周杰：碳中和目標下日本氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略變化分析

碳中和目標下日本氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略變化分析

周杰 國際清潔能源論壇(澳門)秘書長、武漢新能源研究院研究員

　　氫能在當前全球能源轉(zhuǎn)型和能源危機的背景下發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它扮演著“清潔高效的二次能源、靈活智慧的能源載體、綠色低碳的工業(yè)原料”三重角色。目前，世界上160多個國家先后宣布碳中和目標，將氫能視為實現(xiàn)碳中和目標的重要抓手。氫能不僅直接推動電力行業(yè)深度脫碳，還能將剩余電力轉(zhuǎn)換為氫儲存利用，最大限度地發(fā)揮可再生能源的潛力，促進氫電耦合發(fā)展。同時，有助于難以實現(xiàn)電能替代的工業(yè)領(lǐng)域脫碳。特別是以氫原料制造的合成氨、合成燃料替代現(xiàn)有的化石燃料，對于推動化石能源清潔高效利用具有重要的意義。

　　自2017年12月日本發(fā)布全世界首個氫能國家戰(zhàn)略以來，全球41個國家已經(jīng)制定了國家氫能戰(zhàn)略，還有10多個國家正在籌劃中。各國都在瞄準這個巨大的市場機會，投資布局氫能產(chǎn)業(yè)鏈以及氫能基礎設施，全球氫能產(chǎn)業(yè)和市場競爭白熱化。

　　一、日本氫能產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略概況

　　2017年12月，日本率先發(fā)布了全球首個氫能國家戰(zhàn)略——《氫能基本戰(zhàn)略》。然而，由于氫能成本居高不下，且基礎設施不完善，其在與其他清潔能源的競爭中并未展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。這導致氫能戰(zhàn)略實施未達預期，出現(xiàn)了包括燃料電池汽車和家用燃料電池銷售等未能達到市場目標的問題，難以滿足當下實現(xiàn)碳中和與能源安全目標的需求。為此，日本國內(nèi)對《氫能基本戰(zhàn)略》的底層邏輯和技術(shù)路線提出質(zhì)疑，認為日本氫能戰(zhàn)略選擇了低優(yōu)先級用途的氫能，過于注重基于化石燃料的灰氫與藍氫，而忽視基于可再生能源的綠氫，使得日本綠氫產(chǎn)量與產(chǎn)能都明顯滯后于其他國家。

　　2020年10月，日本政府宣布2050年實現(xiàn)碳中和，進一步推動了日本氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。于是，政府于2020年12月出臺了《綠色增長戰(zhàn)略》，并在2021年6月進行了修訂。該戰(zhàn)略將氫能產(chǎn)業(yè)確定為碳中和時代推動日本經(jīng)濟增長的十四個重點產(chǎn)業(yè)之一。氫能產(chǎn)業(yè)橫跨氨燃料產(chǎn)業(yè)、核工業(yè)、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)、航空工業(yè)、碳循環(huán)產(chǎn)業(yè)等，是各重點產(chǎn)業(yè)之間聯(lián)系最廣、協(xié)同關(guān)系最深的產(chǎn)業(yè)。隨后，2021年10月，日本政府通過了《第六次能源基本計劃》，明確將建設氫能社會作為推動能源轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)碳中和目標的戰(zhàn)略支柱，并提出“根據(jù)氫能在碳中和時代的作用修改氫能基本戰(zhàn)略”的要求。2023年2月，日本政府正式確定了《實現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型基本方針》，指出氫能作為清潔能源，是實現(xiàn)碳中和目標的突破口。在此背景下，2023年6月，日本對實施了5年多的《氫能基本戰(zhàn)略》進行了修訂。新版《氫能基本戰(zhàn)略》明確了氫能的戰(zhàn)略定位和對象范圍，制定了加速實現(xiàn)氫能社會發(fā)展的具體規(guī)劃和目標，包括實現(xiàn)穩(wěn)定、經(jīng)濟、低碳的氫(氨)供給體系以及創(chuàng)造各類應用場景的市場需求;同時，提出了氫能產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略和氫能安全戰(zhàn)略，包括支持構(gòu)建大規(guī)模的供應鏈，推進創(chuàng)新技術(shù)開發(fā)，加強國際合作等具體措施，以增強日本氫能產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。

　　二、新版《氫能基本戰(zhàn)略》調(diào)整情況分析

　　(一)氫能供給目標大幅增長

　　首先對舊版戰(zhàn)略的階段目標劃分進行了調(diào)整。舊版戰(zhàn)略中近期目標為2020年，中期目標為2030年，遠期目標泛指“將來”?！毒G色增長戰(zhàn)略》重新調(diào)整了劃分各階段的基準年，2025年為近期目標，2030年為中期目標，2050年為遠期目標。新版戰(zhàn)略重點強調(diào)2030年的行動計劃和2050年的展望。舊版戰(zhàn)略提出到2020年氫能供給量達到0.4萬噸，2030年和2050年氫氣供給量分別達到30萬噸和1000萬噸以上。《綠色增長戰(zhàn)略》將2030年和2050年氫氣供應量目標分別提高到300萬噸和2000萬噸(含氨)，2030年的目標供給量中還包含了清潔氫42萬噸。新版戰(zhàn)略在此基礎上又增加了2040年氫氣供應量，提出1200萬噸的目標，是當前日本氫氣年產(chǎn)量200萬噸(含氨)的6倍。主要依據(jù)是日本商用車、發(fā)電和鋼鐵行業(yè)的氫能潛在需求預測量為1800萬～2300萬噸，但2050年目標并未標注氫源的屬性。

　　表1 《日本氫能基本戰(zhàn)略》舊版與新版目標對照

　　(二)氫能降本目標基本相同

　　降低成本是氫能市場發(fā)展的基礎。目前日本市場的氫氣價格為100日元/ 標準立方米，到2030年，氫供應成本從每標準立方米100日元降低到30日元(約 334 日元/千克)，氨供應成本按氫當量計算則超過10日元/ 標準立方米?！毒G色增長戰(zhàn)略》明確提出到2050年降低到20日元/標準立方米(約222日元/千克)，而舊版戰(zhàn)略只提到將來達到這一目標。總體來說新舊兩版的氫能降本目標基本相同。但要實現(xiàn)上述成本目標，必須實現(xiàn)《第六次能源基本計劃》提出的市場需求目標。一是氫能發(fā)電占比達到10%的預期目標;二是所有國內(nèi)商用車全部轉(zhuǎn)換為氫能或氫基合成燃料;三是氫能煉鋼技術(shù)廣泛普及。

　　由于氫能是一種二次能源，其供給成本取決于一次能源價格的高低。日本在澳大利亞的褐煤制氫成本約為每標準立方米10日元，但儲運成本為每標準立方米20.7日元。而可再生能源電解水制氫成本則達到每標準立方米53日元。到2050年的成本目標控制在每標準立方米20日元以下，這主要是基于發(fā)電成本的考慮，氫燃料火電成本與天然氣火電成本相當，才能實現(xiàn)氫能商業(yè)化。舊版戰(zhàn)略提出將來成本目標要達到每千瓦時17日元，而《綠色增長戰(zhàn)略》則要求2050年氫燃料發(fā)電成本必須低于燃氣火電成本，即每千瓦時12日元。新版戰(zhàn)略沒有明確提及，主要原因是2023年3月燃氣火電成本實際上已經(jīng)上漲到每千瓦時24日元。

　　(三)明確重點技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域

　　日本氫能產(chǎn)業(yè)包括制備、儲運和應用三大產(chǎn)業(yè)鏈，在制備環(huán)節(jié)，重點將開發(fā)高效、耐用、低成本電解制氫技術(shù)，煤氣化、甲烷熱解制氫等高溫制氫技術(shù)以及光催化制氫技術(shù)。在儲運環(huán)節(jié)，關(guān)注點將放在高效氫氣液化裝置、儲氫合金、低成本氫載體、氨裂解等技術(shù)的開發(fā)上。在應用環(huán)節(jié)，主要著眼于高效、耐用、低成本燃料電池技術(shù)的研發(fā)，以及碳回收產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，如合成甲烷、合成燃料等。

　　日本產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略則從整體出發(fā)，著重發(fā)展啟動速度較快、未來市場規(guī)模較大的領(lǐng)域，以及日本具有技術(shù)優(yōu)勢的領(lǐng)域，推動氫能產(chǎn)業(yè)化。

　　(四)明確“低碳氫”標準

　　在“零碳氫”尚未形成統(tǒng)一國際標準的情況下，各國對于“清潔氫”與“低碳氫”的定義尚不一致。根據(jù)氫制備方法以及碳排放量的不同，歐洲各國采用了彩虹顏色分類，包括白氫(工業(yè)副產(chǎn)氫)、黑氫(煤制氫)、褐氫(褐煤制氫)、灰氫(天然氣制氫)、藍氫(天然氣+CCS制氫)、藍綠氫(甲烷裂解制氫)、綠氫(可再生能源制氫)、紫氫或黃氫(核電制氫)等。不同國家和地區(qū)的氫能戰(zhàn)略對不同類型的氫能賦予不同的稱謂。例如歐盟和德國強調(diào)可再生能源制氫，歐盟氫能戰(zhàn)略將氫能分為清潔氫(可再生能源制氫)、低碳氫(化石能源+CCUS)、化石氫;法國氫能戰(zhàn)略將氫能分為零碳氫和化石氫，美國氫能戰(zhàn)略將氫能分為清潔氫與碳中和氫。這不僅是各國政府對氫能項目扶持補助的標準，也是日后各國開展國際貿(mào)易衡量氫能清潔屬性的標準。

　　氫能的清潔屬性是由其全生命周期的碳排放量決定。新版戰(zhàn)略引入了“低碳氫”的概念，將可再生能源制氫和化石燃料+CCS制氫等納入該范疇，未來計劃將核電制氫也納入其中。“低碳氫”的邊界基本上與舊版戰(zhàn)略的“零碳氫”、《綠色增長戰(zhàn)略》的“清潔氫”概念相同。不過，新版戰(zhàn)略為氫(氨)制備設定了全生命周期的碳強度指標。與其他國家相比，日本標準相對較低，但日本仍然試圖牽頭制定全球標準，爭取氫能標準的國際話語權(quán)。

　　(五)采取支持和監(jiān)制融為一體的政策措施

　　日本在推動氫能產(chǎn)業(yè)方面采取了一系列支持和監(jiān)管相融合的政策措施。2021年3月，日本設立了2萬億日元規(guī)模的綠色創(chuàng)新基金(GI)，分配給氫能相關(guān)領(lǐng)域的總預算達到8300億日元。2023年5月，日本進一步頒布了《綠色轉(zhuǎn)型促進法》和《綠色轉(zhuǎn)型脫碳電力供給法》，該法案通過政府先期投資20萬億日元來提供對綠色轉(zhuǎn)型的支持，并帶動社會投資150萬億日元，其中未來10年將向氫能相關(guān)領(lǐng)域投資7萬億日元。新版戰(zhàn)略還明確提出在未來15年對氫能供應鏈投資15萬億日元。

　　具體措施方面，日本一方面重點支持建立大規(guī)模氫(氨)供應鏈體系，并參照現(xiàn)有化石燃料價格對氫氨進行差價補貼，氫氣的價格將以液化天然氣(LNG)價格為參照，而氨的價格將和煤炭價格進行比較。另一方面，政府支持建設氫(氨)基礎設施支撐體系，計劃在有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)需求的城市地區(qū)建設3個大型氫中心，在有一定規(guī)模需求的地區(qū)發(fā)展5個中型氫中心，并在港口地區(qū)發(fā)展氫能樞紐，同時，加強與地方政府合作，推動區(qū)域氫能供應鏈的建立，從而促進地方氫能生產(chǎn)和使用。

　　新版戰(zhàn)略還提出了“氫能安全戰(zhàn)略”的基本框架，包括氫能使用的政策法規(guī)環(huán)境和日本技術(shù)標準，以建立覆蓋整個氫能供應鏈的安全監(jiān)管體系。為增強氫能領(lǐng)域的國際地位，日本積極推動氫能技術(shù)裝備的安全性、通用性和標準化。為加快氫能技術(shù)產(chǎn)品的國際標準化進程，日本與ISO、IEC國際標準化組織加強合作，特別是密切聯(lián)系ISO/TC197(氫能技術(shù))、ISO/TC67(油氣產(chǎn)業(yè))、ISO/TC22/SC37(電動汽車)、IEC/TC105(燃料電池)、IEC/TC69(電動車輛)等與氫能相關(guān)的技術(shù)委員會，以促進將日本標準提升為國際標準。

　　(六)積極開拓海外市場，謀劃構(gòu)建全球性氫能市場

　　國際合作對于日本氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、技術(shù)改進和降低成本至關(guān)重要。因此，增強全球競爭力、拓展海外市場已納入了新版戰(zhàn)略，日本需繼續(xù)推進資源外交，以保障氫能源穩(wěn)定供應。首先，以化石能源制氫和儲運項目為抓手，日本將強化與傳統(tǒng)資源國的合作。例如與澳大利亞合作開發(fā)褐煤制氫項目;與文萊合作開發(fā)天然氣制氫項目;與沙特合作開發(fā)合成氨項目，同時與澳大利亞合作開發(fā)合成氨項目。其次，以可再生能源制氫和儲運項目為重點，日本將加強與可再生能源資源國的協(xié)作。例如，與阿聯(lián)酋合作開發(fā)光伏制氫項目，與馬來西亞攜手開發(fā)水電制氫項目、與新西蘭共同推動地熱制氫和綠氨項目，與美國猶他州展開可再生能源制氫項目。第三，以氫能技術(shù)產(chǎn)品和基礎設施建設為中心，日本將拓展與氫能需求國的合作。例如，參與美國、荷蘭、新加坡的燃氫發(fā)電項目，美國加利福尼亞加氫站以及新加坡和洛杉磯氫能市場建設等，圍繞環(huán)太平洋與環(huán)印度洋航線鋪開氫能供應網(wǎng)絡，以實現(xiàn)“碳中和燃料基地”的戰(zhàn)略目標。

　　值得注意的是，日本正在謀劃和布局國際氫能市場建設的規(guī)則和標準。氫能與化石能源不同，世界上任何國家都能制造;與電力不同，可以長期儲存和長距離運輸，具備全球可自由流通交易的特性。為此，日本已通過多邊平臺和雙邊合作積極推進氫能標準化工作。自2018年起，日本發(fā)起召開了多次世界氫能部長會議，發(fā)布了東京宣言，提出了全球10年內(nèi)建設1萬個加氫站和使用1000萬套燃料電池系統(tǒng)的宏偉愿景。與此同時，通過聯(lián)合國、G7、G20、國際氫能經(jīng)濟和燃料電池伙伴計劃(IPHE)、清潔能源部長級會議(CEM)、創(chuàng)新使命(MI)等多個渠道，日本呼吁建立買方主導的全球氫能市場，并提出構(gòu)建“亞洲零排放共同體”(AZEC)的倡議。因此，國際氫能市場的形成對于日本將技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)和市場優(yōu)勢具有重要的意義。

　　三、相關(guān)啟示

　　日本在氫能規(guī)劃中展現(xiàn)的先行者角色為我們提供了很多有益的啟示。首先，日本采取了盡可能利用既有基礎設施和設備的技術(shù)開發(fā)方針，氫能產(chǎn)品和技術(shù)在成熟的領(lǐng)域或地區(qū)先行先試，這有助于降低實施難度，提高技術(shù)的成熟度，有序推進氫能社會建設。其次，日本在供給側(cè)采取“降本、增需、保供”為中心的策略，同時采用灰、藍氫與綠氫并舉，進口與國產(chǎn)并重的方針。這種多元化的供給策略使得氫能戰(zhàn)略更加靈活，更具有適應性，同時有助于降低成本。再次，日本建立了政府統(tǒng)一規(guī)劃指導、企業(yè)上下游互動的官民協(xié)同機制，政府與大規(guī)模氫能供應商、大型氫能發(fā)電企業(yè)、燃料電池汽車制造企業(yè)、加氫站以及管網(wǎng)等基礎設施建設企業(yè)定期進行深度交流和合作，共同推動技術(shù)路線上的分工協(xié)作，降低氫制備、儲運和市場的成本，加速商業(yè)化進程。最后，日本的氫能戰(zhàn)略著眼于構(gòu)建全球“氫能社會”目標，積極參與氫能國際技術(shù)標準制定，提前布局國際市場，為建設全球統(tǒng)一的大宗貿(mào)易市場做準備和規(guī)劃。

　　2022年俄烏沖突引發(fā)的能源危機使全球更加關(guān)注氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。日本也受到此次能源危機的影響，國內(nèi)油價、氣價、電費大幅上漲，暴露了長期依賴化石燃料進口的“軟肋”。由于氫能具備制備和來源多元化的優(yōu)勢，能夠長期儲存，并在國際市場化石能源價格劇烈波動時保持相對穩(wěn)定，因此，發(fā)展氫能有助于日本提升能源安全保障水平。

　　總體而言，新版戰(zhàn)略的理念從“理想主義”轉(zhuǎn)向“現(xiàn)實主義”。當前，日本的氫能社會建設正從技術(shù)開發(fā)階段轉(zhuǎn)向商業(yè)化階段，低成本制氫、供給鏈完善、規(guī)模化利用三個條件缺一不可。