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碳中和目标下日本氢能产业发展战略变化分析

2023-12-20 14:51 1121 0 来自: 中能传媒研究院
简介
【汽车碳中和】氢能在当前全球能源转型和能源危机的背景下发挥着至关重要的作用,它扮演着“清洁高效的二次能源、灵活智慧的能源载体、绿色低碳的工业原料”三重角色。目前,世界上160多个国家先后宣布碳中和目标, ...

【汽车碳中和】氢能在当前全球能源转型和能源危机的背景下发挥着至关重要的作用,它扮演着“清洁高效的二次能源、灵活智慧的能源载体、绿色低碳的工业原料”三重角色。目前,世界上160多个国家先后宣布碳中和目标,将氢能视为实现碳中和目标的重要抓手。氢能不仅直接推动电力行业深度脱碳,还能将剩余电力转换为氢储存利用,最大限度地发挥可再生能源的潜力,促进氢电耦合发展。同时,有助于难以实现电能替代的工业领域脱碳。特别是以氢原料制造的合成氨、合成燃料替代现有的化石燃料,对于推动化石能源清洁高效利用具有重要的意义。

自2017年12月日本发布全世界首个氢能国家战略以来,全球41个国家已经制定了国家氢能战略,还有10多个国家正在筹划中。各国都在瞄准这个巨大的市场机会,投资布局氢能产业链以及氢能基础设施,全球氢能产业和市场竞争白热化。

一Number日本氢能产业战略概况

2017年12月,日本率先发布了全球首个氢能国家战略——《氢能基本战略》。然而,由于氢能成本居高不下,且基础设施不完善,其在与其他清洁能源的竞争中并未展现出明显的优势。这导致氢能战略实施未达预期,出现了包括燃料电池汽车和家用燃料电池销售等未能达到市场目标的问题,难以满足当下实现碳中和与能源安全目标的需求。为此,日本国内对《氢能基本战略》的底层逻辑和技术路线提出质疑,认为日本氢能战略选择了低优先级用途的氢能,过于注重基于化石燃料的灰氢与蓝氢,而忽视基于可再生能源的绿氢,使得日本绿氢产量与产能都明显滞后于其他国家。

2020年10月,日本政府宣布2050年实现碳中和,进一步推动了日本氢能产业的发展。于是,政府于2020年12月出台了《绿色增长战略》,并在2021年6月进行了修订。该战略将氢能产业确定为碳中和时代推动日本经济增长的十四个重点产业之一。氢能产业横跨氨燃料产业、核工业、汽车工业、船舶工业、航空工业、碳循环产业等,是各重点产业之间联系最广、协同关系最深的产业。随后,2021年10月,日本政府通过了《第六次能源基本计划》,明确将建设氢能社会作为推动能源转型,实现碳中和目标的战略支柱,并提出“根据氢能在碳中和时代的作用修改氢能基本战略”的要求。2023年2月,日本政府正式确定了《实现绿色转型基本方针》,指出氢能作为清洁能源,是实现碳中和目标的突破口。在此背景下,2023年6月,日本对实施了5年多的《氢能基本战略》进行了修订。新版《氢能基本战略》明确了氢能的战略定位和对象范围,制定了加速实现氢能社会发展的具体规划和目标,包括实现稳定、经济、低碳的氢(氨)供给体系以及创造各类应用场景的市场需求;同时,提出了氢能产业战略和氢能安全战略,包括支持构建大规模的供应链,推进创新技术开发,加强国际合作等具体措施,以增强日本氢能产业的国际竞争力。

二Number新版《氢能基本战略》调整情况分析

(一)氢能供给目标大幅增长

首先对旧版战略的阶段目标划分进行了调整。旧版战略中近期目标为2020年,中期目标为2030年,远期目标泛指“将来”。《绿色增长战略》重新调整了划分各阶段的基准年,2025年为近期目标,2030年为中期目标,2050年为远期目标。新版战略重点强调2030年的行动计划和2050年的展望。旧版战略提出到2020年氢能供给量达到0.4万吨,2030年和2050年氢气供给量分别达到30万吨和1000万吨以上。《绿色增长战略》将2030年和2050年氢气供应量目标分别提高到300万吨和2000万吨(含氨),2030年的目标供给量中还包含了清洁氢42万吨。新版战略在此基础上又增加了2040年氢气供应量,提出1200万吨的目标,是当前日本氢气年产量200万吨(含氨)的6倍。主要依据是日本商用车、发电和钢铁行业的氢能潜在需求预测量为1800万~2300万吨,但2050年目标并未标注氢源的属性。

表1 《日本氢能基本战略》旧版与新版目标对照

(二)氢能降本目标基本相同

降低成本是氢能市场发展的基础。目前日本市场的氢气价格为100日元/ 标准立方米,到2030年,氢供应成本从每标准立方米100日元降低到30日元(约 334 日元/千克),氨供应成本按氢当量计算则超过10日元/ 标准立方米。《绿色增长战略》明确提出到2050年降低到20日元/标准立方米(约222日元/千克),而旧版战略只提到将来达到这一目标。总体来说新旧两版的氢能降本目标基本相同。但要实现上述成本目标,必须实现《第六次能源基本计划》提出的市场需求目标。一是氢能发电占比达到10%的预期目标;二是所有国内商用车全部转换为氢能或氢基合成燃料;三是氢能炼钢技术广泛普及。

由于氢能是一种二次能源,其供给成本取决于一次能源价格的高低。日本在澳大利亚的褐煤制氢成本约为每标准立方米10日元,但储运成本为每标准立方米20.7日元。而可再生能源电解水制氢成本则达到每标准立方米53日元。到2050年的成本目标控制在每标准立方米20日元以下,这主要是基于发电成本的考虑,氢燃料火电成本与天然气火电成本相当,才能实现氢能商业化。旧版战略提出将来成本目标要达到每千瓦时17日元,而《绿色增长战略》则要求2050年氢燃料发电成本必须低于燃气火电成本,即每千瓦时12日元。新版战略没有明确提及,主要原因是2023年3月燃气火电成本实际上已经上涨到每千瓦时24日元。

(三)明确重点技术和产业发展领域

日本氢能产业包括制备、储运和应用三大产业链,在制备环节,重点将开发高效、耐用、低成本电解制氢技术,煤气化、甲烷热解制氢等高温制氢技术以及光催化制氢技术。在储运环节,关注点将放在高效氢气液化装置、储氢合金、低成本氢载体、氨裂解等技术的开发上。在应用环节,主要着眼于高效、耐用、低成本燃料电池技术的研发,以及碳回收产品生产技术,如合成甲烷、合成燃料等。

日本产业战略则从整体出发,着重发展启动速度较快、未来市场规模较大的领域,以及日本具有技术优势的领域,推动氢能产业化。

(四)明确“低碳氢”标准

在“零碳氢”尚未形成统一国际标准的情况下,各国对于“清洁氢”与“低碳氢”的定义尚不一致。根据氢制备方法以及碳排放量的不同,欧洲各国采用了彩虹颜色分类,包括白氢(工业副产氢)、黑氢(煤制氢)、褐氢(褐煤制氢)、灰氢(天然气制氢)、蓝氢(天然气+CCS制氢)、蓝绿氢(甲烷裂解制氢)、绿氢(可再生能源制氢)、紫氢或黄氢(核电制氢)等。不同国家和地区的氢能战略对不同类型的氢能赋予不同的称谓。例如欧盟和德国强调可再生能源制氢,欧盟氢能战略将氢能分为清洁氢(可再生能源制氢)、低碳氢(化石能源+CCUS)、化石氢;法国氢能战略将氢能分为零碳氢和化石氢,美国氢能战略将氢能分为清洁氢与碳中和氢。这不仅是各国政府对氢能项目扶持补助的标准,也是日后各国开展国际贸易衡量氢能清洁属性的标准。

氢能的清洁属性是由其全生命周期的碳排放量决定。新版战略引入了“低碳氢”的概念,将可再生能源制氢和化石燃料+CCS制氢等纳入该范畴,未来计划将核电制氢也纳入其中。“低碳氢”的边界基本上与旧版战略的“零碳氢”、《绿色增长战略》的“清洁氢”概念相同。不过,新版战略为氢(氨)制备设定了全生命周期的碳强度指标。与其他国家相比,日本标准相对较低,但日本仍然试图牵头制定全球标准,争取氢能标准的国际话语权。

(五)采取支持和监制融为一体的政策措施

日本在推动氢能产业方面采取了一系列支持和监管相融合的政策措施。2021年3月,日本设立了2万亿日元规模的绿色创新基金(GI),分配给氢能相关领域的总预算达到8300亿日元。2023年5月,日本进一步颁布了《绿色转型促进法》和《绿色转型脱碳电力供给法》,该法案通过政府先期投资20万亿日元来提供对绿色转型的支持,并带动社会投资150万亿日元,其中未来10年将向氢能相关领域投资7万亿日元。新版战略还明确提出在未来15年对氢能供应链投资15万亿日元。

具体措施方面,日本一方面重点支持建立大规模氢(氨)供应链体系,并参照现有化石燃料价格对氢氨进行差价补贴,氢气的价格将以液化天然气(LNG)价格为参照,而氨的价格将和煤炭价格进行比较。另一方面,政府支持建设氢(氨)基础设施支撑体系,计划在有大规模产业需求的城市地区建设3个大型氢中心,在有一定规模需求的地区发展5个中型氢中心,并在港口地区发展氢能枢纽,同时,加强与地方政府合作,推动区域氢能供应链的建立,从而促进地方氢能生产和使用。

新版战略还提出了“氢能安全战略”的基本框架,包括氢能使用的政策法规环境和日本技术标准,以建立覆盖整个氢能供应链的安全监管体系。为增强氢能领域的国际地位,日本积极推动氢能技术装备的安全性、通用性和标准化。为加快氢能技术产品的国际标准化进程,日本与ISO、IEC国际标准化组织加强合作,特别是密切联系ISO/TC197(氢能技术)、ISO/TC67(油气产业)、ISO/TC22/SC37(电动汽车)、IEC/TC105(燃料电池)、IEC/TC69(电动车辆)等与氢能相关的技术委员会,以促进将日本标准提升为国际标准。

(六)积极开拓海外市场,谋划构建全球性氢能市场

国际合作对于日本氢能产业的发展、技术改进和降低成本至关重要。因此,增强全球竞争力、拓展海外市场已纳入了新版战略,日本需继续推进资源外交,以保障氢能源稳定供应。首先,以化石能源制氢和储运项目为抓手,日本将强化与传统资源国的合作。例如与澳大利亚合作开发褐煤制氢项目;与文莱合作开发天然气制氢项目;与沙特合作开发合成氨项目,同时与澳大利亚合作开发合成氨项目。其次,以可再生能源制氢和储运项目为重点,日本将加强与可再生能源资源国的协作。例如,与阿联酋合作开发光伏制氢项目,与马来西亚携手开发水电制氢项目、与新西兰共同推动地热制氢和绿氨项目,与美国犹他州展开可再生能源制氢项目。第三,以氢能技术产品和基础设施建设为中心,日本将拓展与氢能需求国的合作。例如,参与美国、荷兰、新加坡的燃氢发电项目,美国加利福尼亚加氢站以及新加坡和洛杉矶氢能市场建设等,围绕环太平洋与环印度洋航线铺开氢能供应网络,以实现“碳中和燃料基地”的战略目标。

值得注意的是,日本正在谋划和布局国际氢能市场建设的规则和标准。氢能与化石能源不同,世界上任何国家都能制造;与电力不同,可以长期储存和长距离运输,具备全球可自由流通交易的特性。为此,日本已通过多边平台和双边合作积极推进氢能标准化工作。自2018年起,日本发起召开了多次世界氢能部长会议,发布了东京宣言,提出了全球10年内建设1万个加氢站和使用1000万套燃料电池系统的宏伟愿景。与此同时,通过联合国、G7、G20、国际氢能经济和燃料电池伙伴计划(IPHE)、清洁能源部长级会议(CEM)、创新使命(MI)等多个渠道,日本呼吁建立买方主导的全球氢能市场,并提出构建“亚洲零排放共同体”(AZEC)的倡议。因此,国际氢能市场的形成对于日本将技术优势转化为产业和市场优势具有重要的意义。

三Number相关启示

日本在氢能规划中展现的先行者角色为我们提供了很多有益的启示。首先,日本采取了尽可能利用既有基础设施和设备的技术开发方针,氢能产品和技术在成熟的领域或地区先行先试,这有助于降低实施难度,提高技术的成熟度,有序推进氢能社会建设。其次,日本在供给侧采取“降本、增需、保供”为中心的策略,同时采用灰、蓝氢与绿氢并举,进口与国产并重的方针。这种多元化的供给策略使得氢能战略更加灵活,更具有适应性,同时有助于降低成本。再次,日本建立了政府统一规划指导、企业上下游互动的官民协同机制,政府与大规模氢能供应商、大型氢能发电企业、燃料电池汽车制造企业、加氢站以及管网等基础设施建设企业定期进行深度交流和合作,共同推动技术路线上的分工协作,降低氢制备、储运和市场的成本,加速商业化进程。最后,日本的氢能战略着眼于构建全球“氢能社会”目标,积极参与氢能国际技术标准制定,提前布局国际市场,为建设全球统一的大宗贸易市场做准备和规划。

2022年俄乌冲突引发的能源危机使全球更加关注氢能产业的发展。日本也受到此次能源危机的影响,国内油价、气价、电费大幅上涨,暴露了长期依赖化石燃料进口的“软肋”。由于氢能具备制备和来源多元化的优势,能够长期储存,并在国际市场化石能源价格剧烈波动时保持相对稳定,因此,发展氢能有助于日本提升能源安全保障水平。

总体而言,新版战略的理念从“理想主义”转向“现实主义”。当前,日本的氢能社会建设正从技术开发阶段转向商业化阶段,低成本制氢、供给链完善、规模化利用三个条件缺一不可。


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