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)先地位將進一步提升，產(chǎn)品供應將覆蓋從生產(chǎn)（如電解槽）到各類應用（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、就業(yè)、能源供應安全的投資。”德國經(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口氫能，還希望助力新的氫能供應鏈可持續(xù)發(fā)展。

今年8月份，國家標準委等六部門也聯(lián)合印發(fā)國家層面首個氫能全產(chǎn)業(yè)鏈標準體系建設指南——《氫能產(chǎn)業(yè)標準體系建設指南（2023版）》（下稱《指南》），提出“到2025年，支撐氫能制、儲、輸、用全鏈條發(fā)展的標準體系基本建立，制定、修訂30項以上氫能國家標準和行業(yè)標準”的發(fā)展目標。

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)大幅下降的風電、光伏發(fā)電進行電解制備的綠氫，從2020年就開始了快速的發(fā)展進化。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)能源價格上漲預期。2021年—2022年，世界化石能源價格暴漲，價格風險與進口可靠性（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)濟性得到了進一步凸顯，工業(yè)示范項目的審批、融資與建設也呈現(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。

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，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)布氫能戰(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。

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)的海上風電資源。其中，荷蘭與德國進展較快。2022年，英國在2021年制定的國家氫能戰(zhàn)略基礎上，發(fā)布低碳氫經(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，但與當前市場對電動汽車的高關(guān)注度相比，顯得有些進展緩慢。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，據(jù)悉，加拿大通過風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)的風儲氫綜合能源項目，單位投資成本只有發(fā)達國家顯示成本的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前環(huán)境，盡管還不能在工業(yè)上實現(xiàn)規(guī)模供應，但可再生氫氣在小市場（niche market）應用中已經(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一步發(fā)力的地方。這方面不僅要有目標，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尽＿@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？

當前，各種電解槽/電池的研究開發(fā)正處于不斷進步的階段。學術(shù)界/研發(fā)實驗室密集探索著通過改進轉(zhuǎn)化效率、電解海水等方式緩解耗水擔憂，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，人們往往認為研究開發(fā)基礎科學（know-how）會帶來典型的正外部溢出效應——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。基于目前存在的基礎設施現(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、建設新的氫能傳輸網(wǎng)絡。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，誰來承擔儲運基礎設施的成本，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）船與接收站基礎設施，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)化石能源的更進一步使用（這是氣候變化的壞消息），乃至產(chǎn)生供應緊張甚至中斷問題。

這方面，歐盟出臺的綠氫法案具有非常縝密的額外性要求，可供我們借鑒。它規(guī)定了一套復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)電設施與電解槽在地理上相距不遠，在時間上同時開動等。有專業(yè)學者根據(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準。

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。保留鋼鐵等先進制造業(yè)，成為各國“重商主義”的共同選擇。當然，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)易組織不應干預美國國家安全利益。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。