Вынікі аналізу паказваюць, што апора на павышэнне энергаэфектыўнасці ў спалучэнні толькі з CCUS і NETs наўрад ці будзе эканамічна эфектыўным шляхам глыбокай дэкарбанізацыі сектараў HTA Кітая, асабліва цяжкай прамысловасці.Дакладней, шырокае прымяненне чыстага вадароду ў сектарах HTA можа дапамагчы Кітаю дасягнуць вугляроднай нейтральнасці з эканамічнай эфектыўнасцю ў параўнанні са сцэнарыем без вытворчасці і выкарыстання чыстага вадароду.Атрыманыя вынікі даюць надзейныя рэкамендацыі па шляху дэкарбанізацыі АТЗ у Кітаі і каштоўную даведку для іншых краін, якія сутыкаюцца з падобнымі праблемамі.
Дэкарбанізацыя прамысловых сектараў HTA з дапамогай чыстага вадароду
Мы праводзім інтэграваную аптымізацыю з найменшымі выдаткамі шляхоў змякчэння наступстваў да вугляроднай нейтральнасці для Кітая ў 2060 г. Чатыры сцэнарыі мадэлявання вызначаны ў табліцы 1: звычайная справа (BAU), нацыянальна вызначаныя ўклады Кітая ў адпаведнасці з Парыжскім пагадненнем (NDC), чыстыя нулявыя выкіды пры ўжыванні без вадароду (ZERO-NH) і чыстыя нулявыя выкіды пры выкарыстанні чыстага вадароду (ZERO-H).Сектары HTA у гэтым даследаванні ўключаюць прамысловую вытворчасць цэменту, жалеза і сталі і ключавых хімікатаў (уключаючы аміяк, соду і каўстычную соду), а таксама цяжкі транспарт, у тым ліку грузавыя і ўнутраныя дастаўкі.Поўная інфармацыя прадстаўлена ў раздзеле «Метады» і ў дадатковых заўвагах 1–5.Што тычыцца металургічнага сектара, то дамінуючая доля існуючай вытворчасці ў Кітаі (89,6%) прыпадае на асноўную кіслародную даменную печ, што з'яўляецца ключавой праблемай для глыбокай дэкарбанізацыі гэтай галіны.
прамысловасць.Працэс электрадугавой печы склаў толькі 10,4% ад агульнай вытворчасці ў Кітаі ў 2019 годзе, што на 17,5% менш, чым у сярэднім у свеце, і на 59,3% менш, чым у Злучаных Штатах18.Мы прааналізавалі ў мадэлі 60 ключавых тэхналогій памяншэння выкідаў пры вытворчасці сталі і класіфікавалі іх па шасці катэгорыях (мал. 2а): павышэнне эфектыўнасці выкарыстання матэрыялаў, прадукцыйнасць перадавых тэхналогій, электрыфікацыя, CCUS, зялёны вадарод і сіні вадарод (дадатковая табліца 1).Параўнанне аптымізацыі кошту сістэмы ZERO-H са сцэнарыямі NDC і ZERO-NH паказвае, што ўключэнне варыянтаў чыстага вадароду прывядзе да значнага зніжэння выкідаў вугляроду дзякуючы ўвядзенню працэсаў прамога аднаўлення жалеза вадародам (вадарод-DRI).Звярніце ўвагу, што вадарод можа служыць не толькі крыніцай энергіі ў вытворчасці сталі, але і як аднаўляльнік для памяншэння выкідаў вугляроду на дадатковай аснове ў працэсе доменнай печы-базавай кіслароднай печы (BF-BOF) і на 100% у маршруце вадарод-DRI.Пры ZERO-H доля BF-BOF будзе зніжана да 34% у 2060 годзе, з 45% электрадугавой печы і 21% вадароду-DRI, а чысты вадарод будзе забяспечваць 29% агульнага канчатковага попыту на энергію ў сектары.Чакаецца, што сеткавая цана на сонечную і ветравую энергіюзнізіцца да 38–40 МВт·г−1 долараў ЗША ў 205019 г., кошт зялёнага вадароду
таксама будзе зніжацца, і маршрут 100% вадарод-DRI можа адыграць больш важную ролю, чым прызнавалася раней.Што датычыцца вытворчасці цэменту, мадэль уключае 47 ключавых тэхналогій змякчэння наступстваў у вытворчых працэсах, класіфікаваных па шасці катэгорыях (дадатковыя табліцы 2 і 3): энергаэфектыўнасць, альтэрнатыўныя віды паліва, зніжэнне суадносін клінкеру і цэменту, CCUS, зялёны вадарод і сіні вадарод ( Мал. 2b).Вынікі паказваюць, што ўдасканаленыя тэхналогіі энергаэфектыўнасці могуць скараціць толькі 8–10% агульных выкідаў CO2 у цэментным сектары, а тэхналогіі кагенерацыі адпрацаванага цяпла і кіслароднага паліва будуць мець абмежаваны эфект змякчэння наступстваў (4–8%).Тэхналогіі памяншэння суадносін клінкеру і цэменту могуць даць адносна высокае зніжэнне выкідаў вугляроду (50–70%), у асноўным уключаючы дэкарбанізаваную сыравіну для вытворчасці клінкеру з выкарыстаннем грануляванага даменнага шлаку, хаця крытыкі сумняваюцца, ці захавае атрыманы цэмент свае асноўныя якасці.Але сучасныя вынікі паказваюць, што выкарыстанне вадароду разам з CCUS можа дапамагчы цэментнаму сектару дасягнуць амаль нулявых выкідаў CO2 у 2060 годзе.
У сцэнары ZERO-H 20 тэхналогій на аснове вадароду (з 47 тэхналогій змякчэння) уступаюць у гульню ў вытворчасці цэменту.Мы выявілі, што сярэдні кошт скарачэння выкідаў вугляроду пры вадародных тэхналогіях ніжэй, чым у тыповых падыходаў CCUS і пераключэння паліва (мал. 2b).Акрамя таго, чакаецца, што пасля 2030 г. зялёны вадарод будзе таннейшы за сіні, як падрабязна апісана ніжэй, прыкладна на ўзроўні 0,7–1,6 долараў ЗША кг−1 H2 (спасылка 20), што прывядзе да значнага зніжэння выкідаў CO2 пры забеспячэнні прамысловага цяпла пры вытворчасці цэменту. .Бягучыя вынікі паказваюць, што гэта можа паменшыць 89–95% CO2 ад працэсу нагрэву ў прамысловасці Кітая (мал. 2b, тэхналогіі
28–47), што адпавядае ацэнцы Савету па вадароду ў 84–92 % (спасылка 21).Выкіды CO2 ад працэсу клінкеру павінны быць зменшаны CCUS як у ZERO-H, так і ў ZERO-NH.Мы таксама мадэлюем выкарыстанне вадароду ў якасці сыравіны для вытворчасці аміяку, метану, метанолу і іншых хімічных рэчываў, пералічаных у апісанні мадэлі.У сцэнары ZERO-H вытворчасць аміяку на аснове газу з вадародным цяплом атрымае 20% долі ад агульнай вытворчасці ў 2060 г. (мал. 3 і дадатковая табліца 4).Мадэль уключае чатыры віды тэхналогій вытворчасці метанолу: вугаль у метанол (CTM), коксавы газ у метанол (CGTM), прыродны газ у метанол (NTM) і CGTM/NTM з вадародным цяплом.У сцэнары ZERO-H, CGTM/NTM з вадародным цяплом можа дасягнуць 21% долі вытворчасці ў 2060 годзе (мал. 3).Хімічныя рэчывы таксама з'яўляюцца патэнцыяльнымі энерганосьбітамі вадароду.На аснове нашага комплекснага аналізу вадарод можа складаць 17% канчатковага спажывання энергіі для цеплазабеспячэння ў хімічнай прамысловасці да 2060 г. Разам з біяэнергіяй (18%) і электраэнергіяй (32%) вадарод адыгрывае важную ролю ў 
дэкарбанізацыя хімічнай прамысловасці Кітая HTA (мал. 4а).
Мал. 2 |Патэнцыял змякчэння выкідаў вугляроду і выдаткі на скарачэнне ключавых тэхналогій змякчэння наступстваў.а, Шэсць катэгорый з 60 ключавых тэхналогій па змяншэнні выкідаў пры вытворчасці сталі.b, Шэсць катэгорый з 47 ключавых тэхналогій памяншэння выкідаў цэменту.Тэхналогіі пералічаны па нумарах з адпаведнымі азначэннямі, уключанымі ў Дадатковую табліцу 1 для a і Дадатковую табліцу 2 для b.Пазначаны ўзроўні тэхналагічнай гатоўнасці (TRL) кожнай тэхналогіі: TRL3, канцэпцыя;TRL4, малы прататып;TRL5, вялікі прататып;TRL6, поўны прататып у маштабе;TRL7, перадкамерцыйная дэманстрацыя;TRL8, дэманстрацыя;TRL10, ранняе ўсынаўленне;TRL11, сталы.
Дэкарбанізацыя відаў транспарціроўкі HTA з чыстым вадародам На падставе вынікаў мадэлявання вадарод таксама мае вялікі патэнцыял для дэкарбанізацыі транспартнага сектара Кітая, хоць гэта зойме час.У дадатак да LDV іншыя віды транспарту, прааналізаваныя ў мадэлі, уключаюць аўтапарк аўтобусаў, грузавікоў (лёгкіх/малых/сярэдніх/цяжкіх), унутраныя марскія перавозкі і чыгунку, якія ахопліваюць большасць перавозак у Кітаі.Што тычыцца LDV, электрамабілі будуць заставацца канкурэнтаздольнымі ў будучыні.У ZERO-H пранікненне вадародных паліўных элементаў (HFC) на рынак LDV дасягне толькі 5% у 2060 годзе (мал. 3).Што тычыцца парку аўтобусаў, аднак у 2045 г. аўтобусы з ГФУ будуць больш канкурэнтаздольнымі, чым электрычныя альтэрнатывы, і складуць 61% ад агульнага парку ў 2060 г. па сцэнары ZERO-H, а астатнія будуць электрычнымі (мал. 3).Што тычыцца грузавікоў, то вынікі адрозніваюцца ў залежнасці ад хуткасці загрузкі.Да 2035 г. у ZERO-NH больш за палову ўсяго парку легкавых грузавікоў будзе выкарыстоўвацца на электрычных сілавых прывадах.Але ў ZERO-H, HFC лёгкія грузавікі будуць больш канкурэнтаздольнымі, чым электрычныя лёгкія грузавікі да 2035 г. і будуць складаць 53% рынку да 2060 г. Што тычыцца цяжкіх грузавікоў, HFC цяжкія грузавікі дасягнуць 66% рынку рынку ў 2060 г. па сцэнары ZERO-H.Дызель/біядызель/СПГ (сціснуты прыродны газ) HDV (вялікагрузныя транспартныя сродкі) сыдуць з рынку пасля 2050 г. у сцэнарыях ZERO-NH і ZERO-H (мал. 3).Транспартныя сродкі з HFC маюць дадатковую перавагу ў параўнанні з электрамабілямі ў іх лепшай працы ў халодных умовах, што важна ў паўночным і заходнім Кітаі.Акрамя аўтамабільнага транспарту, мадэль паказвае шырокае ўкараненне вадародных тэхналогій у суднаходстве ў сцэнары ZERO-H.Унутранае суднаходства Кітая з'яўляецца вельмі энергаёмістым і асабліва складанай праблемай дэкарбанізацыі.Чысты вадарод, асабліва як а
сыравіну для аміяку, забяспечвае магчымасць адгрузкі декарбонизации.Рашэнне з найменшымі выдаткамі ў сцэнары ZERO-H прыводзіць да 65% пранікнення караблёў, якія працуюць на аміяку, і 12% - на вадародных караблях у 2060 годзе (мал. 3).У гэтым сцэнарыі вадарод будзе складаць у сярэднім 56% канчатковага спажывання энергіі ва ўсім транспартным сектары ў 2060 г. Мы таксама змадэлявалі выкарыстанне вадароду ў ацяпленні жылых дамоў (дадатковая заўвага 6), але яго прыняцце нязначнае, і гэты дакумент прысвечаны выкарыстанне вадароду ў прамысловасці HTA і цяжкіх транспартных сродкаў.Эканомія выдаткаў за кошт вугляроднай нейтральнасці з выкарыстаннем чыстага вадароду Вугляродна-нейтральная будучыня Кітая будзе характарызавацца дамінаваннем аднаўляльнай энергіі з паступовым адмовай ад выкарыстання вугалю ў першасным спажыванні энергіі (мал. 4).Невыкапнёвае паліва будзе складаць 88% першаснай энергіі ў 2050 г. і 93% у 2060 г. пры нулявой тэмпературы. Вецер і сонца будуць забяспечваць палову першаснай энергіі ў 2060 г. У сярэднім па краіне доля чыстага вадароду ў агульнай канчатковай энергіі спажыванне (TFEC) можа дасягнуць 13% у 2060 г. Улічваючы рэгіянальную неаднароднасць вытворчых магутнасцей у ключавых галінах па рэгіёнах (дадатковая табліца 7), ёсць дзесяць правінцый з доляй вадароду ў TFEC вышэй, чым у сярэднім па краіне, у тым ліку Унутраная Манголія, Фуцзянь, Шаньдун і Гуандун, што абумоўлена багатымі рэсурсамі сонечнай энергіі, берагавых і марскіх ветравых рэсурсаў і/або шматлікімі прамысловымі попытамі на вадарод.У сцэнары ZERO-NH сукупны інвестыцыйны кошт для дасягнення вугляроднага нейтралітэту да 2060 года складзе 20,63 трыльёна долараў, або 1,58% сукупнага валавога ўнутранага прадукту (ВУП) на 2020–2060 гады.Сярэднія дадатковыя інвестыцыі на штогадовай аснове складуць каля 516 мільярдаў долараў ЗША ў год.Гэты вынік супадае з планам Кітая па змякчэнні наступстваў да 2050 года ў памеры 15 трыльёнаў долараў ЗША, у сярэднім штогод новыя інвестыцыі складаюць 500 мільярдаў долараў ЗША (спасылка 22).Аднак укараненне варыянтаў чыстага вадароду ў энергетычную сістэму Кітая і прамысловую сыравіну ў сцэнары ZERO-H прыводзіць да значна меншага сукупнага аб'ёму інвестыцый у памеры 18,91 трыльёна долараў ЗША да 2060 г. і гадавогау 2060 г. інвестыцыі скароцяцца да менш чым 1% ВУП (мал.4).Што тычыцца сектараў ОТЗ, гадавы інвестыцыйны кошт у іхсектарах будзе складаць каля 392 мільярдаў долараў ЗША ў год у ZERO-NHсцэнарыя, які адпавядае праекцыі энергетыкіПераходная камісія (400 мільярдаў долараў ЗША) (спасылка 23).Праўда, калі чыста
вадарод уключаны ў энергетычную сістэму і хімічную сыравіну, сцэнар ZERO-H паказвае, што штогадовыя інвестыцыі ў сектары HTA могуць быць зменшаны да 359 мільярдаў долараў ЗША, галоўным чынам за кошт памяншэння залежнасці ад дарагіх CCUS або NET.Нашы вынікі паказваюць, што выкарыстанне чыстага вадароду можа зэканоміць 1,72 трыльёна долараў ЗША на інвестыцыйных выдатках і пазбегнуць страты сукупнага ВУП на 0,13% (2020–2060 гг.) у параўнанні са шляхам без вадароду да 2060 г.
Малюнак 3 |Пранікненне тэхналогій у тыповыя сектары ОТЗ.Вынікі па сцэнарыях BAU, NDC, ZERO-NH і ZERO-H (2020–2060).У кожны важны год пранікненне канкрэтных тэхналогій у розных сектарах паказваецца каляровымі палоскамі, дзе кожная палоска ўяўляе сабой працэнт пранікнення да 100% (для цалкам зацененай рашоткі).Далей тэхналогіі класіфікуюцца па розных тыпах (паказаны ў легендах).CNG, сціснуты прыродны газ;LPG, звадкаваны нафтавы газ;СПГ, звадкаваны прыродны газ;з/б, з або без;ДСП, электрадугавая печ;NSP, новы перадагравальнік падвескі сухі працэс;WHR, рэкуперацыя адпрацаванага цяпла.
Час публікацыі: 13 сакавіка 2023 г
