以帮助合成氨过程实现零排放。

合成氨工艺流程

绿氨生产

绿氨项目正在成为全球各国发展的重点，如：丹麦POWER-TO-X产业联盟首个绿氨项目动工，该工厂将使用可再生能源和电解水生产绿氨。每年将以可再生能源生产绿氨5000吨以上； 可再生能源供电量：新建50兆瓦太阳能发电板以及已有的12兆瓦维斯塔斯 2.0 MW风

电机组，预计新建生产装置将在2023年投入运营。

四、可再生能源电转甲烷——绿色甲烷

甲烷 (CH4) 是天然气的主要成分，在工业供热，甲醇和氨的生产，以及商业和住宅供暖等方面有广泛应用。

• 工业过程供热

• 商业和住宅供暖、供热

• 高温分解得到炭黑，用作颜料、石墨、油漆以及橡胶的添加剂等

• 生产甲醇和氨的原料

• 发电

  
  

绿色甲烷是通过甲烷化过程将绿色H2与CO2结合产生；可以降低传统天然气燃烧带来的CO2排放；同时可以直接使用现有天然气的基础设施，而无需进行任何更改；可以无缝替代现有的天然气用途。

绿色甲烷反应生成过程

2016年1月，丹麦科技大学（DTU）与 Lemvig 沼气厂合作开展 MeGA-StoRE 项目，

第一步，将多余的风电通过电解转化为氢气。

第二步，在沼气厂中将氢气与二氧化碳进行反应生成甲烷气体和水。由于沼气中二氧化碳浓度高达35%，沼气厂成为收集二氧化碳气体的理想场所。

与清除沼气中的二氧化碳并将甲烷转移到天然气管网的典型方法相比，Lemvig 沼气厂项目成功捕获了二氧化碳，使其与氢气发生反应。这不仅利用了沼气中的所有碳，还将甲烷产量提高了约 50%。目前Lemvig沼气厂的测试设施在24h内生产了24m³甲烷。

五、可再生能源电转甲醇——绿色甲醇

甲醇是世界上交易量最大的五种化学品之一，全球每年需求量约8000万吨；主要用途：

• 用作燃料 25%

• 生产醋酸和甲醛等化学原料 21%

• 生产烯烃 13%

  
  

根据研究机构Markets and Markets评估，全球甲醇市场规模预计到2027年将翻一番。

目前比较成熟的电转甲醇技术路线：基于低温电解进行电转H2 ，然后通过甲醇化过程，二氧化碳加H2合成甲醇。

低温电解方式电转甲醇流程图

世界上首批商用 Power-to-X（甲醇） 工厂——丹麦奥尔堡，Aalborg Forsyning、Reno-Nord 和 Copenhagen Infrastructure Partners 正联手建造世界上首批商用Power-to-X （甲醇）项目。该项目定于 2028 年开始，将容纳一座 300-400 兆瓦的电解厂。该工厂通过电解生产氢气，然后与 Reno-Nord 公司废物焚烧中捕获的二氧化碳进行结合， 将其转化为可用作重型运输燃料的绿色甲醇。该工厂每年将从废弃物公司 Reno-Nord 回收 180,000 吨废弃物中的二氧化碳，用于生产绿色甲醇，该工厂每年将能够生产 130000 吨甲醇。

六、可再生能源电转合成燃料

合成燃料（通过费托合成反应）是以合成气（CO与H2）为原料，在催化剂的作用下，合成的

直链烃为主的烃类化合物，可以作为传统燃料油的替代品。

通过Power-to-X技术可以将可再生能源转化成绿H2形成合成气，并转化成合成燃料。