中國儲能網訊：
作者：萬燕鳴1(圖片), 熊亞林1(圖片), 王雪穎2
單位：1. 國華能源投資有限公司；2. 北京國氫中聯氫能科技研究院有限公司
引用： 萬燕鳴,熊亞林,王雪穎.全球主要國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略分析[J].儲能科學與技術,2022,11(10):3401-3410.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0132
摘 要 全球氫能已進入產業(yè)化快速發(fā)展新階段，歐美日韓等20多個主要經濟體已將發(fā)展氫能提升到國家戰(zhàn)略層面，相繼制定發(fā)展規(guī)劃、路線圖以及相關扶持政策，加快產業(yè)化發(fā)展進程。本文分析總結了日本、德國、韓國、美國、澳大利亞等國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略，提煉了深度脫碳、保障能源安全和實現經濟增長3個發(fā)展氫能核心驅動力；基于碳中和目標成為國際共識以及全球地緣政治的擾動分析了氫能發(fā)展定位、氫源結構過渡、多元應用場景、產業(yè)發(fā)展階段4個方面的趨勢。主要國家統(tǒng)籌考慮資源稟賦、技術和產業(yè)基礎、市場需求等多方面因素，因地制宜推動氫能技術攻關與產業(yè)化發(fā)展，對我國氫能產業(yè)高質量具有重要參考價值。本文從加強國家層面氫能戰(zhàn)略引導、加大關鍵核心技術攻關力度和加速多元化場景示范應用3個方面提出了貫徹落實《氫能產業(yè)發(fā)展中長期發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》的建議。
關鍵詞 氫能；低碳；政策研究；發(fā)展戰(zhàn)略
1 國際氫能政策布局趨勢
氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，正逐步成為全球能源轉型發(fā)展和應對氣候變化的重要抓手。隨著全球新一輪科技革命和產業(yè)變革蓬勃興起，氫能等新興能源技術以前所未有的速度加快迭代，超過130個國家和地區(qū)提出了碳中和目標。此外，國際政治經濟格局進入動蕩變革期，能源多元化和清潔化步伐加快推進，這為推動氫能發(fā)展提供了重要戰(zhàn)略機遇。從全球范圍看，日本、韓國、德國、美國等超過20個國家和地區(qū)都已制定國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略，積極培育氫能及燃料電池技術攻關和產業(yè)發(fā)展。2022年3月，國家發(fā)改委、國家能源局也正式發(fā)布了《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》，將氫正式納入能源體系。預計至2025年，制定氫能戰(zhàn)略國家GDP總和將超過全球總量的80%。
圖1 全球氫能政策布局概況
從各國發(fā)展氫能的驅動力來看，主要涉及三大方面：降低碳排放，保障能源安全和實現經濟增長。同時各國根據自身國情與特點，在目標設定上也各有側重。歐洲各國則將氫能視為深度脫碳實現清潔能源轉型的重要載體，除交通外，不斷擴大清潔氫能在工業(yè)、建筑等領域應用，加快碳減排。日本發(fā)展氫能的主要驅動力是實現能源多元化供應，保障能源安全。韓國則在能源安全低碳發(fā)展的基礎上，計劃將氫能打造為繼顯示器、半導體之后第三大具備全球戰(zhàn)略競爭優(yōu)勢的產業(yè)，通過燃料電池技術全球輸出以推動經濟增長。澳大利亞、俄羅斯、沙特等傳統(tǒng)能源出口國，期望通過氫能出口以實現經濟增長。美國則視氫能為戰(zhàn)略儲備技術，通過持續(xù)的技術研發(fā)和打造加州集中化的燃料電池示范應用保持競爭力。
2 國際主要國家氫能總體戰(zhàn)略簡述
2.1 日本
日本國內能源資源較為匱乏，能源供給高度依賴進口，20世紀70年代的石油危機使日本極為重視能源供應安全。氫能低碳高效，作為能源載體可以儲存、運輸、利用可再生能源，通過氫能燃料電池在交通、家庭、工業(yè)乃至全社會領域的普及應用，可保障真正的能源安全。福島核事故后，日本堅定發(fā)展氫能的決心，構筑“氫能社會”已成為日本未來能源發(fā)展主要戰(zhàn)略之一。日本是首個發(fā)布國家氫能戰(zhàn)略的國家，于2017年12月制定《基本氫能戰(zhàn)略》，目標是建立全面氫能社。2019年3月，路線圖進行第二次修訂，細化成本目標及措施，將成本削減作為氫能推廣應用的重點，從氫能應用、氫能供應和全球化氫能社會三大維度描繪了氫能藍圖。2021年3月，日本新能源技術綜合開發(fā)機構(NEDO)設立了總額2萬億日元的“綠色創(chuàng)新基金”，目前已公示的17個項目中，8個涉及氫能，分別為大型氫供應鏈建設、利用可再生能源電解水制氫、下一代飛機開發(fā)、下一代船舶開發(fā)、智能出行社會構建、使用二氧化碳等的燃料制造技術開發(fā)、使用二氧化碳等塑料原料制造技術開發(fā)、燃料氨供應鏈構建和煉鋼流程中的氫氣利用。近期，日本公布的《第六次能源基本計劃》圍繞應對氣候變化與日本能源供需結構轉型兩大核心目標制定，將氫能定位為一種新資源，力爭2030年將氫的成本降低至與化石燃料同等水平，加速社會應用，并通過設置綠色創(chuàng)新基金支持技術創(chuàng)新，以實現2050年碳中和目標。總體而言，日本將通過加強技術研發(fā)，持續(xù)增加產業(yè)投資、強化規(guī)模效應，建立政企協(xié)力合作模式、國際供應鏈以及先進標準合作等方式打造氫能社會。
2.2 韓國
氫能被韓國政府定位為提升能源效率和優(yōu)化可再生能源電力系統(tǒng)的重要媒介。韓國為實現氫能戰(zhàn)略目標，在政策上，2018年，韓國政府將“氫經濟”與人工智能、大數據并列為三大戰(zhàn)略投資領域。2019年1月，韓國發(fā)布了《氫能經濟活性化路線圖》，這一路線圖符合韓國政府減少溫室氣體排放、減少油氣進口、打造經濟增長新引擎的戰(zhàn)略目標，并成立國家氫經濟委員會，發(fā)布實施氫戰(zhàn)略的具體行動計劃。該路線圖涵蓋了氫能生產、運輸、存儲、使用全產業(yè)鏈，重點在氫燃料電池汽車的推廣、燃料電池在家庭和商業(yè)建筑中的使用、建立氫能生產-儲備-分配的完整體系3個領域展開部署。計劃到2040年，韓國通過發(fā)展氫能經濟，每年可以減排2373萬噸二氧化碳，提供42萬個就業(yè)崗位，同時創(chuàng)造出43萬億韓元的經濟附加值。
為加快路線圖實施，韓國政府先后通過制定《氫經濟法》《綠色新政》，為氫經濟奠定法律基礎，同時利用政府資金，采用建設-轉讓-租賃模式克服氫基礎設施缺乏短期盈利能力的問題。2021年11月，韓國氫經濟委員會在前述政策基礎上發(fā)布氫能產業(yè)一攬子發(fā)展規(guī)劃，以提高韓國在氫能產業(yè)領域的整體競爭力，包含《氫經濟實施第一次基本計劃》《加氫站策略部署計劃》《氫能港口建設計劃》《海洋綠氫生產技術發(fā)展計劃》《氫能產業(yè)自由特區(qū)計劃》，預計在2050年以100%清潔氫滿足韓國每年2790萬噸氫能需求，屆時氫能將成為韓國主要能源，供應33%能源消耗和23.8%發(fā)電量。
2.3 德國
德國是歐盟發(fā)展氫能最具代表性的國家。德國政府將氫能視為能源安全和能源低碳轉型的保障，注重與可再生能源協(xié)同發(fā)展以加快氫能產業(yè)鏈布局，在應用場景和產業(yè)化布局方面全球領先，明確氫能是重型運輸、工業(yè)原料和建筑等“難以脫碳”領域的唯一選擇，同時提升工業(yè)競爭力。技術與產業(yè)方面，憑借國家氫能及燃料電池創(chuàng)新項目(NIP)和歐洲燃料電池與氫聯合行動計劃(FCH JU)支持了一大批可再生能源制氫、天然氣摻氫以及燃料電池發(fā)電項目，德國確立了在氫能及燃料電池領域的技術領先地位。2020年，德國政府發(fā)布《國家氫能戰(zhàn)略》，確立綠氫戰(zhàn)略地位，并努力成為綠氫技術領域的全球領導者，將采用兩步走策略，2023年前重點打造國內市場基礎，加速市場啟動，并將在清潔氫制備、氫能交通、工業(yè)原料、基礎設施建設等領域采取38項行動。在鞏固國內市場的基礎上，2024—2030年積極拓展歐洲與國際市場。為此，德國政府將積極整合應對氣候變化、能源轉型、產業(yè)激勵、監(jiān)管等政策。此外，德國還通過《未來計劃》，追加90億歐元用于加速國內氫能技術轉化與推廣以及培育氫能國際伙伴關系。
2.4 美國
美國對氫能始終保持積極態(tài)勢，先期主要基于應對能源安全和氣候變化考慮，后期主要作為先進技術進行戰(zhàn)略投資。1970年，通用汽車公司首次提出“氫經濟”概念。隨著20世紀70、80年代石油危機在世界范圍內的爆發(fā)，美國政府開始關注氫能，并以能源部(DOE)為核心開展相關探索。20世紀初，布什政府將氫能源納入國家能源戰(zhàn)略體系之中，希望重塑美國的能源體系。為此，DOE先后發(fā)布《美國向氫經濟過渡的2030年及遠景展望》《國家氫能發(fā)展路線圖》兩份文件，明確氫能是未來能源領域重要發(fā)展方向。但隨著頁巖氣革命興起，氫能發(fā)展戰(zhàn)略被擱置，但政府仍視氫能與燃料電池為戰(zhàn)略性先進技術，持續(xù)進行研發(fā)投資，確保其技術領先地位，自2004起至今，DOE已持續(xù)資助氫能與燃料電池技術研發(fā)近30億美元，并于2020年發(fā)布《氫能計劃發(fā)展規(guī)劃》，提出了未來十年及更長時期氫能研究、開發(fā)和示范的總體戰(zhàn)略框架，且基于此框架于在2021年發(fā)布《碳中性氫能技術基礎科學》研發(fā)指南，明確了高效新型電解水制氫、氫機理等4個優(yōu)先研發(fā)方向。氫能基建入選《基礎設施投資和就業(yè)法案》，美國政府將投入95億美元用于區(qū)域氫能中心建設以及氫能全產業(yè)鏈示范與研發(fā)。雖然美國未出臺全國性氫能發(fā)展戰(zhàn)略或推廣政策，但加州已開始大范圍開展氫能示范活動，其創(chuàng)新實踐對其他地區(qū)形成借鑒。此外，美國燃料電池和氫能協(xié)會(FCHEA)于2020年發(fā)布《美國氫能經濟路線圖》，號召業(yè)界與政府攜手共建氫經濟。
2.5 澳大利亞
在全球氫能發(fā)展熱潮之下，澳大利亞將自身定位為清潔氫能供應者角色，積極擴展氫能海外供應合作，并與相關國家和企業(yè)開展技術合作，力爭搶占氫能供應鏈上游，鞏固全球能源貿易大國地位。2019年澳大利亞政府發(fā)布了《國家氫能戰(zhàn)略》，確定了15大發(fā)展目標、57項聯合行動，力爭到2030年成為全球氫能產業(yè)的主要參與者，2050年綠氫產能達到3000萬噸/年。澳大利亞既積極發(fā)展可再生能源電解水制氫，也推進化石能源耦合CCS(碳捕捉與封存)制氫產業(yè)發(fā)展。澳大利亞各州也積極跟進，昆士蘭、南澳大利亞、維多利亞等州出臺了針對轄區(qū)內的氫能發(fā)展專項規(guī)劃。
3 主要國家氫能戰(zhàn)略對比分析
3.1 發(fā)展定位逐步趨同
氫能的定位反映的是各國深層次的訴求，雖然各國在戰(zhàn)略上大致圍繞深度脫碳、能源安全和經濟增長展開，但隨著碳中和推動綠色低碳成為能源發(fā)展主旋律，氫能成為構建現代能源體系不可或缺的組成部分，各國氫能定位和發(fā)展也逐步呈現多目標趨同特點。日本近期發(fā)布的《第六次能源基本計劃》，將氫作為實現能源安全、應對氣候變化和2050碳中和目標的主要動力，并計劃將氫能培育成為具有國際競爭力的戰(zhàn)略新興產業(yè)。歐洲尤其是德國發(fā)展氫能的初衷是推動深度脫碳，但隨著俄烏沖突的持續(xù)，能源安全逐步成為加快可再生能源和氫能部署的重要驅動力，將其2030年電解槽部署規(guī)模從80 GW提高到200 GW，實現生產清潔氫2000萬噸的目標。美國在持續(xù)推動氫能技術研發(fā)的同時，隨著《基礎設施投資和就業(yè)法案》等一系列政策實施，美國政府將投入95億美元用于加快區(qū)域氫能中心建設以及氫能全產業(yè)鏈示范與研發(fā)。
3.2 可再生氫成為重點
各國將清潔氫視為清潔能源轉型與碳中和的重要路徑，其主要有兩條技術路線：化石燃料制氫耦合CCS技術和可再生能源電解水制氫。但各國在實現未來凈零排放的路徑上呈現明顯差異：在中期(2030年左右)，以脫碳為主要驅動力的歐洲國家，普遍確立了可再生氫的優(yōu)勢地位；以保障能源安全為主要驅動力的日本，國內居民端應用基于現有化石能源基礎設施部署，并通過打造國際綠色氫能供應鏈來實現綠色發(fā)展。韓國也計劃逐步由天然氣制氫過渡為可再生氫。以技術領先的美國和以能源出口轉型為主要發(fā)展驅動力的澳大利亞，根據本國資源，分別采取技術中立與可再生氫優(yōu)先的戰(zhàn)略。在遠期(2050年)，幾乎所有國家都認可可再生氫的優(yōu)先性，歐洲甚至認為可再生氫是碳中和時代的唯一氫源選擇。
可再生氫的平準化成本成為各國氫源結構過渡的關鍵?？稍偕鷼涑杀局饕Q于度電成本、電解槽的投資成本以及利用負荷。其中，度電成本對電解水制氫成本的影響敏感性最高，約占總成本的70%～90%。如圖4所示，以2000 m3/h堿性電解水制氫項目為例，負荷率95%條件下，當采用工業(yè)電價0.616元/kWh時，制氫成本約為39.06元/kg。當前水電、陸上風電、海上風電、光伏的度電平準化成本分別為0.33元/kWh、0.41元/kWh、0.63元/kWh、0.40元/kWh，對應的平準化氫氣成本分別為22.89元/kg、27.65元/kg、40.05元/kg、26.65元/kg。而當前PEM電解水制氫設備比ALK高出5倍以上，平準化氫氣成本將增加40%左右。可再生能源制氫成本將伴隨技術進步與裝機規(guī)模增長持續(xù)下降，當風電光伏度電成本低于0.3元/kWh時，具備與天然氣制氫的成本競爭力(15～23元/kg)，度電成本低于0.2元/kWh時，具備與煤制氫+CCS的成本競爭力(15～18元/kg H2)?？稍偕鷼淦綔驶杀镜钠絻r化，支撐各國氫源結構轉型。
3.3 應用場景逐步多元
從全球來看，交通是氫能發(fā)展的重點。但各國也在積極拓寬氫能在發(fā)電、儲能和工業(yè)脫碳中的應用規(guī)模。日本在交通領域戰(zhàn)略性開發(fā)燃料電池船舶、氫動力飛機和燃料電池鐵路車輛，運用氫與氨摻燒的方式來探索發(fā)電脫碳化和工業(yè)部門脫碳化。燃料電池汽車和燃料電池發(fā)電是韓國發(fā)展氫能的兩大主軸，在應用場景和產業(yè)化布局方面全球領先。德國在建和運營的P2G(可再生能源發(fā)電制氫)示范項目已超過20處，最高規(guī)模達100 MW；燃料電池列車、船舶、重卡等交通領域，以及氫能冶金、泛歐加氫網絡等方面均有示范項目持續(xù)推進。美國發(fā)展氫能基于“全方位”能源戰(zhàn)略，將氫視為具備聯通國家能源資源潛力的載體，加強能源獨立，并通過產業(yè)鏈帶動包括運輸、建筑、鋼鐵、石油煉制等工業(yè)部門協(xié)同發(fā)展國內經濟。澳大利亞將氫能視為全球低碳轉型下的出口契機，其發(fā)展重點是通過低碳清潔氫及衍生合成燃料的出口拉動經濟增長，同時帶動交通領域、工業(yè)領域協(xié)同脫碳。
注：●代表國家氫能戰(zhàn)略中的重要應用領域；圖片代表國家氫能戰(zhàn)略中的次要應用領域；○代表未在國家氫能戰(zhàn)略中布局該領域。
3.4 發(fā)展三階段
從主要國家的氫能戰(zhàn)略來看，“氫經濟”基本均通過市場培育、快速增長和成熟發(fā)展3個階段實現。從目前到2030年前，可視為市場培育階段，該階段內技術研發(fā)與示范對氫能產業(yè)規(guī)模的增長影響巨大，各國均構建了各具特色的氫能與燃料電池研發(fā)體系，伴隨技術成熟、基礎設施建設、氫能需求增加達到激活市場的效果。2030—2040年為持續(xù)增長階段，大多數國家都計劃依托前期示范成果建設大規(guī)模氫能利用體系，例如德國10 GW電解槽裝機計劃、歐盟500 GW綠氫行動計劃、韓國大規(guī)模氫能供應計劃等，以促進氫能大規(guī)模商業(yè)化利用。2040—2050年氫能產業(yè)步入成熟發(fā)展階段，氫能產業(yè)市場基本建立。
4 我國氫能中長期規(guī)劃
2022年3月，國家發(fā)改委、國家能源局聯合印發(fā)《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》(以下簡稱《規(guī)劃》)，作為指導今后15年氫能產業(yè)發(fā)展的綱領性文件，《規(guī)劃》以“碳達峰碳中和”目標為指引，以推動高質量發(fā)展為主題，以高水平科技自立自強為主線，對于新時代積極有序推動有規(guī)模有效益的氫能具有重大指導意義。我國氫能發(fā)展規(guī)劃很好詮釋了全球氫能主要發(fā)展特點：①氫能定位均衡全面，從“未來國家能源體系的重要組成部分、用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體和戰(zhàn)略性新興產業(yè)重點發(fā)展方向”3個角度定位氫能，體現了深度脫碳、能源安全新戰(zhàn)略以及培育經濟增長點的深度考量。②緊扣實現碳達峰、碳中和目標，確定了氫能清潔低碳發(fā)展原則：重點發(fā)展可再生能源制氫，嚴格控制化石能源制氫，強調近期對于低成本工業(yè)副產氫的利用。規(guī)劃到2025年，可再生能源制氫成為新增氫能消費的重要組成部分；2030年，形成較為完備的清潔能源制氫及應用體系；2035年，可再生能源制氫在終端能源消費中的比重明顯提升，對能源轉型發(fā)展起到重要支撐作用。③多元示范。近年來，全國很多地方掀起了氫能產業(yè)發(fā)展熱潮，各地氫能產業(yè)規(guī)劃大多把發(fā)展方向落在了氫能交通方面。文件從戰(zhàn)略定位、基本原則、任務部署等方面明確了氫能多元化應用方向——有序推進交通領域示范應用、積極開展儲能領域示范應用(探索培育“風光水電+氫儲能”一體化應用新模式)、合理布局發(fā)電領域多元應用以及逐步探索工業(yè)領域替代應用，探索開展可再生能源制氫在合成氨、甲醇、煉化、煤制油氣等行業(yè)替代化石能源的示范，促進高耗能行業(yè)低碳綠色發(fā)展。
圖6 我國氫能產業(yè)發(fā)展目標
5 結論與建議
本文基于歐美日韓等發(fā)達國家/地區(qū)氫能戰(zhàn)略的分析，提出了各國/地區(qū)在氫能發(fā)展定位、氫源結構過渡、多元應用場景、產業(yè)發(fā)展三階段的趨勢，并比較了我國最近發(fā)布的氫能規(guī)劃。各國發(fā)展氫能的驅動力主要有降低碳排放，保障能源安全和實現經濟增長。各國在具體實施上各有側重，但總體上隨著碳中和目標成為國際共識以及全球地緣政治的擾動，主要經濟體的氫能定位逐步多元趨同，以可再生氫為主要目標，并開展了多元化的示范應用。
與國際先行國家相比，我國氫能發(fā)展定位均衡全面。結合主要國家氫能戰(zhàn)略實施情況，為高效貫徹落實我國《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》，建議如下：
（1）加強國家層面氫能戰(zhàn)略引導。加快出臺國家氫能發(fā)展1+N政策體系，建立氫能作為能源的監(jiān)管體制機制，統(tǒng)籌戰(zhàn)略目標、科技創(chuàng)新、重大裝備研制、示范工程與產業(yè)化協(xié)同發(fā)展。結合氫能及燃料電池試點示范工作，支持試點地區(qū)出臺氫能“十四五”專項規(guī)劃，結合東、中、西部資源稟賦特點和工業(yè)基礎培育若干區(qū)域重點產業(yè)集群。
（2）加大關鍵核心技術攻關力度。推進國家級氫能及燃料電池技術創(chuàng)新平臺和重點實驗室建設，聚焦可再生能源低成本制氫、超高壓壓縮氫氣、低溫液氫、管道摻氫、車載儲運氫、氫氣加注、儲氫材料、燃料電池等關鍵核心技術。通過“揭榜掛帥”方式開展氫能新材料、新技術、新裝備攻關，加速實現核心技術自主化。建立健全氫能技術人才培養(yǎng)專業(yè)學科體系。啟動氫能領跑者行動計劃，提升標準治理效能與技術迭代創(chuàng)新的協(xié)同水平。
（3）加速多元化場景示范應用。綜合研判氫能利用技術的成熟度、經濟性和安全性，推動規(guī)模化可再生能源制氫綜合示范區(qū)建設。按照“移動式-分布式-集中式”的路徑逐步構建應用場景，聚焦燃料電池商用車、新型氫儲能、大型高爐富氫冶金、綠氨等領域。鼓勵風光氫儲融一體化、油氫氣電綜合能源站等創(chuàng)新發(fā)展模式。創(chuàng)新“氫能+”發(fā)展新業(yè)態(tài)，聚焦數字化、質量化以及氫碳協(xié)同機制開展研究，加快氫能新型基礎設施建設。
