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加拿大重视发展氢能产业
2021-09-27 来源:《中国社会科学报》2021年9月27日第2258期 作者:田慧芳
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  《巴黎协定》指出,在21世纪下半叶实现温室气体净零排放,可以降低气候变化带来的风险,越来越多的国家正在据此制定相关国家战略。2020年11月,加拿大政府也提交了立法草案,拟在2050年前实现净零排放。作为全球高碳能源主要生产国之一,加拿大首先要解决能源行业脱碳问题。氢能作为一种清洁、高效、可持续的能源,为难以脱碳的行业提供了有效脱碳途径。为此,加拿大将发展氢能产业作为战略重点,旨在实现能源结构多元化和到2050年实现“碳中和”。

  国际国内环境促使氢能战略出台

  进入21世纪的第2个10年以来,全球宣布了总额超过1500亿美元的可再生能源制氢项目即“绿氢”项目。据预测,到2050年全球氢工业年营业额将达7000亿美元。俄罗斯财政部估算,2050年全球氢能年消费量将达1.5亿—1.6亿吨。欧洲计划到2024年将其生产可再生氢的能力提高6倍。日本、韩国、澳大利亚等国也纷纷出台面向2050年的氢能战略,寻求扩大氢能的使用范围。

  加拿大的半数温室气体排放与汽油、柴油和航空燃料等的最终使用有关,要实现净零排放目标,就需要用零碳能源载体取代碳基燃料。加拿大政府认为,氢有望在其履行相关承诺和保证到2050年实现“碳中和”方面发挥重要作用。同时,发展氢能产业还可以帮助加拿大保持其在全球能源生产领域的地位,应对能源领域风险和挑战,为加拿大经济带来新的增长动力。对于油砂生产商而言,通过使用氢气减少碳排放,也可以帮助他们保有所占原油市场份额并继续获得投资。

  加拿大是世界上生产零碳或低碳氢成本最低的国家之一。在低碳电力充足的省份,通过电解水生产“绿氢”,价格为每公斤2.5—5.0美元。在天然气成本低、地质条件适合永久封存二氧化碳的省份,通过天然气生产“蓝氢”,即将天然气通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整制成的氢,价格为每公斤1.5—2.0美元。“蓝氢”的批发成本仅为柴油的一半,零售成本为柴油的1/3。因此,在需求规模足够大的情况下,加拿大可以凭借丰富的“蓝氢”和“绿氢”生产资源,从氢气生产中获得规模收益。

  利用自身优势发展氢能产业

  2020年12月加拿大联邦政府发布了国家氢能战略,旨在促进氢能生产以及清洁氢的使用和出口。该战略与加拿大国内各地区的相关计划互为补充,共同规划了加拿大的氢能前景。

  加拿大打算在国内建立区域性氢能中心,利用不同地区的区域优势促进氢能生产和利用,希望到2050年时能够实现3个目标,一是以清洁氢满足加拿大30%的能源需求,二是成为全球清洁氢三大生产国之一,三是成为世界上首选的氢供应国。为了实现上述目标,加拿大制定了“三步走”路线图。短期内(2020—2025年)侧重于奠定基础,包括制定区域和省级氢路线图、确定氢枢纽候选地点、规划和开发新的氢供应和分配基础设施,实施氢应用试点或示范项目。中期(2025—2030年)进入“增长和多样化”阶段:现有的氢枢纽继续扩大,同时启动新的枢纽,增强枢纽间的联系,推动成熟技术的商业推广和利用,追求实现氢的最高价值。长期阶段(2030—2050年)重在扩大氢能技术的使用范围,展现加拿大氢能产业长处,包括显著增加氢动力运输车队数量、使用专用管道以及提高天然气掺氢百分比、推动其他创新等。

  加拿大联邦政府认为,其国内许多地区都可以利用自身特有资源生产氢、部署氢能产业,并为不断增长的出口市场提供能源。在魁北克、安大略、曼尼托巴等拥有可再生能源或核能过剩的省份,可以通过电解水生产氢气。在阿尔伯塔省(又译“艾伯塔省”)、不列颠哥伦比亚省和萨斯喀彻温省,可以通过升级天然气或其他化石燃料同时辅以碳捕集、利用和封存技术制氢。阿尔伯塔省于2020年10月发布《天然气远景与战略》,表示将充分利用工业中心地带及现有基础设施,实施天然气大规模制氢战略,以期到2040年能够出口清洁氢。加拿大联邦政府正试图推动将氢能纳入各级政府清洁能源路线图。

  加拿大发布了“健康的环境和健康的经济”计划,打算投资150亿美元加快气候行动。该计划提出了3个重要议题即增强碳定价、对低碳和节能基础设施投资、对低排放和零排放车辆投资。加拿大联邦政府计划投资1.5亿加元建设和改造加气站、加油站,投资15亿加元建立低碳和零排放燃料基金,投资2.87亿加元支持零排放车辆奖励计划,也考虑对商用低排放和零排放车辆进行100%的税收减免。

  为获得在氢和燃料电池技术领域的竞争优势和全球领导地位,加拿大政府重视支持相关研发活动,积极促进各利益相关方合作。此外,加拿大还希望能够通过战略性地利用现有和新的合作伙伴关系,推动清洁燃料在全球范围内的使用。

  机遇与挑战并存

  从生产要素的角度来看,加拿大可以发展具有竞争力的可持续氢能产业。在用途方面,氢可以成为工业生产中广泛使用的能源和原料。例如,氢气是油砂升级的重要组成部分,可用于使钢铁生产脱碳。在分销和储存方面,加拿大具有较为成熟的天然气管道网络,还在氢气的分配和储存方面进行了许多创新。这些都有利于加拿大发展氢能产业。

  加拿大是低碳氢或零碳氢的低成本提供者之一,其燃料电池和电解槽制造能力也得到了国际认可。加拿大可以将氢的生产成本控制在较低的水平,尤其阿尔伯塔省在生产低碳氢或零碳氢方面处于全球领先地位。阿尔伯塔省拥有低成本天然气和便于捕获二氧化碳的地质条件,有利于生产氢,该省还有大量废弃的、断开的天然气管道以及非连续的喷气燃料管道,有利于氢气的运输和储存。阿尔伯塔省主要是通过将天然气中的蒸汽甲烷重整生产“灰氢”,再将“灰氢”转化为“蓝氢”,通过技术创新和减排计划安排,该省的“蓝氢”价格可以进一步降低,带来更大的竞争优势。

  加拿大氢气还有较大的出口潜力和市场。有关研究报告显示,随着美国能源政策的调整,虽然其对加拿大天然气的需求会减少,但对氢气的需求可能增加,预计未来美国氢燃料潜在市场约为每天31千吨,而整个北美市场有望达到每天121千吨,加拿大可以将现在用于输送出口天然气的管道转为输送氢气。

  尽管加拿大拥有丰富的原料、较为成熟的能源企业和先进的技术,但在发展氢能产业方面仍然需要面对许多挑战。首先,“恶性循环”阻碍了氢气在加拿大的大量使用和氢能产业发展。基础设施不足,限制了对氢能车辆的需求和氢能车辆的生产规模,导致氢能车辆价格居高不下,也增加了小容量加氢站的建设和运营成本,让氢能车辆更加难以普及,形成“恶性循环”。需要加大对氢燃料电池电动重型车辆车队和高容量氢燃料站的补贴,推动实现氢能车辆生产和消费规模化。其次,氢气生产和运输技术还面临一系列瓶颈。氢气会腐蚀金属,这对天然气掺氢构成挑战,如何解决天然气管道中的氢气混合限制问题,如何改造现有天然气管道以建立氢气管网等,目前还是待解难题。为填补监管空白,需要加强合作,增加氢能技术研发和相关基础设施建设投资。最后,加拿大氢能战略才刚刚起步,还未制定能够全面规范氢能开发和使用的法规,在明确具体的、具有针对性的财政激励措施方面也尚显不足,长期政策信号的不确定性会影响投资者的投资热情。此外,加拿大能源分布不均衡,使得许多省供应有限且难以获得低碳氢,不利于氢能的商业推广。

  (作者单位:中国社会科学院世界经济与政治研究所)

责任编辑:常畅