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主要作者及研究机构
本文的研究由许传博、王乐凯、史超凡、秦光宇、刘建国、刘琦和刘畅共同完成。他们分别来自华北电力大学经济与管理学院、北京建筑大学城市经济与管理学院、华北电力大学能源电力创新研究院以及北京国氢中联氢能科技研究院有限公司。该研究于2025年2月28日在期刊《气候变化研究进展》（Climate Change Research）上进行了网络首发。

学术背景
在全球应对气候变化的背景下，氢能作为一种绿色低碳的二次能源，被认为是实现工业、交通、建筑等领域深度脱碳的关键载体。近年来，全球氢能产业进入快速发展阶段，欧盟、日本、美国等国家和地区相继制定了氢能发展路线图，并将其提升至国家战略高度。中国作为全球最大的制氢国，氢能产业也在快速发展，但在供需结构和碳排放路径方面仍存在诸多挑战。本文旨在通过模拟多情景下中国氢能产业的中长期供需结构及碳排放演化，为氢能产业的高质量发展提供理论依据。

研究流程
本研究主要包括三个主要步骤：氢能需求预测、制氢成本测算及供给结构优化。

1. 氢能需求预测
   研究首先基于自下而上的低排放分析平台（Low Emissions Analysis Platform, LEAP）模型，设置了基准情景、积极情景和强化情景，分别对交通、工业和建筑等终端部门的氢能中长期需求进行预测。LEAP模型是一个能源-环境核算工具，能够评估不同情景下的能源需求、社会成本和环境影响。研究以2020年为基准年，预测了2025—2060年的氢能需求。具体预测过程包括：输入各终端部门的能源消耗数据（如交通部门的车辆数、工业部门的产量等），设置不同情景下的氢能替代比例和能源强度变化，并通过模型推演得出氢能需求总量及碳排放变化。

2. 制氢成本测算
   研究测算了8类制氢方式的平准化单位制氢成本（Levelized Cost of Hydrogen, LCOH），包括煤制氢、天然气制氢、工业副产氢及其结合碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage, CCS）技术的版本，以及风电和光伏电解水制氢。LCOH的计算综合考虑了固定投资成本、运营成本、碳排放成本以及技术进步带来的成本下降。研究还基于成本学习曲线模型，预测了各类制氢方式未来成本的变化趋势。

3. 供给结构优化
   研究以最小化制氢成本为目标函数，构建了氢能供给结构优化模型。模型考虑了供大于需的约束条件以及绿氢最低需求比例的约束，优化了2025—2060年各类制氢方式的占比，并模拟了制氢产业的碳排放演化过程。优化过程中，研究通过多阶段迭代，逐步调整各类制氢方式的比例，以实现成本最小化和碳排放最低的目标。

主要结果
1. 氢能需求预测结果
研究表明，工业部门是氢能消费的主导领域，到2060年，积极情景下工业部门的氢能消费量将达到7319万吨，占氢能总需求的65%。交通部门是氢能消费的重要增长点，2060年积极情景下的氢能需求量将达到3517万吨。建筑部门的氢能消费相对较小，但也在稳步增长。基准情景、积极情景和强化情景下，2060年的氢能总需求量分别为8328万吨、11291万吨和14196万吨。

1. 制氢成本及供给结构优化结果
   研究显示，短期内化石能源制氢仍占主导地位，但结合CCS技术的制氢方式在脱碳过程中起到重要过渡作用。到2060年，随着风电和光伏制氢成本的下降，绿氢将成为氢能供给的主体，占比达到75%。其中，光伏制氢占比43%，风电制氢占比32%。制氢产业的碳排放将从2023年的6.18亿吨下降至2060年的1.03亿吨，显示出氢能产业清洁化转型的显著效果。

结论
本研究通过多情景模拟和优化分析，揭示了中国氢能产业中长期供需结构及碳排放演化的关键趋势。研究结果表明，氢能在工业、交通和建筑等领域的应用将显著增长，绿氢的规模化生产将成为实现碳中和目标的重要支撑。研究为制定氢能产业发展规划和相关政策措施提供了科学依据。

研究亮点
1. 多情景模拟：研究设置了基准、积极和强化三种情景，全面捕捉了未来氢能需求的多样化动态。 2. 供给结构优化：研究构建了以最小化制氢成本为目标的优化模型，首次将碳排放路径纳入供给结构优化过程。 3. 绿氢主导趋势：研究预测到2060年绿氢将成为氢能供给的主体，为中国实现碳中和目标提供了重要参考。

其他有价值的内容
研究还提出了促进氢能产业高质量发展的政策建议，包括加速氢能在多元领域的规模化替代、赋予可再生能源制氢的绿色属性价值、加强可再生能源制氢产业的财税补贴与绿色金融支持等。这些建议为政策制定者提供了具体的实施路径。

本研究通过系统化的模拟和优化，为中国氢能产业的中长期发展提供了全面的科学支撑，具有重要的学术价值和实践意义。