中國儲能網(wǎng)訊：文/熊華文 符冠云，國家發(fā)改委能源研究所，環(huán)境保護
當前，世界各國都在加快推進氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，初步形成了四種典型模式，即以德國為代表的“深度減碳重要工具”模式，以日本為代表的“新興產(chǎn)業(yè)制高點”模式，以美國為代表的“中長期戰(zhàn)略技術(shù)儲備”模式和以澳大利亞為代表的“資源出口創(chuàng)匯新增長點”模式。我國在推動氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的過程中，應充分參考借鑒國際經(jīng)驗，進一步明確“初心”與“使命”、目標與路徑，以推進能源革命為出發(fā)點，構(gòu)建“大氫能”應用場景，統(tǒng)籌推進氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)與市場、供應與需求的協(xié)調(diào)發(fā)展。
氫能作為二次能源， 具有來源廣泛、適應大范圍儲能、用途廣泛、能量密度大等多種優(yōu)勢。隨著氫能產(chǎn)業(yè)的興起， 全球迎來“氫能社會” 發(fā)展熱潮，歐盟、日本、美國、澳大利亞、韓國等經(jīng)濟體和國家均出臺相關(guān)政策，將發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)提升到國家（地區(qū)）戰(zhàn)略高度，一批重大項目陸續(xù)啟動，全球氫能產(chǎn)業(yè)市場格局進一步擴大。對我國而言，加快發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，也有現(xiàn)實而迫切的意義。具體來看， 發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)是優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推動能源轉(zhuǎn)型、保障國家能源安全的戰(zhàn)略選擇，是促進節(jié)能減排、應對全球氣候變化、實現(xiàn)綠色發(fā)展的重要途徑，是超前布局先導產(chǎn)業(yè)、帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、培育經(jīng)濟發(fā)展新動能、推動經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵舉措。
2019年是我國氫能發(fā)展的創(chuàng)新之年，“理想照進現(xiàn)實”特點明顯— 戰(zhàn)略共識基本成形，探索的步伐正在加快， 先進理念、技術(shù)、模式層出不窮。超過30個地方政府發(fā)布了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃/ 實施方案/ 行動計劃，相關(guān)的“氫能產(chǎn)業(yè)園”“氫能小鎮(zhèn)”“氫谷”項目涉及總投資額多達數(shù)千億元，氫燃料電池汽車規(guī)劃推廣數(shù)量超過10萬輛，加氫站建設規(guī)劃超過500座。我國在加快發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的過程中，需要廣泛參考借鑒國際經(jīng)驗。我們認為，對于國際經(jīng)驗的研究不應只停留在政策、措施和行動的簡單總結(jié)及歸納層面，而應該深入分析各國發(fā)展氫能背后的初衷、動機、利益格局等內(nèi)容。在充分了解各國資源稟賦、產(chǎn)業(yè)基礎、現(xiàn)實需要等各方面因素的基礎上，找到發(fā)展的方向、目標、路徑、模式與政策措施之間的邏輯關(guān)系。換言之，不止要看“做了什么”，更要研究“為什么做”“做了有什么好處”等深層次問題。
從不同國家發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的出發(fā)點、側(cè)重點、著力點等方面看， 全球各國實踐大致可總結(jié)為四大類型，本文稱之為四種典型模式，即把氫能作為深度脫碳的重要工具的德國模式（法國、英國、荷蘭等國做法類似）；把氫能作為新興產(chǎn)業(yè)制高點的日本模式（韓國做法類似）；把氫能作為中長期戰(zhàn)略技術(shù)儲備的美國模式（ 加拿大做法類似） 以及把氫能作為資源出口創(chuàng)匯新增長點的澳大利亞模式（ 新西蘭、俄羅斯等國做法類似）。
德國模式：推動深度脫碳，促進能源轉(zhuǎn)型
德國能源轉(zhuǎn)型近年來暴露出越來越多的問題。首先，隨著可再生能源裝機容量和發(fā)電量的穩(wěn)步提升，維護電力系統(tǒng)穩(wěn)定性成為其頭等挑戰(zhàn)。2019年德國部分地區(qū)出現(xiàn)了電力供應中斷事故，暴露出其儲能和調(diào)度能力不足的短板。其次，為提升電力系統(tǒng)供應能力，德國增加了天然氣發(fā)電，但由此需要從俄羅斯等國家進口更多天然氣，導致能源對外依存度提升。最后， 能源轉(zhuǎn)型使帶來能源價格走高，能源轉(zhuǎn)型面臨越來越多的爭議。與能源轉(zhuǎn)型陷入困境一脈相承的問題是碳減排進展不如預期。德國政府已經(jīng)提出了2030年比1990年減排55%的中期目標和2050年實現(xiàn)碳中和的長期目標，然而自2015年以來碳排放量不降反升，2018年在暖冬的幫助下才實現(xiàn)了“轉(zhuǎn)跌”。傳統(tǒng)減排路徑邊際效益遞減，急需開辟新途徑，挖掘更多減碳潛力。
發(fā)展氫能可助力大規(guī)模消納可再生能源，并實現(xiàn)“難以減排領域”的深度脫碳。電解水制氫技術(shù)發(fā)展迅速，規(guī)模提高、響應能力增強、成本下降，使其有望成為大規(guī)模消納可再生能源的重要手段。在區(qū)域電力冗余時，通過電解水制氫將多余電力轉(zhuǎn)化為氫氣并儲存起來，從而減少“棄風能”“棄光能”“棄水能”等現(xiàn)象，降低可再生能源波動性對于電力系統(tǒng)的沖擊。與此同時，氫能具有高能量密度（質(zhì)量密度）、電化學活性和還原劑屬性， 能夠在各種應用領域扮演“萬金油”角色，對“難以減排領域”的化石能源進行規(guī)模化替代，實現(xiàn)深度脫碳目標。
圍繞深度脫碳和促進能源轉(zhuǎn)型，德國創(chuàng)新提出了電力多元化轉(zhuǎn)換（Power-to-X）理念，致力于探索氫能的綜合應用。具體而言，在氫氣生產(chǎn)端，利用可再生電力能源電解水制取低碳氫燃料，從而構(gòu)建規(guī)模化綠色氫氣供應體系。在氫氣應用端，將綠色氫氣用于天然氣摻氫、分布式燃料電池發(fā)電或供熱、氫能煉鋼、化工、氫燃料電池汽車等多個領域?，F(xiàn)階段，德國政府與荷蘭等國正在開展深度合作，重點推廣天然氣管道摻氫，構(gòu)建氫氣天然氣混合燃氣（HCNG） 供應網(wǎng)絡。其中，依托西門子等公司在燃氣輪機方面的技術(shù)優(yōu)勢， 已開展了若干天然氣摻氫發(fā)電、供熱等示范項目。截至2019年年底，德國已有在建和運行的“P to G”（可再生能源制氫＋天然氣管道摻氫）示范項目50個，總裝機容量超過55MW。此外，蒂森克虜伯集團已開展氫能煉鋼示范項目，預計到2022年進入大規(guī)模應用階段。
日本模式：保障能源安全，鞏固產(chǎn)業(yè)基礎
日本能源安全形勢嚴峻，急需優(yōu)化能源進口格局和渠道。日本的能源結(jié)構(gòu)高度倚重石油和天然氣，二者占能源消費比重高達2/3，因為國內(nèi)能源資源比較匱乏，95%以上的石油和天然氣都需要進口。能源地緣政治局勢日趨復雜，斷供風險猶如“達摩克利斯之劍”，再加上國際能源市場價格的大起大落，都會給日本能源安全甚至經(jīng)濟安全帶來沖擊。2011年福島核事故之后，日本核電發(fā)展遇到越來越多的阻力，如果實現(xiàn)本土“棄核”，意味著能源對外依賴程度還要提升。因此，日本迫切需要在當前能源消費格局中開辟新的“陣地”，尋找能源安全的緩沖區(qū)和減壓閥，擺脫其對于石油和天然氣的依賴。
發(fā)展氫能可提升能源安全水平、分化能源供應中斷及價格波動風險。日本未來消費的氫能雖然仍需要從海外進口， 但主要來自澳大利亞、新西蘭、東南亞等國家和地區(qū)， 與中東、北非等傳統(tǒng)油氣來源地區(qū)形成了空間分離，進而分化了地緣政治風險。同時，石油和天然氣在價格上有較高的關(guān)聯(lián)度，兩者仍然屬于“一個籃子里的雞蛋”。而氫能來源廣泛，價格與油氣的關(guān)聯(lián)度不高，增加氫能進口和消費，能夠在一定程度上分化油氣價格同向波動對本國經(jīng)濟的影響。此外，氫能還能夠提升本國的能源安全水平。日本是地震、海嘯、臺風等自然災害多發(fā)的地區(qū)，能源供應中斷情況經(jīng)常發(fā)生。氫燃料電池汽車、家用氫燃料電池熱電聯(lián)產(chǎn)組件等設備在充滿氫氣或其他燃料的情況下，可維持一個家庭1～2天的正常能源供應。氫能終端設備的普及，還可以為日本減災工作作出貢獻。
日本氫能基本戰(zhàn)略聚焦于車用和家用領域的應用，是產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展的必然延伸。日本在技術(shù)、材料、設備等方面擁有非常明顯的優(yōu)勢， 尤其是已基本打通氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈。經(jīng)過多年耕耘，日本已在氫能領域打造出一批“隱形冠軍”，如東麗公司的碳纖維、川崎重工的液氫儲運技術(shù)和裝備等。據(jù)統(tǒng)計，日本在氫能和燃料電池領域擁有的優(yōu)先權(quán)專利占全球的50%以上，并在多個關(guān)鍵技術(shù)方面處于絕對領先地位。專利技術(shù)既是日本的“保護網(wǎng)”，也是其他國家的“天花板”。推廣氫燃料電池汽車和家用燃料電池設備，一方面，可將過往的投入在市場上變現(xiàn)、獲取現(xiàn)金流，另一方面，還能及時獲取信息反饋，完善技術(shù)和設備，由此形成了“技術(shù)促產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)業(yè)促市場、市場促技術(shù)”的良性循環(huán)和正向反饋。
美國模式：儲備戰(zhàn)略技術(shù)，緩推實際應用
美國氫能發(fā)展經(jīng)歷“ 兩起兩落”，但將氫能視為重要戰(zhàn)略技術(shù)儲備的工作思路一直沒有改變。早在20世紀70年代，美國政府就將氫能視為實現(xiàn)能源獨立的重要技術(shù)路線，密集開展了若干行動和項目， 但熱度隨著石油危機影響的消退而降溫。2000年前后氫能迎來了第二個發(fā)展浪潮。2002年美國能源部（DOE）發(fā)布了《國家氫能路線圖》，構(gòu)建了氫能中長期愿景，啟動了一批大型科研和示范項目，但后因頁巖氣革命和金融危機的沖擊，路線圖被擱置，不過聯(lián)邦政府對氫能相關(guān)的研發(fā)支持延續(xù)至今。
在過去的10年中，美國能源部每年為氫能和燃料電池提供的支持資金從約1億美元到2.8億美元不等，根據(jù)2019年年底參議院、眾議院通過的財政撥款法案，2020年支持資金為1.5 億美元。總體來看，在近50年的時間里，盡管有起伏，但聯(lián)邦政府將氫能視為重要戰(zhàn)略技術(shù)儲備的工作思路一直沒有改變，持續(xù)鼓勵科技研發(fā)使得美國能夠保持在全球氫能技術(shù)的第一梯隊。
頁巖氣革命是美國氫能發(fā)展戰(zhàn)略被擱置的最主要原因。憑借具有經(jīng)濟、清潔、低碳優(yōu)勢的頁巖氣，美國已逐步實現(xiàn)能源獨立和轉(zhuǎn)型，而頁巖氣和氫能在應用端存在較多重合，對氫能形成了巨大的擠出效應。加州燃料電池合作伙伴組織（CaFCP）的數(shù)據(jù)顯示，美國的氫燃料電池汽車市場已陷入停滯狀態(tài)，在2019年甚至出現(xiàn)了12%的下滑，發(fā)展勢頭已被日韓、中國趕超。
澳大利亞模式：拓寬出口渠道，推動氫氣貿(mào)易
澳大利亞一直是全球最主要的資源出口國，同時資源出口也是其最重要的經(jīng)濟增長引擎。根據(jù)澳大利亞聯(lián)邦礦產(chǎn)資源部發(fā)布的數(shù)據(jù)，2019年資源出口直接貢獻了該國GDP增長的1/3 以上。但傳統(tǒng)的“三大件”（煤炭、液化天然氣、鐵礦石）出口已現(xiàn)頹勢。在煤炭方面，長期以來澳大利亞在全球煤炭貿(mào)易中占比超過1/3， 主要目標市場集中在東北亞地區(qū)，然而近幾年中、日、韓相繼開展減煤控煤行動，煤炭出口前景暗淡。在鐵礦石方面，中國買走了60%以上的澳大利亞出口鐵礦石，而中國鋼鐵產(chǎn)量進入峰值平臺、電爐鋼比重提升，這都將拉低其對鐵礦石的需求；在液化天然氣（LNG）方面，盡管市場需求增長潛力仍然可觀，但由于國際油價暴跌，LNG出口創(chuàng)匯能力也被大幅削弱。據(jù)世界天然氣網(wǎng)站分析， 未來五年內(nèi)澳大利亞LNG出口收入將持續(xù)收縮。
出于經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展考慮，澳大利亞政府急需找準新興市場需求，拓寬出口渠道。2019年11月，澳大利亞政府發(fā)布了《國家氫能戰(zhàn)略》，確定了15大發(fā)展目標、57項聯(lián)合行動，力爭到2030年成為全球氫能產(chǎn)業(yè)的主要參與者。打造全球氫氣供應基地是澳大利亞發(fā)展氫能的重要戰(zhàn)略目標。澳大利亞正積極推動與日、韓等國的氫氣貿(mào)易，簽訂氫氣供應協(xié)議，同時與相關(guān)企業(yè)開展聯(lián)合技術(shù)創(chuàng)新，完善氫能供應鏈，擴大供應能力、降低成本。
如澳大利亞政府與氫能供應鏈技術(shù)研究協(xié)會（HySTRA，由川崎、巖谷、電力開發(fā)有限公司和殼牌石油日本分公司組成）合作組成聯(lián)合技術(shù)研究組，開展褐煤制氫、氫氣長距離輸送、液氫儲運等一系列試點項目。2019年年底川崎重工首艘液氫運輸船下水，補齊了澳大利亞和日本氫氣供應鏈最后一塊拼圖。這種“貿(mào)易＋ 技術(shù)創(chuàng)新”一體化模式調(diào)動了各參與方的積極性，澳方可實現(xiàn)本國氫氣資源的規(guī)模化開發(fā)，川崎等企業(yè)能夠獲得成本更低的氫氣，技術(shù)研發(fā)團隊獲得了寶貴的試驗田。
值得一提的是， 澳大利亞提出的低碳氫能，既包括可再生能源電解水制氫，也包括化石能源（尤其是煤炭） 制氫（ 碳捕捉） 與儲運技術(shù)。雖然化石能源制氫備受爭議，但正是在煤炭出口增長乏力背景下的現(xiàn)實選擇。
對我國的啟示：明確氫能“協(xié)同互補”定位，構(gòu)建多元化應用場景
每個國家發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)都有其“初心”和“使命”。德國模式將氫能視為手段，即發(fā)展氫能是為了破解能源轉(zhuǎn)型和深度脫碳過程中出現(xiàn)的諸多問題；日本模式將氫能視為目的， 即發(fā)展氫能是關(guān)乎國家能源安全和新興產(chǎn)業(yè)競爭力的戰(zhàn)略選擇，是迎合技術(shù)在市場變現(xiàn)中的強烈訴求；美國模式將氫能視為備選，即氫能只是眾多能源解決方案中的一種，氫能發(fā)展與否，取決于其技術(shù)進步、成本下降等因素；澳大利亞模式將氫能視為產(chǎn)品，即乘著全球刮起的“氫風”，積極擴展出口產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，獲取更多收益。
從上述對全球氫能發(fā)展四種典型模式的分析中可以看到，各國發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)均有其出發(fā)點和立足點，均考慮了各自的資源稟賦、產(chǎn)業(yè)基礎、現(xiàn)實需要等多方面因素，大多遵循了戰(zhàn)略上積極、戰(zhàn)術(shù)上穩(wěn)健，堅守發(fā)展初衷、不盲從、不冒進的推進策略。當前，我國有關(guān)部門正在研究制定國家層面的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，首先應該明確的是我國發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的“初心”與“使命”、目標與路徑等問題。參考借鑒國際經(jīng)驗，結(jié)合我國實際國情，本文提出我國氫能產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略定位及發(fā)展導向等方面的三點建議。
一是明確產(chǎn)業(yè)定位，發(fā)揮氫能在現(xiàn)代能源系統(tǒng)中的載體和媒介作用。國家《能源統(tǒng)計報表制度》已將氫氣納入能源統(tǒng)計，明確了氫能的能源屬性，氫能即將成為能源系統(tǒng)的新成員，其發(fā)展必須服從和服務于能源革命的總體要求。需要認清的是，我國擁有多個與氫能存在替代關(guān)系的能源解決方案，因此氫能并非我國的必選項，而是備選項和優(yōu)選項。因此，應從我國能源系統(tǒng)的核心問題出發(fā)，找準切入點，選擇融入能源系統(tǒng)的合適路徑。應利用氫能的特點和優(yōu)勢，發(fā)揮其在可再生能源消納、增強能源系統(tǒng)靈活性與智能性等方面的作用，更好地與既有的各種能源品種互動，最終促進能源革命戰(zhàn)略的深入實施。
二是提升認識視角，逐步構(gòu)建綠色低碳的多元化應用場景。2018年以來出現(xiàn)的各地區(qū)扎堆造車情況，既源于對氫燃料電池汽車發(fā)展前景認知過于樂觀，又源于對氫能認識的局限。事實上，我國的氫能技術(shù)儲備不足、產(chǎn)業(yè)根基不牢固，地區(qū)間差異非常明顯，絕大多數(shù)地區(qū)都不具備將技術(shù)裝備推向市場變現(xiàn)的能力和條件。而在深入推進生態(tài)文明建設和積極應對氣候變化的格局之下，我國已經(jīng)提出2030年前碳達峰和2060年碳中和的目標愿景，“難以減排領域”的深度脫碳將成為未來我國需要面對的重大問題。因此，應統(tǒng)籌經(jīng)濟效益、節(jié)能減碳和產(chǎn)業(yè)發(fā)展等因素，利用氫能具有的“高效清潔的二次能源、靈活智慧的能源載體、綠色低碳的工業(yè)原料”三重特點，逐步構(gòu)建在交通、儲能、工業(yè)、建筑等領域的多元化應用場景。
三是加強統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，推動技術(shù)與市場、供應與需求“齊步走”。氫能和燃料電池集尖端材料、先進工藝、精密制造于一身，兼具高附加值和高門檻屬性。須清醒地看到，我國氫能產(chǎn)業(yè)與發(fā)達國家差距明顯，遠未達到大規(guī)模商業(yè)化的臨界點，對價值創(chuàng)造功能不可預期過高。再加上目前產(chǎn)業(yè)利潤集中在國外企業(yè)的事實，我國更應保持戰(zhàn)略定力，堅持以“安全至上、技術(shù)自主、協(xié)調(diào)推進”為原則，不盲目追求市場擴張，避免強行通過補貼手段刺激下游需求，進而把大量補貼資金輸送至國外公司。各地在謀劃氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，應遵循“需求導向”原則，“自下而上”布局生產(chǎn)、儲運及相關(guān)基礎設施建設，推動氫能供應鏈各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展，避免某環(huán)節(jié)“單兵突進”。
