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

碳中和目標(biāo)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(dāng)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(biāo)，將氫能視為實現(xiàn)碳中和目標(biāo)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(zhǔn)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(chǔ)設(shè)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(chǔ)設(shè)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(dǎo)致氫能戰(zhàn)略實施未達預(yù)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(biāo)的問題，難以滿足當(dāng)下實現(xiàn)碳中和與能源安全目標(biāo)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(shè)氫能社會作為推動能源轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)碳中和目標(biāo)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(biāo)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(biāo)，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(yīng)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(yīng)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(biāo)大幅增長

　　首先對舊版戰(zhàn)略的階段目標(biāo)劃分進行了調(diào)整。舊版戰(zhàn)略中近期目標(biāo)為2020年，中期目標(biāo)為2030年，遠期目標(biāo)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(zhǔn)年，2025年為近期目標(biāo)，2030年為中期目標(biāo)，2050年為遠期目標(biāo)。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(yīng)量目標(biāo)分別提高到300萬噸和2000萬噸(含氨)，2030年的目標(biāo)供給量中還包含了清潔氫42萬噸。新版戰(zhàn)略在此基礎(chǔ)上又增加了2040年氫氣供應(yīng)量，提出1200萬噸的目標(biāo)，是當(dāng)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(yù)測量為1800萬～2300萬噸，但2050年目標(biāo)并未標(biāo)注氫源的屬性。

　　表1 《日本氫能基本戰(zhàn)略》舊版與新版目標(biāo)對照

　　(二)氫能降本目標(biāo)基本相同

　　降低成本是氫能市場發(fā)展的基礎(chǔ)。目前日本市場的氫氣價格為100日元/ 標(biāo)準(zhǔn)立方米，到2030年，氫供應(yīng)成本從每標(biāo)準(zhǔn)立方米100日元降低到30日元(約 334 日元/千克)，氨供應(yīng)成本按氫當(dāng)量計算則超過10日元/ 標(biāo)準(zhǔn)立方米。《綠色增長戰(zhàn)略》明確提出到2050年降低到20日元/標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)?？傮w來說新舊兩版的氫能降本目標(biāo)基本相同。但要實現(xiàn)上述成本目標(biāo)，必須實現(xiàn)《第六次能源基本計劃》提出的市場需求目標(biāo)。一是氫能發(fā)電占比達到10%的預(yù)期目標(biāo);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(biāo)準(zhǔn)立方米10日元，但儲運成本為每標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)立方米53日元。到2050年的成本目標(biāo)控制在每標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)，才能實現(xiàn)氫能商業(yè)化。舊版戰(zhàn)略提出將來成本目標(biāo)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(yīng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)

　　在“零碳氫”尚未形成統(tǒng)一國際標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，也是日后各國開展國際貿(mào)易衡量氫能清潔屬性的標(biāo)準(zhǔn)。

　　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(shè)定了全生命周期的碳強度指標(biāo)。與其他國家相比，日本標(biāo)準(zhǔn)相對較低，但日本仍然試圖牽頭制定全球標(biāo)準(zhǔn)，爭取氫能標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(yù)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(yīng)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(yīng)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(shè)氫(氨)基礎(chǔ)設(shè)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(shè)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，以建立覆蓋整個氫能供應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)化。為加快氫能技術(shù)產(chǎn)品的國際標(biāo)準(zhǔn)化進程，日本與ISO、IEC國際標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)提升為國際標(biāo)準(zhǔn)。

　　(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(yīng)。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?zé)嶂茪浜途G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(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(shè)等，圍繞環(huán)太平洋與環(huán)印度洋航線鋪開氫能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)“碳中和燃料基地”的戰(zhàn)略目標(biāo)。

　　值得注意的是，日本正在謀劃和布局國際氫能市場建設(shè)的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(dǎo)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(chǔ)設(shè)施和設(shè)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(shè)。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(yīng)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(dǎo)、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(yīng)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(biāo)，積極參與氫能國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定，提前布局國際市場，為建設(shè)全球統(tǒng)一的大宗貿(mào)易市場做準(zhǔn)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(dāng)前，日本的氫能社會建設(shè)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。