观点研究|国际氢能战略回顾分析

2022-01-17 00:00


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2019年6月,国际能源署(IEA)应20国集团之邀于日本G20峰会期间发布了具有里程碑意义的《氢的未来》报告。彼时只有日本和韩国正式发布了国家氢能战略并明确了氢能在其能源系统中的定位。时至今日,全球已有18个国家或地区(占全球人口总数1/3,占世界GDP的70%)出台了各自的氢能发展战略、规划或路线图。新出台战略的国家或地区有:澳大利亚、加拿大、智利、捷克、法国、德国、匈牙利、荷兰、挪威、葡萄牙、俄罗斯、西班牙、英国、哥伦比亚、意大利、波兰、印度和欧盟委员会[1]。此外,还有20多个国家的氢能战略正在起草,其中包括中国、巴西、土耳其、新西兰、乌克兰等国。表1汇总了2019年以来的全球主要工业国氢能战略规划及战略目标、实施策略等信息。


表1.全球氢能战略概览

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(资料整理自网络,海南省绿色金融研究院整理)


历史上的氢浪潮


      18、19世纪,氢气仅作为一类特殊燃料被用来驱动飞艇和火箭,并不为大众所熟知,也未引起国家层面的特殊关注。直至上世纪70年代,把氢能当作主体能源的想法才被美欧发达国家所重视,起因是石油短缺导致油价暴涨以及空气污染引发了强烈的公众关注。1976年,《国际氢能期刊》创办,1977年,IEA氢能和燃料电池技术合作计划设立,氢能的研究和开发迎来第一波高潮。然而不久后,随着新的石油、天然气储量被探明,石油危机的阴霾逐渐散退。石油消费大国对氢能的兴趣下降,并未对其形成持续的投入和部署。90年代,气候变化再次引发担忧,氢能随其他低碳、清洁能源技术(如碳捕集封存等)一起再次被提起。可惜,持续数年的低油价(页岩气革命和金融危机等因素导致)再次抑制了一批氢能科研和示范项目的发展,第二次氢能产业浪潮随即陷入停滞。


本世纪,随着日益严峻的针对交通运输业的环保法规的实施,以及各类鼓励新能源发展的政策发布,新能源汽车产业迎来爆发。氢气在交通运输领域也曾被寄予厚望,然而,氢能源汽车的部署却遇到了是先建设基础设施还是先制造车辆的“蛋生鸡,鸡生蛋”问题的困扰。与此同时,纯电汽车因其较为“廉价”和快速的初期基础设施建设抢先爆发,成就了如今兴盛的全球电动汽车市场。


虽然纯电汽车的迅猛发展抢占了一部分氢能的市场和发展机会,但其成功的案例也激发了氢能产业研发和投资的热情。由于氢能在能源安全、工业领域深度脱碳、可再生能源消纳、储能以及长途运输等方面都有着明显的优势,虽然此次的氢能浪潮相比于其他新能源产业发力较晚,但却受到了前所未有的国际关注,面临着前所未有的政治和商业的发展机遇。


全球氢能战略相继出台的背景


     过去两年,越来越多的国家将发展氢能源产业提升到国家(地区)战略高度。总体来说,发达国家的氢能发展战略的背景大都基于《巴黎协定》,但是不同国家发展氢能的出发点和侧重点因国情而异。


1、“碳达峰、碳中和”的大背景


气候变化是21世纪人类面临的严峻挑战,是深刻影响各国经济社会发展和生态环境的重大全球性问题,积极应对气候变化已成为全球普遍共识和大势所趋,绿色减碳成为全球经济发展的主旋律之一。氢的清洁程度取决于其生产方式,现在的观点仍是两极分化,批评者质疑其成本和“清洁性”。原因是,在碳中和的背景下,现阶段全球氢气生产仍以“灰氢”为主。而氢能的支持者则认为本次的氢能发展有所不同。伴随着可再生能源发电成本的快速下降,电解水制“绿氢”的规模会越来越大,实现净零排放的目标并非遥不可及。此外,氢能还能够消纳储存风能和太阳能等可再生能源产生的多余电力是节能的重要手段,并且氢是“难以减排领域”(冶钢、炼油、化工等行业)深度脱碳的关键支柱。


2、能源转型、能源独立的需求


随着全球人口数量的增长和居民生活水平的提高,人类社会对能量的需求不断加大。然而,地球上的煤、石油等矿物能源越用越少,能源危机的阴影不断逼近。加上国际能源价格易受突发性事件影响而波动较大,对于严重依赖能源进口的国家,发展氢能可以优化其能源结构、提高能源系统弹性,是推动能源转型、保障国家能源安全的战略选择。


3、未来市场的发展空间


若氢能成为全球主体能源之一,其全产业链将会是一个规模非常庞大的体系。氢能产业是科技和资本密集型产业,涉及新材料、高端制造、交通运输、基础建设乃至国防军工等多方领域。在未来高比例可再生能源系统中,氢能可以与热、电网络有效连接,解决可再生能源波动性、间歇性等问题,使其更好的融入能源系统。“氢能经济”的发展将带动能源架构、产业链底层经济运作模式的深刻变化。据国际氢能委员会(Hydrogen Council)预测,到2030年全球氢能领域投资总额将达5000亿美元,到2050年,氢能将承担全球18%的能源终端需求,氢能产业将创造3000万个工作岗位,减少60亿吨二氧化碳排放并创造超过2.5万亿美元的市场价值。[4]


4、抓住机遇,成为新技术的领导者


能源科技革命是历次工业革命的核心要素,是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力。氢能是各国争相抢占的“未来能源”之一,是实现各类能源转换的“枢纽”。超前布局先导产业、带动传统产业转型升级、培育经济发展新动能、推动经济高质量发展,在提升国际竞争能力的同时,也是提供就业维持社会稳定的举措。


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图2. 全球氢能产业链项目和投资分布

(资料来源:IEA报告)

国际典型氢能战略和发展现状分析


      综合国际氢能战略出台的各种背景,氢能被赋予几类典型使命:


1、战略技术储备;2、深度减碳工具;3、能源安全保障;4、新兴产业高地;5、资源出口创汇。全球氢能产业的发展亦可归纳为四种典型模式:


美国模式:


美国是最早重视和发展氢能源的国家,也是一直以来氢能技术的引领者,历史上两次氢能浪潮皆因美国的能源需求变动而起落。自 1990 年至今,美国政府已颁布了多项推动氢能发展的政策和行动计划,氢能作为其战略储备技术的思路一直没有改变。美国曾想借助氢能实现能源独立,但却发展出了相对经济、清洁、低碳的页岩油气技术,而页岩气和氢能在应用端存在较多重合,对氢能形成了巨大的挤出效应。据加州燃料电池合作伙伴组织(CaFCP)的数据显示,美国的氢燃料电池汽车市场已陷入停滞状态,在2019年甚至出现了12%的下滑,发展势头已被日韩、中国赶超。


2021年7月,为了刺激自“新冠”疫情以来低迷的国内经济,美国参议院通过了5500亿美元的《基础设施投资和就业法案》,提出联邦将拨出95亿元奖金用于支持氢能领域,其中80亿将用于建设至少四个区域性清洁氢能枢纽。清洁氢能枢纽将被用作氢燃料生产地点,用于供暖、交通和制造业等领域。该法案称,至少将在“天然气资源最丰富”的地区建设两个区域中心。生产氢气的其他可选择能源包括核能、可再生能源以及生物质能。此外,清洁氢法案还将特别授权10亿美元的拨款,用于提高电解槽效率和成本效益的项目,其目标是到2026年将“绿氢”成本由现在的5美元/公斤以上降至2美元/公斤以下。


西欧模式:


欧洲是全球能源转型的先行地区,也是对能源安全极为重视的地区。然而其能源转型的过程并不顺利,德国作为欧盟的领导者之一,明确拒绝核电为绿色能源,并逐步放弃已有的核电能力。再加上可再生能源波动性大、发展不及预期等因素,导致整个西欧社会的能源需求愈发依赖天然气进口。2019年德国部分地区出现了电力供应中断事故,暴露出其储能和调度能力不足的短板。


技术和经济层面之外,欧洲的能源安全在地缘政治的干扰下受到严重威胁。因此,能源转型和能源安全保障是氢能被赋予的重要使命之一。一位欧盟工业领域的资深专家如此评价欧盟的氢能战略:


“Ultimately for the EU, it’s not necessarily driven by cost, it’s driven by security of energy supply, reduction of exposure to Vladimir Putin (for Russian oil and gas imports), job creation. Those aspects of the hydrogen opportunity are underplayed at the moment and they are what is going to drive things forward.”【从根本上讲,欧盟的氢能战略并非成本驱动,而是出于对能源供应的安全,减少对弗拉基米尔·普京的依赖(代指俄罗斯石油、天然气的进口)、创造就业等方面的考虑。当前,这些因素的重要性被淡化了,但是其实是真正驱动事件前进的动力。】


此外,在欧洲,传统碳减排路径已出现边际效益递减的现象,减排急需开辟新途径。氢能亦被当作深度脱碳的重要工具。欧盟委员会于2020年7月发布《气候中性的欧盟氢能战略》规划了欧盟未来30年的氢能发展路线。2021年7月,欧盟再对氢能战略进行补充,通过了欧洲的Fit for 55一揽子减排提案,旨在确保2030年欧盟温室气体净排放量与1990年的水平相比减少55%,并在2050年实现碳中和。目前,欧洲在已公开的氢能项目数量方面处于全球领先地位(126个项目,占比55%)。


俄澳模式:


传统能源出口的“三大件”(煤炭、石油、液化天然气)因各大能源消费国的能源转型、能源独立政策以及愈发高涨的节能减碳运动,颓势已现。以化石能源出口为重要经济增长引擎的国家在“新能源时代”,为保持经济的可持续发展必须寻找新的市场需求。这类国家包括俄罗斯、澳大利亚、新西兰和海湾阿拉伯国家。他们的氢能战略规划和发展模式的主要特点是以本国资源为依托,专注“低碳氢”(既包括可再生能源制“绿氢”,也包括集合了碳捕捉技术的化石能源制“蓝氢”)生产,着力打造氢能供应基地。


俄罗斯虽是欧洲国家,但其资源禀赋和经济结构与西欧国家完全不同,发展氢能的动机倒是与澳大利亚、中东国家类似,是出口导向型。2021年4月,俄罗斯出台的《2024年前俄罗斯氢能发展构想》中表示,到2050年,俄罗斯氢能出口量将达790-3340万吨,出口创收达236-1002亿美元。


同为全球主要资源出口国的澳大利亚于2019年11月发布了《国家氢能战略》,意在将自己打造为亚洲三大氢能出口基地之一,同时在氢安全、氢经济以及氢认证方面走在全球前列。目前,澳大利亚正积极推动与日、韩等国的氢气贸易,签订氢气供应协议,同时与相关企业开展联合技术创新,完善氢能供应链,扩大供应能力、降低成本。


2020年11月,沙特政府提出依托其庞大的天然气储量生产“蓝氢”,成为全球最大氢能出口国。


日韩模式:


日、韩两国的氢能源发展在亚洲乃至世界均列前茅。其根本原因是两国能源安全形势严峻,急需优化能源进口格局和渠道。尤其日本,国内资源匮乏,95%以上需要依赖进口,且化石能源占到总能源消费的2/3。与德国一样,福岛核事故之后,日本的核电能力同样陷入停滞。因此,日本政府亟需寻找新的替代石油天然气的主体能源。


日本早在2014年修订的《日本在复兴战略》中便发出构建“氢能社会”的呼吁,同时在第四次《能源基本计划》中,将氢能定位为与电力和热能并列的核心二次能源。同年,《日本氢和燃料电池战略路线图》正式发布;2017年12月制定了《氢能基本战略》,2018年7月制定了《第五次能源基本计划》,2021年3月12日,日本经济产业省又发布了新版《氢能与燃料电池路线图》。目前,日本氢能和燃料电池技术拥有的专利数全球领先,已实现燃料电池车和家用热电联供系统的大规模商业化推广。


韩国政府将“氢经济”列为三大创新增长战略之一,并于2019年1月17日在蔚山市发布《氢能经济发展路线图》。韩国氢能路线图规划不仅仅局限于汽车领域,还计划普及发电用、家庭用和建筑用氢燃料电池装置。在建设加氢站方面,韩国政府考虑为建设加氢站提供补贴的方案,并通过“监管沙盒”等放宽管制措施积极吸引民间资本的参与。


日本和韩国的氢能基本战略均聚焦于车用和家用领域的应用,是其本国产业和技术发展的必然延伸。丰田和现代,两个氢能领域的先行者则是日韩模式氢能战略支持下产出的代表性氢能源龙头企业。

国际形势下我国氢能战略规划的思考


      锂电、光伏和风能等新能源市场的发展表明,产业政策和技术创新是推动全球清洁能源发展的重要动力。我国虽然在上述领域均取得了良好开端和较为健康的发展势头,但面对激烈的国际竞争,仍要把握每一次能源技术革命,此次全球氢能发展的窗口期亦不可错过。当前,我国的氢能产用量均已是全球第一,但和日本、美国等较早投入氢能科技研发和产业规划的国家相比,我国的氢能发展仍存明显差距。


2021年是我国“十四五”规划的开局年,亦是我国的“氢能政策元年”,从中央到地方,鼓励氢能发展的专项政策频出。然而,我国的“国家氢能战略”依然空缺,氢能发展的顶层设计目标还不明确。不过,作为后发国家,在制定氢能战略时能够广泛参考和借鉴已有的国际经验。需要注意的是,各国(地区)资源禀赋和产业基础存在客观差异,当前的现实需求及所能承受节能减排的压力也不同,在规划的制氢、用氢的路径和方向,甚至发展氢能的主要目的也不尽相同。


在参考国际经验时,要注重分析各国发展氢能背后的动机、利益格局等内容,不要仅停留在政策、措施和行动的简单总结及归纳层面,而是要通过梳理、分析和比对其他国家氢能的规划和布局,尽早明确出发点,进一步明确目标与路径,扬长避短构建我国乃至全球的氢能应用场景,统筹推进氢能产业技术与市场、供应与需求的协调发展。最后,战略的最终意义在于是否能被执行,能将宏伟蓝图转化为实际行动的国家才能这场科技和产业竞争中赢得主动。

结语


      纵观历史,人类对氢能的兴趣出现过数次高潮,可惜均未能转化为持续的资源投入和规模部署。如今,全球氢能热浪再起,此次氢能发展和未来技术突破被寄予厚望。IEA预测,目前为止,本周期的国际氢能发展可谓“顺风顺水”,按势头大概率可获得成功。过去两年间,世界主要国家政府相继制定和发布了符合自身国家战略的氢能发展规划或路线图。预计2022年将有更多的“国家氢能战略”出台,其中或将包括我国的氢能战略,让我们共同期待。

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