全球氢能的四种典型发展模式及其启示

目前，世界各国都在加快发展氢能产业，初步形成了四种典型模式，即以德国为代表的“深度减碳的重要工具”模式、以日本为代表的“新兴产业制高点”模式、以美国为代表的“中长期战略技术储备”模式和以澳大利亚为代表的“资源出口创汇新增长点”模式。在推动我国氢能产业高质量发展的过程中，应充分借鉴国际经验，进一步明确“初心”与“使命”、目标与路径，从推动能源革命的出发点出发，构建“大氢能”应用场景，促进氢能产业技术与市场、供需整体协调发展。

氢能作为二次能源，具有来源广泛、适应大规模储能、用途广泛、能量密度高等优点。随着氢能产业的兴起，全球迎来了“氢能社会”的发展热潮。欧盟、日本、美国、澳大利亚、韩国等经济体和国家都出台了相关政策，将氢能产业发展提升到国家(地区)战略高度，一批重大项目相继上马，进一步扩大了氢能产业的全球市场格局。对于中国来说，加快发展氢能产业也具有现实而迫切的意义。具体而言，发展氢能产业是优化能源结构、促进能源转型、保障国家能源安全的战略选择，是推进节能减排、应对全球气候变化、实现绿色发展的重要途径，是提前布局主导产业、推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的关键举措。

2019是中国氢能发展的创新年，具有明显的“理想照进现实”特征——战略认识基本形成，探索步伐不断加快，先进理念、技术、模式层出不穷。30多个地方政府发布了氢能产业发展规划/实施计划/行动计划。“氢能产业园”、“氢能小镇”、“氢谷”相关项目涉及总投资数千亿元，规划推广氢燃料电池汽车超过65438+万辆，加氢站建设计划超过500座。在加快我国氢能产业发展的过程中，我们需要广泛借鉴国际经验。我们认为，对国际经验的研究不应仅仅停留在政策、措施和行动的简单总结和归纳层面，而应深入分析各国发展氢能背后的初衷、动机和利益格局。在充分了解各国资源禀赋、产业基础、现实需求等因素的基础上，找到发展方向、目标、路径、模式、政策措施之间的逻辑关系。换句话说，不能只看我们做了什么，还要研究我们为什么要做，做了有什么好处等深层次的问题。

从各国发展氢能产业的出发点、重点和着力点来看，世界各国的实践大致可以归纳为四种类型，本文称之为四种典型模式，即德国模式(法国、英国、荷兰等国也有类似做法)，将氢能作为深度脱碳的重要工具；把氢能作为新兴产业制高点的日本模式(类似韩国)；将氢能作为中长期战略技术储备的美国模式(加拿大的做法类似)，将氢能作为资源出口创汇新增长点的澳大利亚模式(新西兰、俄罗斯等国的做法类似)。

德国模式:推进深度脱碳，促进能源转型

近年来，德国的能源转型暴露出越来越多的问题。首先，随着可再生能源装机容量和发电量的稳步增长，保持电力系统的稳定性成为其面临的首要挑战。2019年德国部分地区发生供电中断，暴露出其储能和调度能力不足的短板。其次，为了提高电力系统的供应能力，德国增加了天然气发电，但需要从俄罗斯等国进口更多的天然气，导致能源对外依存度增加。最后，能源转型带来了更高的能源价格，能源转型面临越来越多的争议。与能源转型困境一脉相承的问题是，碳减排的进度不如预期。德国政府提出了2030年比1990减排55%的中期目标和2050年实现碳中和的长期目标。但从2015开始，碳排放不减反增，直到2018年暖冬的帮助下，才实现了“掉头向下”。传统减排路径的边际效益在递减，迫切需要开辟新的途径，挖掘更多的碳减排潜力。

氢能的发展有助于大规模吸收可再生能源，在“难以减排的地区”实现深度脱碳。电解水制氢技术发展迅速，规模增大，响应能力增强，成本降低，有望成为大规模消耗可再生能源的重要手段。当区域电力冗余时，将多余的电力通过电解水转化为氢气储存起来，以减少“弃风能”、“弃光能”、“弃水能”现象，减少可再生能源波动对电力系统的冲击。同时，氢能具有较高的能量密度(质量密度)、电化学活性和还原剂性质，可以在各种应用领域发挥“万能油”的作用，大规模替代“困难减排领域”的化石能源，达到深度脱碳的目的。

围绕深度脱碳和推动能源转型，德国创新性地提出了Power-to-X的概念，致力于探索氢能的综合应用。具体来说，在制氢端，利用可再生电能电解水生产低碳氢燃料，从而构建大规模绿色供氢系统。在氢气应用端，绿色氢气应用于很多领域，如天然气混合、分布式燃料电池发电或供热、氢能炼钢、化工、氢燃料电池汽车等。现阶段，德国政府与荷兰等国正在开展深度合作，重点推进天然气管道氢气混合，建设氢气与天然气混合气体(HCNG)供应网络。其中，依托西门子等公司在燃气轮机方面的技术优势，开展了一批氢气与天然气混合发电供热的示范项目。截至2019年底，德国在建运营的“P转G”示范项目50个，总装机容量超过55MW。此外，蒂森克虏伯集团已经启动了氢能炼钢示范项目，预计到2022年将进入大规模应用阶段。

日本模式:确保能源安全和巩固工业基础

日本能源安全形势严峻，急需优化能源进口格局和渠道。日本的能源结构严重依赖石油和天然气，石油和天然气占能源消费的比重高达三分之二，因为国内能源资源相对匮乏，95%以上的石油和天然气需要进口。能源地缘政治形势越来越复杂，停电风险犹如达摩克利斯之剑。再加上国际能源市场价格的大起大落，会给日本的能源安全乃至经济安全带来冲击。2011福岛核事故后，日本核电发展遇到的阻力越来越大。如果实现本土“弃核”，意味着能源对外依赖程度将得到提高。因此，日本迫切需要在当前的能源消费格局中开辟新的“阵地”，找到能源安全的缓冲区和减压阀，摆脱对石油和天然气的依赖。

发展氢能可以提高能源安全水平，区分能源供应中断和价格波动的风险。虽然日本未来仍需从海外进口氢能，但主要来自澳大利亚、新西兰、东南亚等国家和地区，与中东、北非等传统油气源区形成了空间隔离，从而分化了地缘政治风险。同时，石油和天然气在价格上关联度高，仍然属于“一个篮子里的一个鸡蛋”。但氢能来源广泛，价格与油气关联度不高。增加氢能的进口和消费，可以在一定程度上分化油气价格同向波动对国内经济的影响。此外，氢能还可以提高中国的能源安全水平。日本是地震、海啸、台风等自然灾害多发地区，经常发生能源供应中断的情况。氢燃料电池汽车、家用氢燃料电池热电联产组件等设备在加注氢气或其他燃料时，可维持一个家庭正常供能1 2天。氢终端设备的普及也能为日本的减灾做出贡献。

日本氢能的基本战略侧重于汽车和家用领域的应用，这是工业和技术发展的必然延伸。日本在技术、材料、设备等方面优势明显，尤其是基本打通了氢燃料电池产业链。经过多年的努力，日本在氢能领域打造了一批“隐形冠军”，如东丽的碳纤维、川崎重工的液氢储运技术和设备等。据统计，日本在氢能和燃料电池领域的优先专利占全球的50%以上，在许多关键技术上处于绝对领先地位。专利技术不仅是日本的“保护网”，也是其他国家的“天花板”。氢燃料电池汽车和家用燃料电池设备的推广，一方面可以实现过去对市场的投入，获得现金流，另一方面也可以及时获得信息反馈，改进技术和设备，从而形成“技术促进产业，产业促进市场，市场促进技术”的良性循环和正反馈。

美国模式:储备战略技术，延缓实际应用

美国氢能的发展经历了“两次大起大落”，但把氢能作为重要战略和技术储备的工作思路没有改变。早在上世纪70年代，美国政府就将氢能作为实现能源独立的重要技术路线，开展了一批密集的行动和项目，但随着石油危机影响的消退，热度有所降温。2000年左右，氢能迎来了第二次发展浪潮。2002年，美国能源部(DOE)发布了《国家氢能路线图》，确立了氢能的中长期愿景，启动了一批大型科研和示范项目。但由于页岩气革命和金融危机的影响，路线图被搁置，但联邦政府对氢能相关研发的支持延续至今。

在过去的10年中，美国能源部每年为氢能和燃料电池提供的支持资金约为1亿美元至2.8亿美元。根据参众两院2019年底通过的财政拨款法案，2020年的支持资金为65438美元+0.5亿美元。总的来说，在过去的50年里，尽管经历了风风雨雨，但联邦政府将氢能作为重要战略技术储备的工作思路并没有改变，不断鼓励科技研发使美国保持在全球氢能技术的第一梯队。

页岩气革命是美国氢能发展战略被搁置的主要原因。美国凭借经济、清洁、低碳的优势，逐渐实现了能源独立和转化，但页岩气和氢能在应用端有很多重叠，对氢能形成了巨大的挤出效应。根据加州燃料电池伙伴组织(CaFCP)的数据，美国氢燃料电池汽车市场停滞不前，2065，438+09年甚至下降了65，438+02%，发展势头被日韩和中国赶超。

澳大利亚模式:拓宽出口渠道，促进氢贸易

澳大利亚一直是全球领先的资源出口国，资源出口也是其最重要的经济增长引擎。根据澳大利亚联邦矿产资源部公布的数据，2019年的资源出口直接贡献了全国超过1/3的GDP增长。然而，传统的“三大件”(煤炭、液化天然气和铁矿石)的出口一直在下降。煤炭方面，澳大利亚长期以来占全球煤炭贸易的1/3以上，主要目标市场集中在东北亚地区。但近年来，中日韩相继展开煤炭减量控煤行动，煤炭出口前景暗淡。铁矿石方面，中国购买了超过60%的澳大利亚出口铁矿石，而中国钢产量进入峰值平台，电炉钢比例增加，这将降低其对铁矿石的需求；在液化天然气(LNG)方面，虽然市场需求增长潜力依然可观，但由于国际油价暴跌，LNG的出口创汇能力也大大削弱。根据世界天然气网络分析，澳大利亚液化天然气出口收入将在未来五年内继续萎缩。

为了经济的可持续发展，澳大利亚政府迫切需要确定新兴市场的需求，拓宽出口渠道。2019，11，澳大利亚政府发布了国家氢能战略，制定了15发展目标和57项联合行动，力争到2030年成为全球氢能产业的主要参与者。建设全球氢供应基地是澳大利亚发展氢能的重要战略目标。澳大利亚正积极推动与日本、韩国等国的氢贸易，签署氢供应协议，同时与相关企业开展联合技术创新，完善氢能源供应链，扩大供应能力，降低成本。

例如，澳大利亚政府与HySTRA(由川崎、岩谷、电力开发株式会社和壳牌石油日本分公司组成)合作，组成联合技术研究小组，开展褐煤制氢、长距离氢气运输、液氢储运等一系列试点项目。2065438+2009年底，川崎重工推出首艘液氢运输船，完成了澳大利亚和日本的氢供应链的最后一块。这种“贸易技术创新”的一体化模式，调动了所有参与者的积极性，使澳大利亚实现了自己氢资源的规模化开发，川崎等企业获得了更低成本的氢气，技术研发团队获得了宝贵的试验田。

值得一提的是，澳大利亚提出的低碳氢能不仅包括可再生能源电解水制氢，还包括化石能源(尤其是煤炭)(碳捕集)制氢和储运技术。虽然化石能源制氢存在争议，但在煤炭出口增长乏力的背景下，这是一个现实的选择。

对中国的启示:明确氢能“协同互补”的定位，构建多元化的应用场景。

每个国家都有发展氢能产业的“初心”和“使命”。德国模式把氢能作为一种手段，即发展氢能是为了解决能源转化和深度脱碳过程中的诸多问题；日本模式以氢能为宗旨，即发展氢能是关系国家能源安全和新兴产业竞争力的战略选择，迎合了市场实现对技术的强烈需求；美国模式将氢能作为替代，即氢能只是众多能源解决方案中的一种，其发展取决于其技术进步、成本降低等因素；澳大利亚模式将氢能视为产品，即乘着全球“氢风”，积极扩大出口产品结构，获取更多利益。

从以上对全球氢能发展的四种典型模式的分析可以看出，各国发展氢能产业都有自己的出发点和落脚点，都是考虑自身的资源禀赋、产业基础、现实需求等因素，大多遵循战略上积极、战术上稳健、坚守发展初衷、不盲从、不冒进的推进策略。目前，我国有关部门正在研究制定国家层面的氢能产业发展战略规划。首先要明确的是中国发展氢能产业的“初心”和“使命”、目标和路径。借鉴国际经验，结合中国实际国情，对中国氢能产业的战略定位和发展方向提出了三点建议。

一是明确产业定位，发挥氢能在现代能源体系中的载体和媒介作用。《国家能源统计报表制度》将氢纳入能源统计，明确了氢能的能源属性。氢能即将成为能源体系的新成员，其发展必须服从和服务于能源革命的总体要求。需要认识到的是，中国有很多能源解决方案与氢能存在替代关系，所以氢能在中国并不是一个必要选项，而是一个替代，一个优秀的选项。因此，应该从中国能源体系的核心问题入手，找准切入点，选择合适的路径融入能源体系。我们应该利用氢能的特点和优势，发挥其在可再生能源消费中的作用，增强能源系统的灵活性和智能性，更好地与现有能源品种互动，最终推动能源革命战略的深入实施。

二是提升理解视角，逐步构建绿色低碳的多元化应用场景。2018以来，各地区共同造车的情况，源于对氢燃料电池汽车发展前景的过度乐观和对氢能认识的局限。事实上，我国氢能技术储备不足，产业基础不扎实，地区间差异非常明显。大多数地区不具备技术和设备市场化的能力和条件。在深化生态文明建设、积极应对气候变化的格局下，中国提出了2030年和2060年二氧化碳排放峰值碳中和的目标，“减排难度大的地区”深度脱碳将成为中国未来的一大难题。因此，应统筹经济效益、节能减碳、产业发展等因素，利用氢能“高效清洁的二次能源、灵活智能的能源载体、绿色低碳的工业原料”三重特性，逐步构建交通、储能、工业、建筑等领域的多元化应用场景。

第三，加强统筹协调，推动技术与市场、供需“急行军”。氢能和燃料电池结合了尖端材料、先进技术和精密制造，兼具高附加值和高门槛属性。我们必须清醒地认识到，我国氢能产业与发达国家的差距是明显的，远未达到大规模商业化的临界点，价值创造功能不能期望过高。再加上目前工业利润集中在外企，中国应保持战略定力，坚持“安全第一、技术自主、协同推进”的原则，不盲目追求市场扩张，避免通过补贴强行刺激下游需求，进而向外企输送大量补贴资金。各地在规划氢能产业发展过程中，应遵循“需求导向”的原则，“自下而上”布局生产、储运及相关基础设施建设，促进氢能供应链各环节协调发展，避免某一环节“单打独斗”。