丁曼:日本氢能战略的特征、动因与国际协调
字号
2017年出台的日本《氢能源基本战略》具有若干特征:日本的战略路径中,不将氢能作为化石能源的替代能源,而是致立于推动氢能与褐煤等多种化石能源及可再生能源的耦合协同发展;相对于电解制氢的德国技术路径,日本倾向于构建国际氢能供应链。究其原因是可再生能源发电固定价格收购制度形成成本因素,掣肘日本大规模发展电解制氢,另一方面,日本涵盖能源开发、造船、航运、港口等上下游全产业链的高效低碳技术竞争力形成了造船业、航运业、能源业耦合发展的基础,推动并最终形成具有日本特色的氢能国家战略。日本旨在以“碳资本主义”与“生态资本主义”间博弈为机遇,借助多个国际协调机制,积极参与并主导规则与标准制定,在解决亚洲乃至全球能源供给、可再生能源消纳、气候变化应对等问题中提供日本解决方案,助力碳中和目标实现。

引言

近年来,我国对日本等发达经济体“氢能社会”构想的意义及发展走势日渐关注,学界对美、日、德、欧盟的“氢能社会”发展现状已完成初步介绍及概要性陈述[1,2,3,4]。事实上,自20世纪70年代石油危机暴发后,各发达经济体纷纷启动氢能研发计划,至2017年日本出台《氢能源基本战略》,将氢能研发提升至国家战略高度,期间跨度长达40余载。其间日本经济由盛转衰,中国、印度相继崛起,日本先后经历阪神、东日本大地震,世界能源需求与结构亦发生了动态变化。日本由于其自身能源匮乏,对外依存度高,在推动氢能研发、酝酿“氢能社会”构想直至出台国家战略的漫长历史沿革中有哪些主要推动因素?这一问题此前的学界研究是不充分的,有待深入研究与挖掘。

图略

国际政治经济学苏珊·斯特兰奇(SusanStrange)在《国家与市场》中提出了著名的结构性权力理论,认为结构性权力有安全、生产、金融、知识4个来源,贸易、援助、能源、运输等为次级权力结构[5]。我国学者也指出,能源具有经济和政治双重属性,能源格局的演变逻辑是市场与地缘政治互动下大国博弈的结果[6]。此外,技术变革也成为推动能源转型的动力,新的能源供需关系和科技竞争力将形成新的能源地缘政治格局[7]。由于能源匮乏、对外依存度高的特质,日本在提出“氢能社会”构想的过程中,将与能源禀赋不同、发展阶段各异的其他经济体开展怎样的国际协调,也有待深入探究。

一、日本氢能战略的特征

从氢能研究到“氢能社会”构想,再到形成国家战略,日本大致经过了3个阶段。第一阶段受到石油危机触发,日本于1974年启动“阳光计划”[8],酝酿并实施包括氢能在内的一系列能源研究项目。第二阶段为2003年发布《第一次能源基本计划》,首次提出“氢能社会”构想,“氢能”成为高频词出现20次。第三阶段是2017年出台《氢能源基本战略》,将构想提升至国家战略高度。目前已逐步进入新阶段,即氢能战略的溢出阶段。在日本多年的倡议与推动下,氢能部长级会议自2018年起连续3年召开,2019年在日本召开的二十国集团(G20)能源环境部长级会议也以氢能源为主要议题。

除日本外,作为欧洲积极推动氢能发展的重要团体,氢能源和燃料电池联盟(FCHJU)在2019年初发布了《欧洲氢能路线图》。德国作为欧洲推动氢能发展的重要国家,在2020年6月通过了《国家氢能战略》。相比之下,日本的氢能战略具有若干鲜明特征。

(一)规避“颜色”争议,着眼于氢能标准与规则制定

伴随“氢能社会”的概念被越来越多的国家与地区关注,“蓝绿之争”等围绕氢能“颜色”的争议也愈演愈烈。欧洲在通常意义上将可再生能源电解制氢称为“绿氢”,将配以二氧化碳捕集与封存(CCS)的化石能源制氢称为“蓝氢”,将不使用CCS的化石能源制氢称为“灰氢”。这一说法也在国际可再生能源署(IRENA)2020年4月发布的《全球可再生能源展望:能源转型2050》中用于不同情景的成本分析。其中,德国的制氢来源突出强调使用“绿氢”和工业副产氢,不同于日本布局研发氢能、酝酿“氢能社会”构想并制定出台氢能战略的初衷。

从2016年版《氢·燃料电池战略路线图》可知,日本构建“氢能社会”依托于3个阶段的战略路线规划。第一阶段为推广燃料电池应用场景,促进氢能应用,在这一阶段主要利用副产氢气,或石油、天然气等化石能源制氢。第二阶段为使用未利用能源制氢、运输、储存与发电。第三阶段旨在依托可再生能源,未利用能源结合CCS技术,实现全生命周期零排放供氢系统。《氢能源基本战略》出台后的2019年版《氢·燃料电池战略路线图》,尽管调整了上述阶段性规划,但依然保留了建立全球氢能供应链的“蓝氢”路径与依托可再生能源的“绿氢”路径并存的路线图,这一路线也在2020年度日本《能源白皮书》中得到延续,即“制氢原料具有高替代性特点,除副产氢气外,褐煤等未利用能源、可再生能源等多种一次能源均可通过多种方法制取氢气”“面向2050年应放眼于尝试可再生能源、核能、氢能、蓄电池等多项路径选择,旨在实现能源转型与零排放目标”[9]。

对照德国《国家氢能战略》草案与最终版关于“蓝绿”之争的经过可知,未来在技术路径上,包含“氢能社会”“零排放氢”等定义及制度、规则、标准制定尚存若干不确定性。从日本长期战略规划可知,可再生能源制氢将与结合CCS技术的化石能源制氢、核电制氢等多种方式相组合,不同于德国相对单一的制氢来源。

(二)注重构建全球氢能供应链,兼顾电解制氢

以国家战略高度积极推动氢能发展的日德两国在制氢的技术路径上存在差异。就目前制氢成本而言,一般来说,煤制氢成本最为低廉,之后依次为工业尾气、天然气、可再生能源、甲醇,电制氢的成本最为高昂。在技术路径选择上,德国在水电解制氢技术上存在优势,日本则注重构建全球氢能供应链。具体而言,日本旨在以全球范围的可再生能源、褐煤等未利用能源并结合CCS技术实现零排放制氢,利用氢气液化技术实现远程海洋运输。日澳间的褐煤研究项目始于“阳光计划”中的褐煤液化、褐煤制氢研究,经长期技术积淀后,已由基础研究步入实证阶段。日澳企业间在澳大利亚政府支持下启动了涵盖褐煤制氢、运输在内的氢能供应链项目(Hydrogen Energy Supply Chain Project,HESC)。日本经济产业省(简称“经产省”)也于2015年启动“依托未利用能源的氢能供应链实证项目”,由图1可知,2015年项目启动只投入了20.5亿日元预算,在升级为国家氢能战略后,预算至2019年连年攀升,最多升至162.7亿日元,与“CCS技术应用研发项目”始终保持在预算高位。在日本将氢能上升至国家战略的同年即2017年,日澳政府间签署了有关液态氢运输的备忘录,在澳大利亚维多利亚州和日本神户港的基础设施竣工后,连接日澳的运氢船舶将试航,该实证项目旨在2030年实现商用。然而,日本对大规模水电解制氢技术实证与应用研究的关注相对滞后。鉴于此,日本经产省、环境省及各智库从2016年起开始研究德国、美国加州地区的实践经验,并从2017年开始新增“氢生产、储存与应用技术研发项目”预算。但由2017年至2021年度预算分配与占比情况可知,日本在电解制氢上的预算投入远低于全球氢能供应链实证项目,在路径选择上日本更倾向于构建基于远程制氢、远程运输的供应链。

图略

此外,日本《氢能源基本战略》明确了降低制氢成本的路线图和目标,相对于现阶段100日元/立方米,旨在2030年前降至30日元/立方米,未来实现20日元/立方米。川崎重工长期致力于褐煤制氢技术研发与供应链商务模式验证,在其设定的成本目标中显示,在成本构成的7个项目中,5项均可发挥日本产品与技术优势,如下表1所示。

图略

(三)注重应用与消纳

就氢能应用而言,日本氢能战略具有两大特征。

图略

就应用而言,早在2016年日本制定出台《氢·燃料电池战略路线图》之前,家用燃料电池热电联供系统(Ene-Farm)和燃料电池车(FCV)已分别投入市场,并以2030年分别实现530万台和80万辆为目标,力求在2020—2030年的10年间可以自主营利,不再依靠政府补贴。事实上,在Ene-Farm投入市场的头两年,政府补贴分别在2009年和2010年支出了81亿日元和67.7亿日元预算,东日本大地震发生后的2011年和2012年一跃升至175.6亿日元和351.4亿日元,均分为3次拨付,财政支持虽在后期有大幅削减,但也维持在数十亿日元水平。在政府多年财政支持下,Ene-Farm两种机型的单台售价在2020年降至100万日元和80万日元,在2019年10月达成累计销量30万台,但距离最初提出的2020年度达成140万台的阶段性目标尚存较大差距,2030年目标能否实现也值得关注。

尽管日本政府为实现2030年目标,在燃料电池研发与FCV应用推广方面给予了较多的财政支持,其推广与普及速度相对于其他新能源汽车来说依旧差距显著。自2009年至2019年日本各都道府县的政府补贴车交付数量中,电动汽车已达129970辆,插电式混动汽车达101824辆,FCV则是自2014年首年交付41辆后,共累计交付3254辆,这也意味着日本政府最初提出的在2020年前达成4万辆FCV的目标落空[12]。

就消纳而言,为解决可再生能源消纳问题,日本关注氢发电。日本产业技术综合研究所携企业开展联合研究,对氢气混烧发电机开展了实验,也是福岛氢能社会试点项目(Fukushima Hydrogen Energy Research Field,FH2R)的核心验证内容。这一项目旨在逐步提升氢与液化天然气的混烧比例,逐步实现氢气专烧发电,这是具有日本特色的应用技术,同时可用于解决可再生能源消纳。

二、从氢能研发、“氢能社会”构想到国家战略的主要动因

日本《氢能源基本战略》开宗明义,以实现能源稳定供应(Energy Security)、经济效率(Economic Efficiency)、环境适宜性(Environment)、能源安全(Safety)(“3E+S”)和“多元化能源结构(Energy Mix)”为己任。2020年度《能源白皮书》又再次调整并强调了“3E+S”的优先顺序,即以能源安全为最优先事项,同时实现“3E”目标。在历经20世纪两次石油危机及21世纪的福岛核电站事故后,日本为何将氢能作为实现上述目标的国家战略?

从1974年启动“阳光计划”研发氢能,到“氢能社会”构想成型,再到形成国家战略,由其沿革可知,有如下因素发生作用。

(一)日本能源结构内部性与全球能源需求外部性双重作用的结果

基于褐煤制氢的路径选择是日本综合自身能源结构与对全球能源需求预判的结果。由下表2和表3可知,无论是对比日本能源经济研究所(IEEJ)与国际能源署(IEA)在21世纪初对亚洲(不含日本)一次能源需求中化石能源占比的预测,还是对比2017、2018年IEEJ、IEA、英国石油公司(BP)、埃克森美孚公司(Exxon Mobil)对全球一次能源需求中化石能源占比的预测,其中共通的一点是,IEEJ对煤炭需求的预测远高于其他机构。由表3可知,其预测模型以技术进步为主要参数,认为技术进步将提升煤炭利用效率,减少碳排放,其经济效率适用于包括新兴经济体在内的众多经济体,在未来很长时间仍将在一次能源需求中占据重要位置。

图略

从日本经产省资源能源厅下设的负责资源与能源综合调查的基本政策分科会第25次会议的内容纪要可知,日本旨在实现的“多元化能源结构”,其中,至2030年之前的阶段性目标中,包括煤炭在内的化石能源在一次能源供给中依旧占有76%的高比例,尤其是煤炭仍将保持25%左右的占比,相当于东日本大地震发生前的程度[14]。

由历史沿革可知,“3E+S”目标并非一蹴而就,而是为应对不同历史时期的能源问题逐渐丰富了内容,具体而言,大致可分为如下3个阶段。

第一阶段是受两次石油危机触发,日本开启了以“稳定供应”为目标的能源政策阶段。这一时期的褐煤液化及褐煤制氢研究,与1978年中日签订《中国和日本长期贸易协议》,都是以“多元化能源结构”实现“稳定供应”目标的不同尝试。褐煤含水率高,易燃易碎,不适合直接用作燃料和运输,所以全球范围尚存较大规模未开采、未利用的褐煤资源。

第二阶段是受20世纪90年代日本实施规制改革触发,日本能源政策中加入了“经济效率”目标。1995年,日本修订《电力事业法》,推行发电侧规制改革,允许独立发电商(IPP)参与电力公司招标项目,推动电源多样化。IPP多为有经营自用发电厂经验的制造业企业,如钢铁企业等。新制度推行后的1996年和1997年,中标的煤电IPP项目占比分别为47%和45%[15]。钢铁冶炼用煤需求在1997年亚洲金融危机后一度转为下降,而包括日本在内的亚洲发电用煤需求则有增无减,呈现上升趋势[13]。中国的崛起对此后中日间乃至世界能源结构产生深远影响。就中日间煤炭贸易而言,2001年中国对日本煤炭出口骤然升至2565万吨,占日本进口总量的16%,至2003年已升至3023万吨,占日本进口总量的18%[16]。2004年上半年,中日煤炭长期贸易谈判因价格延宕。2004年以后中国煤炭出口量减少,进口量增加,中日间能源结构的根本性变化凸显。日本基于“稳定供应”与“经济效益”原则,需要充实“多元化能源结构”,这是《第一次能源基本计划》中酝酿“氢能社会”构想的背景。

第三阶段是受《京都议定书》通过并生效触发,日本能源政策中又加入了“环境适宜性”目标。与绿党崛起、政坛“绿化”的德国不同,日本国内由于经团联、行业团体、工会、钢铁联盟等化石能源尤其煤炭相关利益团体的结构性权力发挥作用,不采取欧盟式强制关停与减排措施,这从日本反对《京都议定书》第二承诺期的态度中可窥见端倪。加之2011年东日本大地震发生后,部分核电站被迫关停,煤电作为提供基本负荷保障的基础性电源的作用凸显,在总发电量中占比由2010年的25%升至2013年的30.3%[17]。2015年《巴黎协定》通过后,日本启动了包括褐煤制氢在内的一系列“促进利用低阶煤事业”项目,旨在在全球范围推广具有竞争力的低阶煤应用技术,助力高阶煤稳定低廉供应[18]。由表4日本经产省资源能源厅综合资源能源调查会基本政策分科会下设的发电成本验证工作组成本核算可知,在《巴黎协定》框架下、环境成本上升前提下,煤电依然具有成本竞争力,日本旨在通过低阶煤应用技术降低燃料成本,通过CCS技术降低环境成本,继续提升煤电竞争力。

图略

可以说,构建“氢能社会”、打造全球氢能供应链的构想,是受石油危机、规制改革、环境治理、自然灾害等动因触发,旨在以褐煤作为实现能源安全、稳定供应、经济、能源进口渠道多元化的路径之一,继而以日澳间褐煤制氢技术进步满足环境适宜性要求,全方位实现“3E+S”目标的战略路径。

(二)日本可再生能源发展方向与低碳减排时代趋势复杂互动的结果

在日本能源政策进入加入了“环境适宜性”目标的第三阶段后,可再生能源也成为日本“多元化能源结构”的重要组成部分,在《第一次能源基本计划》中已凸显其重要性。然而,大力发展可再生能源意味着可再生能源将逐步由辅助电源过渡至主力电源,对电网系统的影响不容小觑。为实现稳定供应,解决并网可能带来的若干问题,日本陆续开展了3条方向性验证。

第一个方向是起步最早的电网系统研究。建立在1998年至2003年的分布式电源联网示范项目的验证基础之上,日本从2003年起对光伏、风力及其他可再生能源发电系统稳定性控制技术开展了多轮验证,摸索并形成了微电网技术路线。

第二个方向是燃料电池技术研发,始于与“阳光计划”同时推进的“月光计划”,带动了民营企业相继研发燃料电池车。至《第一次能源基本计划》制定出台前后,燃料电池车的前期研发成果已逐步成熟,陆续步入应用阶段。2000年经产省启动“完善燃料电池普及基础千禧年项目”。2002年丰田公司与本田公司相继发售世界首款燃料电池车。本田公司此时搭载的还是巴拉德动力电池堆,次年实现了电池堆的自主生产,并于2004年推出搭载有自主研发电池堆的车型[20]。在家用燃料电池方面,经产省于2003年启动全国范围定置型燃料电池实证项目。

第三个方向是可再生能源与氢能的融合发展研究,具体而言是分散型可再生能源电解制氢、加氢基础设施建设项目,环境省牵头自2015年至2020年实施了该项目。项目历时6年,在结项验收时发现可再生能源发电量平均仅占所需电量的45.4%,环境省最终决定自2021年度起取消对该项目的财政支持[21]。

由前述3个方向可知,在解决并网压力的技术路线上,日本倾向于基于分散原则的自产自消,第一个方向在于探索适合分布式电源的小型发配电系统,第二、三个方向均着眼氢能应用,其不同在于,第二个方向包含但不限于以可再生能源为燃料,第三个方向则专注于可再生能源消纳。由此可见,氢能作为大力发展可再生能源背景下的消纳载体,其作用在日本日渐受到关注。另一方面,为减轻电网压力,燃料电池技术也在自产自消型氢能应用场景中至关重要,日本尤为注重在交通与家用领域的应用,而电解制氢的推广则未见成功。

在日本大力发展可再生能源发电进程中,2009年11月开始实施的可再生能源发电固定价格收购(FIT)制度起到重要作用,可再生能源发电量的占比也由2011年的2.6%快速升至2018年的9.2%。日本计划在2030年实现可再生能源在电力构成中占比达到22%~24%,其中占比最高的为8.8%~9.2%的水力发电,其次为占比7%的光伏发电,这是基于日本综合其国土面积、住宅条件、技术优势、电力市场特征等因素,以及光伏发电不受限于占地面积制约、朝出夕落的自然规律形成的相对固定的日功率曲线、弃光率可控等特征做出的符合日本国情的政策研判[22]。但另一方面,FIT制度下,日本可再生能源电力成本下降速度缓慢,2019年商业用电成本为13.1日元/千瓦时,远高于英国、法国、意大利、德国、西班牙等国。而电解制氢的成本很大程度受到发电成本与电价制约,也成为掣肘日本电解制氢技术发展的瓶颈。就经济效率而言,全球氢能供应链构想显然相较电解制氢具有优势,与日本耦合度高。

2016年日本修订FIT制度之际,加入了包含未来逐步减少财政补贴在内的相关内容,对该制度的全面调整也已提上日程。一旦取消FIT制度,则可再生能源发电的剩余电力消纳问题将更加受到关注,基于微电网技术、燃料电池技术的发展路径更符合日本长期以来的技术积淀与试错经验。

(三)日本产业结构特征与外部竞争环境动态变化的结果

从启动氢能研发,形成“氢能社会”构想,到制定出台国家战略,氢能供给与需求端已有的配套产业基础、产业结构特征、核心竞争力是重要推动力。

就供给端而言,一方面,电源开发、岩谷产业、川崎重工、丸红、新日本石油、川崎汽船、住友商事、三菱商事、千代田化工建设、日本邮船、三井物产等企业共同覆盖了包含制氢、液化、远洋运输、接收站建设等在内的全球氢能供应链全产业链;另一方面,旭化成、岩谷产业、东北电力、东芝能源系统与解决方案等企业为电解制氢提供设备、系统等解决方案支持。

就需求端而言,一方面,丰田、本田、东丽、旭化成、旭硝子、日本东洋、TKK、神户制钢、三井化学、住友理工、宇部兴产、日写、田中贵金属、日清纺等企业已在燃料电池的上游材料、中游集成和下游应用有了全方位密集布局,形成了强大的技术壁垒,与此同时,日本汽车企业已将应用场景拓展到铁路、公路、船舶运输。此外,常石造船、今治造船、日本邮船、商船三井、川崎汽船等造船、航运企业也参与氢能应用研发。另一方面,三菱动力、川崎重工则在氢能发电领域布局深厚,JERA、IHI、丸红等企业致力于以氢气合成氨,逐步推进氨混烧、氨专烧技术,同时也可利用全球供应链进口氨。

由以上梳理还能看到一个重要特征,即制造业与能源行业的紧密关联度[23]。如果说石油危机曾让电力成本成为能源变革期日本制造业与能源业的关联纽带,那么对未来环境成本不断攀升的预期则成为另一条新纽带,兼顾“经济效率”和“环境适应性”成为行业新机遇。在日本国民经济中处于重要地位的汽车制造业与造船、航运业,成为产业界推动“氢能社会”构想的主要力量。

日本汽车产业是支撑日本国民经济的支柱产业,其出口额占日本总出口额的20%左右。美国作为日本汽车的最大出口国其环境政策始终是日本开展新能源汽车研究的重要因素。美国联邦政府自20世纪60年代制定并实施《清洁空气法》,1970年实施《马斯基法》,之后陆续在1994年、2004年、2014年推出并实施美国Tier1、Tier2、Tier3排放标准。日本也在1973年效仿美国《马斯基法》,推出《清洁空气法修正案》,要求1975年、1976年以后的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的排放总量削减到1970年、1971年前1/10以下水平。美日两国在提升汽车产业环境成本上的政策趋同,奠定了日本汽车产业在环境适应性上的核心竞争力[24]。

另一个值得关注的产业是日本造船业与航运业,在推动“氢能社会”构想中的作用也不容小觑。就在日本《第一次能源基本计划》出台前夕,日本酝酿并形成了包含造船、航运、港口等在内的集群式发展路线,称为“海事集群”。这一时期,围绕造船、航运、港口均出现了新情况。

一是日本造船业遭遇挑战。韩国造船业自20世纪90年代以来紧追日本,新船接单量已在2000年、2002年等多个年度超越日本,撼动了日本自20世纪50年代确立的全球第一造船大国地位。日本于2002年成立“造船产业竞争战略会议”,确定了全球1/3造船份额、1000万总吨的量化目标,以及整合造船业技术资源、提升国际竞争力的战略方针[25]。

二是日本港口经济遭遇挑战。原本在货物吞吐量上名列前茅的千叶、名古屋等日本港口排名持续下降,上海、宁波等中国港口排名持续上升,原本在集装箱吞吐量上名列前茅的东京、横滨等日本港口排名也持续下降,上海、深圳等中国港口排名持续上升,神户港自1995年阪神大地震后面临复兴难题,加之中国在2001年加入世界贸易组织(WTO),全球制造业中心向中国转移,日本港口在成本、智能化程度方面的国际竞争力持续下降,曾有8个日本港口位列世界港口吞吐量前20位、18个日本港口位列世界港口吞吐量前50位,至1995年此排名已难以维系。

三是日本航运业面临新趋势与新挑战。一个趋势是液化天然气(LNG)海运市场进入快速发展期,世界各大机构纷纷预测中国、韩国、印度、美国将加大进口,日本作为航运强国,既要保持油船、散货船和集装箱船三大主力船型船队保有量,也要加强LNG船型的运力建设。日本的LNG运力虽以长期合同为主,但LNG贸易中的中短期合同已呈现增长趋势,这是与集装箱班轮不同的趋势。LNG航运业为实现稳定发展,开始尝试涉足LNG产业链中上游,奠定了航运业与能源业耦合协同发展的产业结构基础。一个挑战是对于船舶温室气体(GHG)的减排规则的讨论开始提上议程。2002年1月,日本在东京主导召开了国际交通安全会议,来自澳大利亚、奥地利、比利时、加拿大、丹麦、法国、德国、希腊、意大利亚、卢森堡、荷兰、挪威、葡萄牙、韩国、新加坡、西班牙、瑞典、英国、美国的交通部长及欧州委员会、国际海事组织(IMO)代表出席会议,会议一致通过了有关防止海洋污染的部长联合声明,制定了具体行动计划,旨在携手引领船舶行业高质量发展,积极推动《国际防污公约》(MARPOL)适用全部船旗国,这无疑是对此前《京都议定书》“共同但有区别的责任原则”(CBDR原则)的重大转变。在船舶温室气体减排标准制定、对策制定、技术路线等方面既有挑战、又存机遇。日本试图以LNG船为契机,发挥其航运业固有优势,凭借其技术竞争力,紧抓GHG减排机遇并引领规则制定,旨在实现高附加值、高质量、贯通上下游产业链并惠及造船业、航运业及港口经济的新一轮发展。

至此,综合商社、造船业、航运业谋求耦合协同发展的结构性动因已经形成,这是支撑日本构建全球氢能供应链的结构性基础。川崎重工研发的全球首艘液态氢运输船,日本邮船、川崎重工等联合开发的燃料电池船,是依托于上述结构支撑、在日本政府不同时期的科技支援计划及各民营企业有关LNG运输、氢气液化与运输、燃料电池应用研究等多年研发积淀基础上的成果。

三、日本国家氢能战略对接世界“氢能社会”构想的国际协调机制

日本以国家战略落地“氢能社会”构想,其规划的蓝图中将开展何种国际协调?除运用IEA、国际能效合作伙伴关系组织(IPEEC)、IRENA、G20、G7等框架下的协调机制外,以下3个框架下的国际协调尤其值得关注。

(一)《巴黎协定》框架下的国际协调

一般认为,美国与欧盟在全球气候治理中存在分歧。这种分歧也被描述为“碳资本主义”与“生态资本主义”间的路径差异。尽管两大经济体内部也存在上述两种势力博弈,但总体来说,美国的环保政策更倾向于延续洛克式自由放任传统,不改变基于化石能源的社会经济发展模式,而是依靠可再生能源多措并举、技术进步、企业和地方创新,欧盟的环保政策则更倾向于霍布斯式保护主义,以制度强制关停与减排,改变基于化石能源的社会经济发展模式,在推行高效低碳发展模式中实现经济发展[26]。

由前文考察可知,日本氢能国家战略具有若干美欧间折中特征。在氢能发展路径上,日本主张与化石能源耦合协同发展。另一方面,日本旨在构建国际氢能供应链,以涵盖能源开发、造船、航运、港口等上下游全产业链的高效低碳技术竞争力实现其自身发展。同时,由于氢能作为二次能源,与化石能源和可再生能源均具有耦合协同发展的潜力,也有望成为全球气候治理的重要载体,成为新一轮国际协调中的最大公约数。可以说,实践“氢能社会”构想的过程中,新一轮国际政治博弈和经济竞争焦点的,将是基于碳排放、碳定价、碳交易的全球气候治理规则竞争,这从《巴黎协定》第六条(合作)相关谈判协调多年仍悬而未决中得到印证。

日本的立场十分明确,认为《巴黎协定》第六条第四项的实质是延续《京都议定书》框架下的清洁发展机制(CDM),但它本身还存在不足,如仅适用于多边,采取自上而下一元化集权管理,覆盖项目范围有限,碳减排计算公式和项目核实与认证手续繁杂等,第六条第二项恰是对其有效补充,其本质是加入了日本已经推行多年的联合信用机制(JCM)和欧盟推行多年的碳排放交易体系(EUETS)。就JCM而言,日本认为具有可适用于双边,实行自下而上的分散型管理,覆盖项目范围广,碳减排计算公式与项目核实认证手续简单易操作等优点,是第六条第四项的重要补充[27]。但就如何避免双重核算的措施,国际协调仍在持续中。

(二)海洋环境保护委员会(MEPC)框架下的国际协调

前文已述,日本氢能国家战略的基本特征之一是构建全球氢能供应链,其结构性动因源自其造船业、航运业、制造业的核心竞争力、影响力、话语权与危机意识。

由于以国家为基础的全球气候变化框架难以适用于国际航运,国际航运碳减排问题主要由IMO下设的MEPC负责。不同于《巴黎协定》框架下的CBDR原则,IMO倾向于无优惠待遇原则(NMFT原则)。日本作为造船与航运大国,自1958年IMO成立以来始终担任理事国,在MEPC框架下的主导权与话语权不容小觑。2015年《巴黎协定》通过后,2016年召开的MEPC70上,日本提交了GHG减排战略案,最终形成了2018年MEPC72通过的初步战略,旨在2050年前将航运二氧化碳总排放量削减50%。2018年,日本启动国际海运GHG零排放项目,下设船舶设计、船舶营运、替代燃料3个工作组,分别对应MEPC下设的技术措施、营运措施、市场机制措施谈判工作,旨在在MEPC框架下继续发挥和加强日本主导作用,以航运减排为契机充分发挥日本竞争力,抢占绿色先机。

日本与欧洲航运大国在坚持NMFT原则上虽达成一致,但在市场机制规则制定上存在分歧。欧洲国家主张碳税或碳排放交易,而日本凭借其节能环保技术竞争力,主张能效激励型举措,确保奖励基金在航运板块内部流动而不向外部流失,以确保造船与航运大国日本的绝对优势。

从日本海运零排放路线图可知,液氢动力船、氢燃料电池船、氨动力船等氢能研发与应用是日本推动GHG零排放的重要路径之一。以200海里的内海航线为第一阶段,如东京至苫小牧间航线;以1000海里的短途外海航线为第二阶段,如日本至中国间航线;以3000海里的中途外海航线为第三阶段,如日本至新加坡间航线;以5000海里的长途外海航线为第四阶段,如日本至洛杉矶、长滩间航线,逐步提升并验证电池能量密度、开发内燃机技术在不断提升续航里程的同时,还在路线图中拟定了欧洲、中东、澳大利亚、日本、南美五处液氢加注地[28]。日本2020年已完成验证的文莱LNG制氢、甲苯加氢生成液态甲基环己烷并海运至川崎的全球氢能供应链项目,2020年3月三菱商事等两家日本企业与5家新加坡企业就氢能经济签署合作备忘录,2020年10月3家日本企业与马来西亚企业就可再生能源电解制氢、甲苯加氢生成液态甲基环己烷并海运项目签署合作备忘录。日本擘画的是既满足亚洲能源需求、又同时解决包括航运在内的全球气候治理问题的宏大愿景,旨在发挥日本竞争力,实现自身经济发展。

(三)氢能源部长级会议《东京宣言》框架下的国际协调

从2018年起,日本已连续3年主办氢能源部长级会议,旨在主导并推动全球“氢能社会”发展。至2020年主办第三届时,日本将能源金融国际会议(ICEF)、二十国集团洁净能源技术研讨峰会(RD20)、气候相关财务信息披露工作组(TCFD)、LNG产消大会、碳循环利用产学官会议、氢能源部长级会议整合至2020年10月7日至14日一周之内召开,取名“Beyond0week”,10月26日菅义伟首相在国会宣布日本将于2050年前实现碳中和。至此,日本的国家氢能战略目标及其所承载意义,与碳中和目标的趋同性,与能源金融、LNG产消、碳循环利用、清洁能源技术等议题的耦合性,其不同于国际氢能源委员会所举办世界氢能大会(WHEC)的战略溢出特征,已得到印证。

首届氢能源部长级会议即通过《东京宣言》,在技术协调与合作、氢能安全与供应链信息共享与联合研发、氢能减排可行性调查与评估、人才培养与教育培训4个方面达成共识[29]。第二届会议通过了践行《东京宣言》的《全球行动纲领》,明确了各国将根据不同国情,按《东京宣言》确定的氢能研究、开发、实证、普及四大方向开展行动,并制定了具体行动计划,其要点如下。

鼓励氢能基础设施建设并降低初装成本,推广氢能在叉车、牵引车、挖掘机、公路、铁路、船舶等不同场景的应用;积极参与并推动国际氢能经济和燃料电池伙伴计划(IPHE)、氢能安全中心(CHS)、IEA、IMO等机构工作组氢能相关规制、规格、标准制定与协调工作,共享非竞争领域技术信息;鼓励并推动可再生能源制氢、副产氢及化石能源结合CCS技术制氢的氢能供应链建设,推动相关设备研发与商务模式验证,推动原产地证明等方面制度创新,促进氢能流通;积极参与并推动IEA、IRENA、东亚东盟经济研究中心(ERIA)及其他氢能相关机构有关氢能及价值链、商务模式的可行性、经济性、环境适应性等开展全方位调查、评估及情景分析,有的放矢制定发展战略及路线图。

由此可见,《东京宣言》及《全球行动纲领》很大程度上反映了日本《氢能源基本战略》的主要特征,初步确立了日本在新一轮氢能相关的国际协调中的主导地位。

日本主导《东京宣言》框架下的国际协调机制,具有如下特征。

一是旨在打造氢能供给与应用、上游与下游融合发展的国际协调机制。受邀参会国家中粗略分为4类,一类是以澳大利亚、加拿大、俄罗斯、阿曼、阿联酋、文莱为代表的资源禀赋型国家,一类是阿根廷、葡萄牙、新西兰、荷兰、南非等可再生能源潜力型国家,一类是以新加坡、印度为代表的地缘通道型国家,一类是以美国、中国、韩国、印度等为代表的资源消费型国家。协调上述国家因地制宜,因地施策,以点带面,最终形成制氢能源、制氢渠道、生产及消费国地缘分布、运输通道多元化的供应链网络体系。

二是旨在依托官民融合、顶层设计与自下而上有机结合的国际协调机制。除氢能源部长级会议召开期间平行举办的企业会议外,经产省开展了一系列产学研联合研究项目,如“建设氢能社会技术开发事业”“建设氢能社会综合调查研究”“制氢技术创新等国外研究动向调查”“高质量能源基础设施海外建设项目实施可行性调查”,在该项目支撑下开展了“印度尼西亚、菲律宾离岛自给自足型氢能供给系统开发调查事业”“与沙特阿拉伯JCM框架下实施CCS技术低碳制氢的国际贡献定向调查”等应用类、实证类调查研究。经产省的经费占比通常为1/3、1/2、2/3不等,其余部分经费需投标企业自筹,体现了国家战略与市场机制的双举并重。

四、实践“氢能社会”构想的中日竞合关系

2020年9月22日,中国领导人在第75届联合国大会期间提出,中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。1个月后,日本首相菅义伟也宣布日本将在2050年实现碳中和目标。2020年6月颁布的《关于2019年国民经济和社会发展计划执行情况与2020年国民经济和社会发展计划草案的报告》明确提出将制定中国国家氢能产业发展战略规划。能源禀赋、经济发展阶段不同的中日两国,围绕氢能发展路径和碳中和目标实现,将如何协调又处于何种竞合关系?

一是围绕“氢能社会”相关规制、规格、标准制定工作,中日间应加强协调合作。既包括氢能全产业链、价值链的相关规制、规格、标准,也包括与碳成本相关的IMO相关标准制定。我国氢能联盟组织编制的《低碳氢、清洁氢与可再生能源氢气标准及认定》已于2020年12月29日颁布并实施,其中提出既充分考虑我国国情、又注重国际协调的“两线三区间”范式,旨在依托碳市场与氢能市场机制,引导高碳制氢工艺向绿色制氢工艺转变。在氢能标准制定方面,中日间存在结构性协调与合作基础。此外,中日两国分别代表新兴造船大国和守成造船大国,分别立足于中低端造船市场和高附加价值市场,围绕航运业发展中国家与发达国家CBDR原则的适用性问题存在结构性矛盾与意见分歧。中国应在2019年习近平主席提出的“海洋命运共同体”倡议指引下,与IMO体系中具有影响力的航运强国日本加强政策沟通,在碳减排领域加强交流与技术合作,共同践行碳中和目标,构建良性竞合关系。

二是发挥“一带一路”第三方市场开发与中日氢能产业合作的协同效应。2018年10月,中日第三方市场合作论坛召开,共签署52项合作备忘录,其中之一是中国华电清洁能源与日本JERA签署了合作开发第三方市场能源基础设施的合作备忘录。中日节能环保综合论坛自2006年召开至今,也助力中日间众多合作项目推广落地。就氢能产业合作而言,“中日氢能产业发展研究中心”“中日氢能产业联盟”等中日间联合研究机构与产业联盟相继成立,国际氢能示范项目落地中日创新合作示范区,浙江巨化与日本丸红、摩氢科技与日本东芝等企业微观层面的氢能合作已拉开帷幕。分别作为传统意义上大陆国家和海洋国家的中日两国,在拓展“带路”合作广度与深度上,应充分发挥各自优势,充分利用市场规律,积极开展中日间氢能产业互补性合作和协同创新,实现互惠共赢,并惠及“带路”沿线各国。

三是发挥环日本海经济圈开发与冰上丝绸之路——北极航道开发的协同效应。中国的东北振兴战略与环日本海经济圈构想、韩国“新北方政策”、俄罗斯远东战略和北极开发战略的战略对接意义凸显。2019年俄罗斯加入《巴黎协定》,2020年9月俄罗斯能源部修改《2020—2024年俄罗斯氢能发展路线图》草案,旨在利用天然气、核能制氢再通过改造天然气管网出口至欧洲。作为圈内重要经济体的中日两国,可借助氢能产业发展机遇,充分发挥已有的国际协调机制作用,依托北极资源禀赋与已有开发基础,开展互补性合作,缩小地区各国国内区域间发展差距。

四是合理共建燃料电池车等氢能应用生态链。中美两国作为重要汽车市场,其地位不容小觑。相对于美国各界政府对于化石能源与氢能源发展的不同考量,美联邦政府政策与支持程度欠缺连续性,支撑燃料电池车普及的基础设施建设很大程度上依赖于加利福尼亚州、马萨诸塞州、密歇根州、俄亥俄州等地方政府政策。相对于此,中国在基础设施建设方面具有制度优势,中日两国的汽车产业也有产业配套优势和合作基础,丰田公司已开放大量燃料电池相关专利,旨在技术合作,推广普及。中日两国在基于市场规律、理性投资基础上可携手共建氢能应用生态链。

五、结论

日本的氢能研发始于石油危机触发,其定位是“多元化能源结构”的组成部分之一,旨在实现“稳定供应”的能源政策目标。因此,在日本“氢能社会”构想中,氢能不是化石能源的替代物,相反,其发展路径与包括褐煤在内的化石能源具有耦合协同性,与关停燃煤电站的欧洲做法有所区别。

在历经规制改革、《京都议定书》生效后不断提高的气候变化应对与环境治理要求中,日本能源政策继续充实了内容,加入了“经济效率”与“环境适应性”目标。但由于经团联、制造业、工会等利益团体的作用,在路径选择上,日本的“氢能社会”构想重在技术革新而非能源替代。

掣肘于FIT制度补贴下的电价成本因素,大规模电解制氢的实证研究在日本起步较晚,日本在制氢路径选择上更倾向于构建全球氢能供应链,其动因之一是日本在制造业、造船业、航运业等产业上的竞争力和产业结构特征,这一路径选择有别于德国等国。

“环境适应性”是包括汽车行业在内的日本制造业自石油危机发生以后得以发展的核心竞争力之一。在“碳资本主义”和“生态资本主义”新一轮博弈中,日本旨在以氢能等一系列“环境适应性”技术为抓手,利用多个国际协调机制,积极参与并主导标准制定,平衡不同势力与发展模式,以灵活应对多种场景,发挥其自身产业优势,主导未来氢能发展格局。氢能研发始于解决其自身能源困境,而“氢能社会”构想则旨在解决亚洲乃至全球经济发展、能源供给、可再生能源消纳、气候变化应对等一系列问题具有战略溢出特征。(注释略)

来源:《国关国政外交学人》微信公众号 发表时间:2021年7月8日

中国民生调查2022
协办单位更多
V
海关总署研究中心
V
中国石油集团国家高端智库研究中心
V
贵州省人民政府发展研究中心
V
成都高质量发展研究院
V
中国东北振兴研究院
访问学者招聘公告
关于我们
意见建议
欢迎对中国智库网提出宝贵的意见和建议!