创新 • 创优 • 创见
2023年7月26日，德国政府通过新版《国家氢能战略》。该战略称，到2030年德国在氢能技术的领先地位将进一步提升，产品供应将覆盖从生产（如电解槽）到各类应用（如燃料电池技术）的氢能技术全价值链。
德国副总理兼经济和气候保护部部长哈贝克在声明中指出：“投资氢能就是投资我们的未来，这是对气候保护、就业、能源供应安全的投资。”德国经济合作与发展部部长舒尔策也表示，通过更新《国家氢能战略》，德国希望向伙伴国家传递信号，德国不仅希望可靠地进口氢能，还希望助力新的氢能供应链可持续发展。
今年8月份，国家标准委等六部门也联合印发国家层面首个氢能全产业链标准体系建设指南——《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》（下称《指南》），提出“到2025年，支撑氢能制、储、输、用全链条发展的标准体系基本建立，制定、修订30项以上氢能国家标准和行业标准”的发展目标。
近年来，全球氢能产业发展十分迅猛。国际氢能委员会数据显示，截至2022年底，全球氢能领域的直接投资额近2500亿美元。该委员会预测，到2030年该投资总额将升至5000亿美元；到2050年，全球范围内氢能占全部能源消费的比重将提高到18%，氢能孕育的经济市场规模将飙升至2.5万亿美元。
那么，氢能发展的影响因素有哪些？德国氢能战略与我国有何异同？氢能发展面临哪些待解难题？本文将着重讨论这些问题。
氢能发展受到哪些因素“催化”？
氢能，特别是用成本已经实现大幅下降的风电、光伏发电进行电解制备的绿氢，从2020年就开始了快速的发展进化。除了新的可再生电力电解技术路线展示的未来潜力之外，氢能的发展还受到了其他一些结构性与短中期因素的“催化”，主要包括：
第一，传统能源价格上涨预期。2021年—2022年，世界化石能源价格暴涨，价格风险与进口可靠性（尤其是天然气）问题凸显。在这样的背景下，电解制氢各种技术路线的经济性得到了进一步凸显，工业示范项目的审批、融资与建设也呈现出快速发展的态势。
第二，绿氢有望解决减碳难题。通过可再生能源制备的绿氢成为解决部分碳减排困难领域问题的关键，特别是在重工业、重载运输、航空等领域。在这些领域，广泛利用传统电力并不经济或者存在可靠性不高、技术不可行等问题。例如，在需要大量储存的场景中，电池存储成本仍然昂贵，而液体与气体的运输方式则更加容易且成本较低。8个300万千瓦架空线的传输能量跟1个1.2米直径的天然气管道相当。
第三，政策推动新型制造业发展。世界各国纷纷强调新型制造业的重要性，通过制定产业政策促进氢能产业链发展。例如，美国通过通货膨胀调整法案（IRA）为本地制造业提供大量补贴；欧洲也相继推出一系列本地制造激励与补贴政策，支持风机、光伏、电解槽、电池等制造业发展，以防范产业的空心化。
第四，传统能源巨头的积极参与。从社会经济视角来看，当前能源市场的主要参与者（如各大石油公司巨头）对氢能的热情高于风电与光伏发电初入市场时。他们往往更看重间接电气化，认为其优于“电是一切”的直接电气化。
氢能的快速发展体现在制氢、输氢、储氢与用氢等产业链环节，有望实现供需互相促进，逐步形成生态系统。
欧美布局氢能产业的思路与我国的异同
欧盟、英国、美国、韩国、日本、中国等世界主要经济体在2020年前后陆续发布关于氢能发展的国家战略。即使是没有专门发布氢能战略的国家，也将氢能利用作为其碳减排实现的支撑性技术之一。2023年上半年，德国又更新了其氢能战略版本，提高了其中期（2030年）发展目标。
政府的支持对启动这个新型市场是重要的。按照目前的计划，到2030年，欧盟要实现40吉瓦以上的电解能力，产出百万吨级的氢能，主要利用北海（North Sea）地区的海上风电资源。其中，荷兰与德国进展较快。2022年，英国在2021年制定的国家氢能战略基础上，发布低碳氢经济商业模式与支持方式，包含一项2.4亿英镑的基金，锚定到2030年实现5吉瓦左右的绿氢生产能力。
在消费侧，一直存在一批深耕氢燃料电池与氢发动机的汽车厂商，主要是日本与韩国厂商，但与当前市场对电动汽车的高关注度相比，显得有些进展缓慢。在氢能运输方面，第一船液氢在2021年12月26日从日本运往澳大利亚，通过液氢边运输边驱动船只是下一步的设想。德国与加拿大签订了绿氢合作协议，推动国际产业链建设，据悉，加拿大通过风电制备的第一批氢最早计划于2025年开始卖到德国。
相较而言，我国目前的试点项目规模更大、成本更低，特别是在河北、山西、内蒙古等能源富集地区的风储氢综合能源项目，单位投资成本只有发达国家显示成本的1/2甚至更低。相关研究显示：基于德国和美国得克萨斯州的当前环境，尽管还不能在工业上实现规模供应，但可再生氢气在小市场（niche market）应用中已经具有成本竞争力（3.2欧元/公斤）。如果最近的市场趋势延续下去，10年内可再生氢气价格可以下降到2.50欧元/公斤。2022年3月，我国光伏制造商——隆基股份提出“一块五一方氢”的绿氢发展理念。如果光伏发电成本下降到0.1元/千瓦时，那么对应的制氢成本可以降到5元/公斤。今年8月30日有关消息显示，我国光伏发电制氢规模化应用在新疆实现零的突破。
为绿氢创造下游市场是可以进一步发力的地方。这方面不仅要有目标，还需要有初期的集体性政策工具，解决增量成本如何消化的超越企业层面的问题。这些安排需要财政的积极介入。德国宣布拟通过财政补贴来弥补绿氢相较于传统氢能增加的成本，即设计“碳差价合约”（CCfD）计划，为能源密集型产业提供资助，支持减少二氧化碳排放并将其转变为气候友好型公司。这类公司有望获得与其生产规模无关的补助金。
制氢端研究开发：竞争还是合作？
当前，各种电解槽/电池的研究开发正处于不断进步的阶段。学术界/研发实验室密集探索着通过改进转化效率、电解海水等方式缓解耗水担忧，并积极探索新的技术路线。
在电解海水方面，大连、武汉等地研究机构的科技工作者最近在《自然》期刊上发文，内容是不断提升电解效率并解决腐蚀问题。与此同时，欧美研究人员2023年6月公布了一项突破性发现，通过卤化物钙钛矿电池使水解制氢效率超过20%。而在应用端的研发示范项目中，天然气电厂掺氢燃烧，奥地利电力部门正在测试30%比例的可行性。
过去，人们往往认为研究开发基础科学（know-how）会带来典型的正外部溢出效应——一旦某个知识点或技术实现突破，就会变得容易理解与掌握，人人都能从中受益。
尽管这个观点在某种程度上依然成立，现实中的畅通交流/合作研发却日益受到泛安全关切的干扰。以中美科技合作协定（STA）为例，自1979年签署以来，STA每隔5年就会续签一次。然而，在2023年8月，美方仅寻求将其策略性延长6个月。鉴于这一现状，我们应区别于国际社会的封闭做法，主动开放合作。
目前的示范项目能成吗？
2023年5月份，信息与情报咨询机构麦肯锡组织的氢能委员会发布了最新的全球氢能项目；9月份，国际能源署（IEA）也发表类似的综述；欧洲氢能项目的跟踪与分析工具（hydrogen project tracker）时刻更新；北美大陆的项目也在不断汇总中。
据统计，这些项目涵盖整个产业链，总数已经超过1000个，处于计划、可行性研究、投资准备、在建以及投运的不同阶段。尽管所有项目都有望在2030年前建成，但是最终能够投产运行的只有小部分。可行性方面需要不断试错，重大战略性技术路线的选择、资金与管理方面的问题与挑战等必然伴随整个项目周期。
以储运环节为例。基于目前存在的基础设施现状，氢能的运输起码有3种选择：与天然气混合运输（存在比例限制）、改造天然气管道、建设新的氢能传输网络。这三者并非互斥，但是不同空间、时间下，理想的选择会有所不同。其中，谁来承担储运基础设施的成本，特别是高昂的前期投资成本，是一个尚待明确的问题；相关的操作性问题，比如商业交易、调度、结算等也需要假以时日才能发展起来。目前，将氢能转化为更接近目前油气产品的能源（高能量密度、可储存、可运输），特别是利用目前的LNG（液化天然气）船与接收站基础设施，是值得深入探索的方向。
是否有足够的电力来使用？
是否有足够的电力用于制氢？氢能的规模一旦上去，就类似于今天的IT与电动汽车行业，会迅速成为耗电大户。同时，巨大的投资成本要有效摊销，连续长时间运行也要考量经济与可靠性。如果没有新增的大量廉价可再生能源，则有可能引发电价上涨，或者传统化石能源的更进一步使用（这是气候变化的坏消息），乃至产生供应紧张甚至中断问题。
这方面，欧盟出台的绿氢法案具有非常缜密的额外性要求，可供我们借鉴。它规定了一套复杂的程序来确保生产燃料的电力是可再生能源，包括发电设施与电解槽在地理上相距不远，在时间上同时开动等。有专业学者根据这个程序，画了一大张纸的判断流程图。在最多的情况下，足足需要13个步骤才能判断是否符合绿氢的标准。
我国中西部有广泛的绿色产业园，可有效缓解这方面的担忧。绿色产业园将电源、耗能工业、产品深加工、生产生活集合在一起，构成一个微网系统。根据相关行业协会最新的项目技术经济分析，陆地风电已经普遍实现低于0.3元/千瓦时的长期度电成本，而在一些光照良好的沙漠地区，光伏满负荷等价发电小时数在1500小时以上，度电成本可以低至0.1元/千瓦时~0.2元/千瓦时。利用好这些廉价的电力资源，是钢铁等终端能源需求部门的一个战略性课题。
碳边境调节机制对氢能应用有何作用？
从现在到2030年，我国大量的钢铁产能将面临退役重建。未来，采用何种技术、在哪里布局、是否开展氢冶金以实现吨钢低碳排放甚至零碳排放，是不可回避的重大战略抉择问题。
在宏观约束上，碳边境调节机制正日益成为实际政策。推行碳边境调节机制的一个最有说服力的理由是：如果不对进口高耗能产品征收额外税，那么本地的高耗能企业就面临不公平的国际竞争，长期来看，它们就有可能永久转移到其他地方，造成本地产业与就业流失。钢铁是第一批需要缴纳碳税调整的产品之一。
从钢铁生产的投入要素，特别是铁矿石与电力来看，市场环境的变化也可能引发新的行业空间配置转移。最近的一篇论文论述，钢铁工业的未来在阳光充足、风力强劲、靠近铁矿石矿床的热带地区国家。这是纯基于技术经济竞争力比较的结果，它必须加上足够的经济安全与国家安全考量才能更加靠近这个世界的现实。保留钢铁等先进制造业，成为各国“重商主义”的共同选择。当然，在明显具有界限国家的内部，钢铁行业布局往往出于经济效率考量。过去，我国的钢铁产能主要布置在交通便利的东部沿海地区，而现在，随着西部丰富廉价可再生能源的增多，产业逐步从东向西转移也是自然趋势。
未来，钢铁产品的出口无疑会受到碳边境调节机制的约束。是否有一种可能，与其让欧盟收碳税，我们还不如自己收了，乃至对钢铁行业定向征收？这种定向方式在欧盟看来是一种“绕过规则”的做法，是不能豁免的。从企业层面，是否可以从改变产品类别的角度规避征税？比如原来的钢铁产品，稍微改造包装，用其他产品报关？这种可能性欧盟也已经考虑到了——专门有个27条款控制这种“规则规避”。美国方面，甚至可能在本国不存在碳定价的情况下，以碳排放为由进一步征收钢铁关税。尽管2022年12月份，世界贸易组织已经裁定这些关税不符合贸易规则，但美国贸易代表一再重申，世界贸易组织不应干预美国国家安全利益。从这一现状及趋势出发，我国钢铁行业或者交税，或者不再贸易出口，或者从长计议开始调整技术路线（比如结合氢能利用），这是一个战略选择的重点问题。
