中德氫能戰(zhàn)略有何異同?發(fā)展難題何解?
作者:admin 發(fā)布日期:2023/12/13 8:45:59
2023年7月26日,德國政府通過新版《國家氫能戰(zhàn)略》。該戰(zhàn)略稱,到2030年德國在氫能技術(shù)的領(lǐng)先地位將進(jìn)一步提升,產(chǎn)品供應(yīng)將覆蓋從生產(chǎn)(如電解槽)到各類應(yīng)用(如燃料電池技術(shù))的氫能技術(shù)全價值鏈。
德國副總理兼經(jīng)濟和氣候保護(hù)部部長哈貝克在聲明中指出:“投資氫能就是投資我們的未來,這是對氣候保護(hù)、就業(yè)、能源供應(yīng)安全的投資?!钡聡?jīng)濟合作與發(fā)展部部長舒爾策也表示,通過更新《國家氫能戰(zhàn)略》,德國希望向伙伴國家傳遞信號,德國不僅希望可靠地進(jìn)口氫能,還希望助力新的氫能供應(yīng)鏈可持續(xù)發(fā)展。
今年8月份,國家標(biāo)準(zhǔn)委等六部門也聯(lián)合印發(fā)國家層面首個氫能全產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南——《氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南(2023版)》(下稱《指南》),提出“到2025年,支撐氫能制、儲、輸、用全鏈條發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)體系基本建立,制定、修訂30項以上氫能國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”的發(fā)展目標(biāo)。
近年來,全球氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅猛。國際氫能委員會數(shù)據(jù)顯示,截至2022年底,全球氫能領(lǐng)域的直接投資額近2500億美元。該委員會預(yù)測,到2030年該投資總額將升至5000億美元;到2050年,全球范圍內(nèi)氫能占全部能源消費的比重將提高到18%,氫能孕育的經(jīng)濟市場規(guī)模將飆升至2.5萬億美元。
那么,氫能發(fā)展的影響因素有哪些?德國氫能戰(zhàn)略與我國有何異同?氫能發(fā)展面臨哪些待解難題?本文將著重討論這些問題。
01 氫能發(fā)展受到哪些因素“催化”?
氫能,特別是用成本已經(jīng)實現(xiàn)大幅下降的風(fēng)電、光伏發(fā)電進(jìn)行電解制備的綠氫,從2020年就開始了快速的發(fā)展進(jìn)化。除了新的可再生電力電解技術(shù)路線展示的未來潛力之外,氫能的發(fā)展還受到了其他一些結(jié)構(gòu)性與短中期因素的“催化”,主要包括:
第一,傳統(tǒng)能源價格上漲預(yù)期。2021年—2022年,世界化石能源價格暴漲,價格風(fēng)險與進(jìn)口可靠性(尤其是天然氣)問題凸顯。在這樣的背景下,電解制氫各種技術(shù)路線的經(jīng)濟性得到了進(jìn)一步凸顯,工業(yè)示范項目的審批、融資與建設(shè)也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢。
第二,綠氫有望解決減碳難題。通過可再生能源制備的綠氫成為解決部分碳減排困難領(lǐng)域問題的關(guān)鍵,特別是在重工業(yè)、重載運輸、航空等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域,廣泛利用傳統(tǒng)電力并不經(jīng)濟或者存在可靠性不高、技術(shù)不可行等問題。例如,在需要大量儲存的場景中,電池存儲成本仍然昂貴,而液體與氣體的運輸方式則更加容易且成本較低。8個300萬千瓦架空線的傳輸能量跟1個1.2米直徑的天然氣管道相當(dāng)。
第三,政策推動新型制造業(yè)發(fā)展。世界各國紛紛強調(diào)新型制造業(yè)的重要性,通過制定產(chǎn)業(yè)政策促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。例如,美國通過通貨膨脹調(diào)整法案(IRA)為本地制造業(yè)提供大量補貼;歐洲也相繼推出一系列本地制造激勵與補貼政策,支持風(fēng)機、光伏、電解槽、電池等制造業(yè)發(fā)展,以防范產(chǎn)業(yè)的空心化。
第四,傳統(tǒng)能源巨頭的積極參與。從社會經(jīng)濟視角來看,當(dāng)前能源市場的主要參與者(如各大石油公司巨頭)對氫能的熱情高于風(fēng)電與光伏發(fā)電初入市場時。他們往往更看重間接電氣化,認(rèn)為其優(yōu)于“電是一切”的直接電氣化。
氫能的快速發(fā)展體現(xiàn)在制氫、輸氫、儲氫與用氫等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié),有望實現(xiàn)供需互相促進(jìn),逐步形成生態(tài)系統(tǒng)。
02 歐美布局氫能產(chǎn)業(yè)的思路與我國的異同
歐盟、英國、美國、韓國、日本、中國等世界主要經(jīng)濟體在2020年前后陸續(xù)發(fā)布關(guān)于氫能發(fā)展的國家戰(zhàn)略。即使是沒有專門發(fā)布?xì)淠軕?zhàn)略的國家,也將氫能利用作為其碳減排實現(xiàn)的支撐性技術(shù)之一。2023年上半年,德國又更新了其氫能戰(zhàn)略版本,提高了其中期(2030年)發(fā)展目標(biāo)。
政府的支持對啟動這個新型市場是重要的。按照目前的計劃,到2030年,歐盟要實現(xiàn)40吉瓦以上的電解能力,產(chǎn)出百萬噸級的氫能,主要利用北海(North Sea)地區(qū)的海上風(fēng)電資源。其中,荷蘭與德國進(jìn)展較快。2022年,英國在2021年制定的國家氫能戰(zhàn)略基礎(chǔ)上,發(fā)布低碳?xì)浣?jīng)濟商業(yè)模式與支持方式,包含一項2.4億英鎊的基金,錨定到2030年實現(xiàn)5吉瓦左右的綠氫生產(chǎn)能力。
在消費側(cè),一直存在一批深耕氫燃料電池與氫發(fā)動機的汽車廠商,主要是日本與韓國廠商,但與當(dāng)前市場對電動汽車的高關(guān)注度相比,顯得有些進(jìn)展緩慢。在氫能運輸方面,第一船液氫在2021年12月26日從日本運往澳大利亞,通過液氫邊運輸邊驅(qū)動船只是下一步的設(shè)想。德國與加拿大簽訂了綠氫合作協(xié)議,推動國際產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè),據(jù)悉,加拿大通過風(fēng)電制備的第一批氫最早計劃于2025年開始賣到德國。
相較而言,我國目前的試點項目規(guī)模更大、成本更低,特別是在河北、山西、內(nèi)蒙古等能源富集地區(qū)的風(fēng)儲氫綜合能源項目,單位投資成本只有發(fā)達(dá)國家顯示成本的1/2甚至更低。相關(guān)研究顯示:基于德國和美國得克薩斯州的當(dāng)前環(huán)境,盡管還不能在工業(yè)上實現(xiàn)規(guī)模供應(yīng),但可再生氫氣在小市場(niche market)應(yīng)用中已經(jīng)具有成本競爭力(3.2歐元/公斤)。如果最近的市場趨勢延續(xù)下去,10年內(nèi)可再生氫氣價格可以下降到2.50歐元/公斤。2022年3月,我國光伏制造商——隆基股份提出“一塊五一方氫”的綠氫發(fā)展理念。如果光伏發(fā)電成本下降到0.1元/千瓦時,那么對應(yīng)的制氫成本可以降到5元/公斤。今年8月30日有關(guān)消息顯示,我國光伏發(fā)電制氫規(guī)模化應(yīng)用在新疆實現(xiàn)零的突破。
為綠氫創(chuàng)造下游市場是可以進(jìn)一步發(fā)力的地方。這方面不僅要有目標(biāo),還需要有初期的集體性政策工具,解決增量成本如何消化的超越企業(yè)層面的問題。這些安排需要財政的積極介入。德國宣布擬通過財政補貼來彌補綠氫相較于傳統(tǒng)氫能增加的成本,即設(shè)計“碳差價合約”(CCfD)計劃,為能源密集型產(chǎn)業(yè)提供資助,支持減少二氧化碳排放并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闅夂蛴押眯凸?。這類公司有望獲得與其生產(chǎn)規(guī)模無關(guān)的補助金。
03 制氫端研究開發(fā):競爭還是合作?
當(dāng)前,各種電解槽/電池的研究開發(fā)正處于不斷進(jìn)步的階段。學(xué)術(shù)界/研發(fā)實驗室密集探索著通過改進(jìn)轉(zhuǎn)化效率、電解海水等方式緩解耗水擔(dān)憂,并積極探索新的技術(shù)路線。
在電解海水方面,大連、武漢等地研究機構(gòu)的科技工作者最近在《自然》期刊上發(fā)文,內(nèi)容是不斷提升電解效率并解決腐蝕問題。與此同時,歐美研究人員2023年6月公布了一項突破性發(fā)現(xiàn),通過鹵化物鈣鈦礦電池使水解制氫效率超過20%。而在應(yīng)用端的研發(fā)示范項目中,天然氣電廠摻氫燃燒,奧地利電力部門正在測試30%比例的可行性。
過去,人們往往認(rèn)為研究開發(fā)基礎(chǔ)科學(xué)(know-how)會帶來典型的正外部溢出效應(yīng)——一旦某個知識點或技術(shù)實現(xiàn)突破,就會變得容易理解與掌握,人人都能從中受益。
盡管這個觀點在某種程度上依然成立,現(xiàn)實中的暢通交流/合作研發(fā)卻日益受到泛安全關(guān)切的干擾。以中美科技合作協(xié)定(STA)為例,自1979年簽署以來,STA每隔5年就會續(xù)簽一次。然而,在2023年8月,美方僅尋求將其策略性延長6個月。鑒于這一現(xiàn)狀,我們應(yīng)區(qū)別于國際社會的封閉做法,主動開放合作。
04 目前的示范項目能成嗎?
2023年5月份,信息與情報咨詢機構(gòu)麥肯錫組織的氫能委員會發(fā)布了最新的全球氫能項目;9月份,國際能源署(IEA)也發(fā)表類似的綜述;歐洲氫能項目的跟蹤與分析工具(hydrogen project tracker)時刻更新;北美大陸的項目也在不斷匯總中。
據(jù)筆者統(tǒng)計,這些項目涵蓋整個產(chǎn)業(yè)鏈,總數(shù)已經(jīng)超過1000個,處于計劃、可行性研究、投資準(zhǔn)備、在建以及投運的不同階段。盡管所有項目都有望在2030年前建成,但是最終能夠投產(chǎn)運行的只有小部分。可行性方面需要不斷試錯,重大戰(zhàn)略性技術(shù)路線的選擇、資金與管理方面的問題與挑戰(zhàn)等必然伴隨整個項目周期。
以儲運環(huán)節(jié)為例?;谀壳按嬖诘幕A(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀,氫能的運輸起碼有3種選擇:與天然氣混合運輸(存在比例限制)、改造天然氣管道、建設(shè)新的氫能傳輸網(wǎng)絡(luò)。這三者并非互斥,但是不同空間、時間下,理想的選擇會有所不同。其中,誰來承擔(dān)儲運基礎(chǔ)設(shè)施的成本,特別是高昂的前期投資成本,是一個尚待明確的問題;相關(guān)的操作性問題,比如商業(yè)交易、調(diào)度、結(jié)算等也需要假以時日才能發(fā)展起來。目前,將氫能轉(zhuǎn)化為更接近目前油氣產(chǎn)品的能源(高能量密度、可儲存、可運輸),特別是利用目前的LNG(液化天然氣)船與接收站基礎(chǔ)設(shè)施,是值得深入探索的方向。
05 是否有足夠的電力來使用?
是否有足夠的電力用于制氫?氫能的規(guī)模一旦上去,就類似于今天的IT與電動汽車行業(yè),會迅速成為耗電大戶。同時,巨大的投資成本要有效攤銷,連續(xù)長時間運行也要考量經(jīng)濟與可靠性。如果沒有新增的大量廉價可再生能源,則有可能引發(fā)電價上漲,或者傳統(tǒng)化石能源的更進(jìn)一步使用(這是氣候變化的壞消息),乃至產(chǎn)生供應(yīng)緊張甚至中斷問題。
這方面,歐盟出臺的綠氫法案具有非??b密的額外性要求,可供我們借鑒。它規(guī)定了一套復(fù)雜的程序來確保生產(chǎn)燃料的電力是可再生能源,包括發(fā)電設(shè)施與電解槽在地理上相距不遠(yuǎn),在時間上同時開動等。有專業(yè)學(xué)者根據(jù)這個程序,畫了一大張紙的判斷流程圖。在最多的情況下,足足需要13個步驟才能判斷是否符合綠氫的標(biāo)準(zhǔn)。
我國中西部有廣泛的綠色產(chǎn)業(yè)園,可有效緩解這方面的擔(dān)憂。綠色產(chǎn)業(yè)園將電源、耗能工業(yè)、產(chǎn)品深加工、生產(chǎn)生活集合在一起,構(gòu)成一個微網(wǎng)系統(tǒng)。根據(jù)相關(guān)行業(yè)協(xié)會最新的項目技術(shù)經(jīng)濟分析,陸地風(fēng)電已經(jīng)普遍實現(xiàn)低于0.3元/千瓦時的長期度電成本,而在一些光照良好的沙漠地區(qū),光伏滿負(fù)荷等價發(fā)電小時數(shù)在1500小時以上,度電成本可以低至0.1元/千瓦時~0.2元/千瓦時。利用好這些廉價的電力資源,是鋼鐵等終端能源需求部門的一個戰(zhàn)略性課題。
06 碳邊境調(diào)節(jié)機制對氫能應(yīng)用有何作用?
從現(xiàn)在到2030年,我國大量的鋼鐵產(chǎn)能將面臨退役重建。未來,采用何種技術(shù)、在哪里布局、是否開展氫冶金以實現(xiàn)噸鋼低碳排放甚至零碳排放,是不可回避的重大戰(zhàn)略抉擇問題。
在宏觀約束上,碳邊境調(diào)節(jié)機制正日益成為實際政策。推行碳邊境調(diào)節(jié)機制的一個最有說服力的理由是:如果不對進(jìn)口高耗能產(chǎn)品征收額外稅,那么本地的高耗能企業(yè)就面臨不公平的國際競爭,長期來看,它們就有可能永久轉(zhuǎn)移到其他地方,造成本地產(chǎn)業(yè)與就業(yè)流失。鋼鐵是第一批需要繳納碳稅調(diào)整的產(chǎn)品之一。
從鋼鐵生產(chǎn)的投入要素,特別是鐵礦石與電力來看,市場環(huán)境的變化也可能引發(fā)新的行業(yè)空間配置轉(zhuǎn)移。最近的一篇論文論述,鋼鐵工業(yè)的未來在陽光充足、風(fēng)力強勁、靠近鐵礦石礦床的熱帶地區(qū)國家。這是純基于技術(shù)經(jīng)濟競爭力比較的結(jié)果,它必須加上足夠的經(jīng)濟安全與國家安全考量才能更加靠近這個世界的現(xiàn)實。保留鋼鐵等先進(jìn)制造業(yè),成為各國“重商主義”的共同選擇。當(dāng)然,在明顯具有界限國家的內(nèi)部,鋼鐵行業(yè)布局往往出于經(jīng)濟效率考量。過去,我國的鋼鐵產(chǎn)能主要布置在交通便利的東部沿海地區(qū),而現(xiàn)在,隨著西部豐富廉價可再生能源的增多,產(chǎn)業(yè)逐步從東向西轉(zhuǎn)移也是自然趨勢。
未來,鋼鐵產(chǎn)品的出口無疑會受到碳邊境調(diào)節(jié)機制的約束。是否有一種可能,與其讓歐盟收碳稅,我們還不如自己收了,乃至對鋼鐵行業(yè)定向征收?這種定向方式在歐盟看來是一種“繞過規(guī)則”的做法,是不能豁免的。從企業(yè)層面,是否可以從改變產(chǎn)品類別的角度規(guī)避征稅?比如原來的鋼鐵產(chǎn)品,稍微改造包裝,用其他產(chǎn)品報關(guān)?這種可能性歐盟也已經(jīng)考慮到了——專門有個27條款控制這種“規(guī)則規(guī)避”。美國方面,甚至可能在本國不存在碳定價的情況下,以碳排放為由進(jìn)一步征收鋼鐵關(guān)稅。盡管2022年12月份,世界貿(mào)易組織已經(jīng)裁定這些關(guān)稅不符合貿(mào)易規(guī)則,但美國貿(mào)易代表一再重申,世界貿(mào)易組織不應(yīng)干預(yù)美國國家安全利益。從這一現(xiàn)狀及趨勢出發(fā),我國鋼鐵行業(yè)或者交稅,或者不再貿(mào)易出口,或者從長計議開始調(diào)整技術(shù)路線(比如結(jié)合氫能利用),這是一個戰(zhàn)略選擇的重點問題。
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