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國際合作邁向能源新世紀

研析報告

由近期國際氫能合作看氫燃料電池車國際供應鏈的形成

近來,國際間氫能發展受到很大的重視,主要國家均紛紛制訂氫能發展路徑圖,將氫能列為未來潔淨能源的主要來源之一。雖然過去氫氣已在產業界廣泛的運用,但若要進一步應用在其他領域,許多技術均未臻成熟,同時也未達商業化階段。不過,與以往不同的是,各國逐漸瞭解氫能的優勢,不論在車用動力或發電上,氫能均有其獨特的利基,因此均認為氫能發展前景無限。

事實上,國際氫能發展是由氫燃料電池車所帶來的風潮,由於氫燃料電池車具有電動車所沒有的優勢,許多致力於發展氫能的國家均以氫燃料電池車相關的產業鏈為首選。製氫產業也因為氫燃料電池車商機而連帶受惠。由於許多應用還在研發階段,制度面也缺乏相關的標準與規範,各國遂藉由國際合作作為發展氫能的重要手段。在過去一個半月中,國際間就出現4起與氫能相關的重要國際合作。本文的目的即是要檢視這些國際合作,並探討各國的政策與合作動機,藉以瞭解以氫燃料電池車為中心的國際供應鏈構成現況,並提出對我國的啟示與因應策略。

 

一、全球氫能產業與燃料電池車發展現況

(一)全球氫氣生產現況

氫氣早已在工業上廣泛運用,也有許多國家生產與出口氫氣。全球目前對「純」氫的需求量約為7000萬噸,主要應用是煉油和氨生產(主要用於化肥)。此外,氫氣亦可作為混和物的一部分,這方面的需求有4500萬噸。氫氣作為混合氣體的一部分的主要應用在甲醇與鋼鐵生產。用於氫燃料電池車的純氫目前每年少於1萬噸。絕大多數的氫氣都是來自化石燃料,其中約60%的是由專門氫氣生產設施生產的,大部分是從天然氣中產生,有些是由煤炭製造,而一小部分是由水電解產生。另外以副產品方式產生的氫則占全球的1/3。[1]
由於各國氫氣產量的數據資料無法獲得,我們由氫氣出口數量窺知一二。2018年,全球出口氫氣最多的國家為加拿大,其次為荷蘭、比利時、墨西哥、法國等。其中,加拿大與荷蘭更為大宗。事實上兩國境內均有天然氣的生產,具有製氫的優勢,其他國家例如比利時與法國則需進口天然氣來生產氫氣。

圖1 主要氫氣出口國家(2018年)

資料來源:聯合國Comtrade資料庫

(二)全球氫燃料電池車發展現況

氫能有多種應用,包括工業用氫、運輸用氫以及發電用氫等,但目前國際間主要焦點放在運輸用氫,也就是燃料電池車上。雖然氫燃料電池車的發展程度不及電動車,但其有電動車所沒有的消費者喜好的優勢,例如加氫時間短與里程數長等,因而有人認為電動車僅是氫燃料電池車的過渡[2]。不論如何,氫燃料電池車由以往不受重視,至今被認為潛力無窮,許多國家已積極從事研發與商業化的工作。

1.氫燃料電池車與電動車之比較

氫燃料電池車與電動車在行駛時均不會產生二氧化碳。但兩者目前仍有相當的差異。首先,電動車充電時間較長,一般至少需半小時,氫燃料電池車加氫過程只要3-5分鐘。其次,每充一次能行駛公里數氫燃料電池車高於電動車,[3]這使得氫燃料電池車較電動車適於長程的與大型的車輛。最後,氫燃料電池車價格遠較電動車昂貴,設置加氫站的成本也遠高於充電樁。每一英里燃料價格,燃料電池車是電動車的5.4倍。[4]因此目前氫燃料電池車的主要問題之一即是價格過高。

2.氫燃料電池車發展現況[5]

ㄧ般小客車目前是氫燃料電池車的主力。2018年,全球大約賣出4,000輛氫燃料電池車,較前年成長56%,使得歷年銷售車輛總數達11,200輛。此一數量仍無法與電動車歷年銷售總數的5.1百萬輛相比。在燃料電池車銷售上,美國銷售數量占首位(約占50%),其次為日本(約占25%)、歐盟(約占11%)、韓國(約占8%)。幾乎所有的氫燃料電池車由豐田、本田、現代生產。

在巴士方面,全球部署最多的國家為中國,2018年年底共有400多台,主要是示範項目。2017年歐洲也有50輛氫燃料電池巴士在運營,在美國加州則有25輛,美國其他州約有30輛。其他示範項目已經在韓國和日本推出了燃料電池巴士。氫燃料電池巴士的數量正在迅速擴大,預計到2020年底將有數千輛投入運營。在實際運作中,安裝燃料電池對長程運輸較為划算。長途客車可能會成為燃料電池動力具有潛力和競爭力的應用。同樣的,燃料電池運用在卡車亦被視為具有前景。目前在燃料電池卡車部署上,仍是以中國占最多。除此之外,FedEx和UPS在美國亦試用加裝燃料電池增程器,法國的法國郵政和其他物流公司也已在其車隊的300輛電池電動汽車上安裝了小型燃料電池。

加氫站基礎設施的設置雖然相對來說還很有限,但是在過去幾年中快速成長。道路運輸車輛的加氫站(包括公共加氫站和私人加氫站)在2018年全球達到381個。日本(100個)、德國(69個)和美國(63個)是公共加氫站數量最多的三個國家。然而,與電動車相比,這些數字仍然很小。

氫燃料電池車的運輸競爭力取決於燃料電池成本以及加油站的建設和利用。對於小客車而言,首要任務是降低燃料電池和車載氫氣存儲的成本,如此將可使它們在400-500公里的里程上與電動車競爭,並對那些將里程數列為優先考慮的消費者具有潛在吸引力。在卡車方面,首要任務則是降低氫的價格。[6]此外,如何有效利用加氫站也是氫燃料電池車成功的關鍵。

 

二、近期各國在氫能的雙邊合作

國際間發展氫燃料電池車的熱潮也帶動主要國家在氫能的合作。僅僅在過去1個半月期間即出現4起在氫能上的重大的雙邊合作。

(ㄧ)德國與中國[7]

10月15日,中國科技部部長與德國聯邦交通和數位基礎設施部部長在德國柏林舉行雙邊會談,並就電動汽車領域的繼續合作簽署《關於在創新驅動技術和相關基礎設施領域繼續開展合作的聯合意向聲明》。此次簽署的合作包含在電動車與氫燃料電池車領域。主要工作包括:

1.共同探討電動汽車直接使用再生能源及氫能的可行性。

2.研發在公共客運交通、貨運和商業運輸、城市物流和特種運輸等領域的驅動電氣化。在現有的「中德電動汽車創新支撐中心」(SGEC)合作架構下,深化和拓展合作夥伴關係和合作項目,包括燃料電池和氫技術、車用動力電池、電動汽車和燃料電池汽車基礎設施、商業模式、規範和標準研究等領域。

3.支持燃料電池汽車進入市場的戰略,特別是降低動力系統成本的創新途徑。

4.推動在擁有氫能和燃料電池應用的城市區域間開展交流,加強兩國政府在相關基礎設施資助和建設方面的經驗分享。

5.探討氫能供應及國際規範、法則和標準等問題。

(二)德國與荷蘭

10月2日,德國與荷蘭簽訂能源轉型意向聯合聲明,在聲明中表明雙方將進行氫能有關的合作。主要內容如下:

1.德荷兩國體認氫在能源系統中是重要能量載體,在不同產業部門間的系統整合與工業生產的基礎材料上,氫均具有的重要的潛在作用。

2.兩國計畫共同進行關於未來氫應用、氫生產(特別是基於再生能源的生產)與大規模的儲存與運輸基礎建設進行可行性研究。

3.兩國將研究建立共同的氫管理架構的可能性(例如,共同的原產地保證方法、氫混合標準以及TSO和配電系統運營商(DSO)的作用和責任),以期開發氫能的適用於整個歐洲的管理架構。

(三)德國與澳洲

9月18日,澳洲和德國能源轉型部門的主要參與者在澳洲墨爾本舉行會議,除了討論能源轉型的措施外,還探討兩國在氫能上的合作。會中,德國和澳洲研究人員共同提出將澳洲的能源系統轉化為再生能源,並進行綠色氫出口。澳洲具有豐富的風能和太陽能,德國是能源轉型技術的領先者,利用澳洲-德國能源轉型平台(Australian-German Transition Hub)可作為雙方合作的起點。他們設計了4個不同的模型,研究並評估再生能源與氫氣出口的範圍與發展速度。一種情境是依賴太陽能與風能達到100%再生能源發電,在此情境下,將不出口氫氣。在「200%的再生能源方案」中,多餘的電能主要由太陽能發電產生,然後通過電解轉化為氫氣,並向市場輸出。澳洲將與德國合作達到強化氫氣生產與出口的目的。

在產業界,10月12日,總部位於德國的跨國集團公司西門子公司與澳洲再生氫能源公司(HRA)發布合作的聯合聲明,雙方將進行一個新項目生產綠色氫能源,該項目生產的再生氫可出口到亞洲。西門子公司將支援電解技術。澳洲廠商將使用西門子的電解技術將風能和太陽能所產生的電力轉化為氫氣。為了能夠將生產的氫氣出口到日本和韓國,HRA將使用6年時間來擴大生產規模。如果到2028年達到滿負荷運轉,它可以滿足全亞洲10%的氫需求。

(四)韓國與澳洲

9月23日,韓國貿易工業與能源部與澳洲簽訂一項氫能合作的意向書。根據協議條款,韓國和澳洲將合作探索氫工業的發展機會並支持商業化。兩國制訂至2030年的具體行動計畫,包括驗證氫技術、創建認證標準以及設置供應網絡的優先工作。韓國先前已與挪威、沙烏地阿拉伯和以色列建立氫能的夥伴關係。9月30日,韓澳雙方復在坎培拉舉行雙邊科學技術聯合委員會會議,同意進行從液化天然氣和液化石油氣中提取氫氣的研究,從而可以將該資源有效地用於加氫站。

 

三、各國氫能政策與合作動機分析

上面四項合作反映出氫燃料電池車的國際供應鏈正逐漸成形。其中兩個關鍵國家為德國與澳洲。德國的目標是要發展並推廣氫燃料電池車。氫燃料電池車要廣泛應用,氫氣的供應成為關鍵,故德國的國際合作目的除了拓展市場外,還強調建立完善的國際氫氣供應鏈。澳洲的目的較為單純,澳洲具有豐富的天然氣、煤礦與再生能源,均可用來製氫,故其主要目的是要針對未來氫氣主要市場進行合作,特別是致力於發展氫燃料電池車的國家,例如日本、韓國與德國。以下即針對德國、中國、澳洲、韓國與荷蘭五國的氫能政策與合作動機做一分析。

(一)德國

在明確的棄核棄煤戰略下,清潔且前景廣闊的氫能得到德國政府青睞,扮演能源轉型的重要角色。德國的氫能政策是全方位的,除了燃料電池外,今年年底將推出的氫戰略亦將包括產製綠色氫。但整體而言,德國氫能政策主要是著重在燃料電池的發展與應用。自2006年起,德國即推出國家氫與燃料電池技術創新計畫,支援對氫與燃料電池的研發。2018年,德國再次以10億歐元的資金支援國家氫能和燃料電池技術創新計畫,為期10年,其中包括對大眾可使用的加氫站、燃料電池汽車和微型熱電聯產的補貼,另外還有20億歐元的私人資金投資。德國並通過「氫移動」計畫,支持氫動力火車的首次商業運營,以及增設該國加氫站。在製氫方面,德國目前是歐盟製氫量最大的國家,具有相當的潛力。然而,由於德國致力於氫應用,所生產的氫將多用於國內而非出口。

德國與中國的合作主要是要推廣燃料電池車的應用與拓展中國市場。與澳洲的合作主要在協助澳洲發展製氫產業,並帶領德國製氫設備商拓展澳洲市場,同時,也將澳洲視為將來氫供應的主要來源之ㄧ。至於荷蘭,由於荷蘭是歐盟主要的產氫國家,德國與荷蘭的合作主要在製氫、儲存與運輸上進行技術研發,並建立歐盟區域內氫能發展的標準與法規。

(二)澳洲

澳洲有豐沛的製氫所必備的物質—褐煤、天然氣與再生能源,擁有相當良好發展製氫工業的條件。2018年8月,由澳洲聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)發布《國家氫能發展路線圖:邁向經濟永續發展的氫能產業》報告,為澳洲氫能產業的發展提供基本藍圖。

在氫製造的部署方面,澳洲將在維多利亞州富產褐煤的拉特羅布山谷試驗煤炭氣化製氫項目。目前,日本川崎重工已與澳洲政府合作在澳維多利亞州打造全球首個褐煤製氫商業試點項目。另一個重點項目是太陽能和風能電解製氫。澳洲再生能源署(ARENA)將建造一個示範規模的500kW電解槽。在氫出口方面,CSIRO預計,到2030年,中國、日本、韓國和新加坡對進口氫氣的需求將達到99億澳元,是澳洲擴大氫氣出口的重要市場。

在2018年12月召開的澳洲政府委員會(COAG)上,能源、礦產、資源和環境部長們一致認為氫能對澳洲的未來經濟、社會和環境永續發展至關重要,同意制訂國家氫能戰略,並力爭到2030年成為全球氫能產業主要參與者。會上還成立COAG能源委員會氫工作組,重點圍繞氫出口、氫運輸、天然氣製氫、氫氣支持電力系統等開展研究和部署,優先事項是完成2020~2030年澳洲國家氫戰略設計,並將於2019年底前進行審議,正式拉開澳洲氫能戰略的序幕。[8]

澳洲的氫戰略是以生產與出口氫為主,目標瞄準大力發展氫燃料電池車的亞洲國家,例如日本、韓國與中國等,提供這些國家需要的氫燃料。目前,日本已與澳洲合作,在澳洲開採褐煤,並在當地製成液態氫運回日本。同樣的,澳洲與韓國合作的主要目的也是為製氫產業找尋國外市場。

(三)中國

與德國一樣,中國發展氫能也是全方位的,但同樣也是以燃料電池的發展與應用為主要重點。「氫能發展」與「燃料電池技術創新」皆列入《十三五國家戰略性新興產業發展規劃》、《十三五國家科技創新規劃》和《國家創新驅動發展戰略綱要》等重要施政方針中,提升至國家戰略高度。尤其是在2019年,中國第一次將氫能相關內容納入《政府工作報告》,表明國家將更加重視氫能發展。同時,地方政府亦積極探索實踐並制訂各項扶持政策,建設氫能小鎮或產業園區,形成以「北上廣」為中心的京津冀、長三角、珠三角三大氫能產業先發區域。[9]

中央政府尚複製先前電動車的「十城千輛計畫」於氫燃料電池車領域,選擇北京、上海和成都為示範城市,並計畫將武漢打造成為中國第一個氫能城市,到2025年將擁有多達100個燃料電池汽車製造商和相關企業及300個加氫站。中國政府並宣布到2020年將氫燃料電池車達到5000輛的目標,到2030年將有100萬輛,外加1000個加氫站。在財政獎勵上,包括豁免氫燃料電池車的車船使用稅,並對消費者進行購買上的補貼,與電動車補助一致。但根據最新發展,此一補貼將與電動車一併於2020年到期,但仍准許地方政府的補貼。

根據中國發展氫燃料電池車的企圖心,其與德國合作的主要目的應是要取得燃料電池車的相關先進技術。德國是燃料電池技術的領先國家,兩國合作將有助於中國突破燃料電池的發展瓶頸,以達到降低成本與提升效率的目的。

(四)韓國

韓國於今年1月發布氫經濟路線圖,內容雖涵蓋氫能生產、運輸、儲存、使用等全部領域,但主要重點再發展燃料電池車。在路線圖中,韓國政府訂定燃料電池汽車、公共汽車、加氫站與燃料電池發電的目標。在汽車方面,韓國目前有燃料電池汽車約2,000輛,到2025年將建立年產量達10萬輛氫燃料電池汽車的生產體系;到2040年,將分階段生產620萬輛氫燃料電池汽車。在公共汽車上,目標至2040年有4萬輛氫燃料電池公共汽車投入使用。此外,透過對汽車加氫站提供補貼、放寬管制等措施積極吸引民間資本參與,至2040年,加氫站將從現有的14個增至1,200個。燃料電池方面,到2040年,韓國政府爭取將燃料電池年發電量擴大至15GW。為此,政府將積極利用石化工程中產生的氫氣,並積極擴建相關基礎設施。根據韓國政府的估算,如果該路線圖順利落實,到2040年可創造出43兆韓元的年附加值和42萬個工作崗位,氫能經濟有望成為創新增長的重要動力。[10]未來,韓國政府將更進一步制訂「氫經濟技術路線圖」。

表1  韓國氫能經濟路線圖中的目標

 

現有

目標

燃料電池汽車

目前僅有氫燃料電池汽車2000輛

2019年底,4000輛以上氫燃料電池汽車

2025年,建立年產量達10萬輛氫燃料電池汽車的生產體系;

2040年,將分階段生產620萬輛氫燃料電池汽車

燃料電池公共汽車

--

2022年有2000輛氫燃料電池公共汽車

2040年有4萬輛氫燃料電池公共汽車投入使用。

加氫站

14個

到2040年,加氫站增至1200個

燃料電池發電

--

15GW

資料來源: 韓國發布氫能經濟路線圖https://kknews.cc/zh-tw/world/z8zbey3.html

由上可知,發展燃料電池車是韓國氫能發展的重點。根據韓國貿易部長的說法,此次韓國與澳洲合作主要的目有二:一是出口更多的氫能車至澳洲,二為促進韓國在氫氣儲存與運輸技術的發展。澳洲氫能發展的重點在製氫、儲存與運輸,韓國則是燃料電池車,兩者具有互補的作用。然而,韓國並未放棄發展製氫產業,但這方面韓國較不具競爭力,預料未來仍將仰賴進口。

(五)荷蘭

荷蘭是歐洲第二大氫生產國,僅次於德國,在出口方面,荷蘭亦為全球第二大氫氣出口國。2018年,荷蘭發布氫路線圖,並在《荷蘭氣候協定》中包括了有關氫的一章。發起由比利時、荷蘭、盧森堡、法國、德國和奧地利的五方能源論壇的首次會議,以支持西北歐的氫合作。目前荷蘭計畫以氫氣取代天然氣,並運用現有天然氣管線作為輸送管道。由於荷蘭具有豐富的製氫經驗與技術,在阿姆斯特丹已形成大型的綠色製氫產業群聚。在技術上,荷蘭氫能精鍊技術非常先進,具有全球競爭力。荷蘭並制訂一項發展製氫產業的規劃,中長期以發展電解水製氫為主要目標。由此可知,荷蘭氫能發展目標著重在製氫,因此與德國的合作也是以發展製氫相關的技術與規範為主。

 

四、對我國的啟示與建議

由上述分析可知,目前國際間已開始大力推動燃料電池車的發展,惟距離大規模商業化還有一段距離。在上述五國中,以發展燃料電池車為主要目標的有德國、中國與韓國,而以供應氫氣為主的國家有澳洲與荷蘭。推廣燃料電池車的關鍵之一即是建立完善的氫供應鏈,並以可接受的價格充分提供車輛所需之氫氣。因而,尋求在製氫、儲存與運輸上的技術層級提升與成本降低也是當務之急。在國際氫能蓬勃發展之際,我國也應加緊腳步規劃我國氫能發展策略。

(一)制訂我國氫經濟發展路線圖,選定優先發展項目與策略

目前制訂氫能發展路線圖已蔚為國際風潮,除了上述國家均制訂有發展路線圖外,歐盟與日本更是在今年三月公布涵蓋完整的路線圖規劃。我國可盤點發展氫能的優劣勢,規劃在氫能供應鏈以及燃料電池車供應鏈中可扮演的角色(例如是否先以發展氫燃料電池機車為起步),並將氫能融入我國的能源轉型的策略中,制訂一套完整的發展路線圖。根據此一路線圖,積極追趕國際腳步,在國際供應鏈上搶得一席之地,方能避免被排除在主流趨勢之外,並獲取下一波的商機。

(二)就路線圖規劃之領域與目標,參考現存國際間氫能合作內容與方案,選擇適當項目尋求國際助力

由目前國際間氫能合作蓬勃發展可知國際合作對氫能發展很重要。在上述發展路線圖規劃出我國目標與領域後,可進一步研析哪些項目可藉助國際合作達到事半功倍的效果。潛在的合作項目包括燃料電池、加氫站基礎設施、氫氣儲存以及再生能源製氫等項目。選定項目後,可參考目前各國氫能發展現況及實際合作方式,找尋適合我國的合作國家進行合作。本文所列出的幾個國家,可列為考慮的候選國。

 

資料來源

  1. 「氫能替代天然氣荷蘭如何勇敢轉身」, http://www.cnenergynews.cn/csny/csgc/201905/t20190522_755331.html
  2. 「澳大利亞氫佈局」,http://www.xinhuanet.com//globe/2019-07/15/c_138209074.htm
  3. 「安倍:2030年氫能化日澳合作褐煤變氫氣」,https://news.tvbs.com.tw/focus/1207578
  4. 「中國氫能產業發展面臨四個瓶頸」https://www.china5e.com/news/news-1060376-1.html
  5. 「財政部:建議氫燃料電池車補貼按時退出」,http://www.cbea.com/yldc/201910/899070.html
  6. 「韓國發布氫能經濟路線圖」https://kknews.cc/zh-tw/world/z8zbey3.html
  7. 「韓國人為何選擇了氫?」https://kknews.cc/car/695byvq.html
  8. “S. Korea, Australia Team up for Hydrogen Fuel Development”, https://pulsenews.co.kr/view.php?year=2019&no=756734
  9. “S. Korea, Australia to expand joint research on hydrogen, rare earth”    https://en.yna.co.kr/view/AEN20190930004700320
  10. “Australia’s energy transition heats up with Germany collaboration” https://about.unimelb.edu.au/newsroom/news/2019/september/australias-energy-transition-heats-up-with-germany-collaboration
  11. 「德國和澳大利亞就綠色氫展開合作研究」  https://www.china5e.com/news/news-1070788-1.html
  12. 「西門子攜手澳大利亞可再生氫能源公司生產綠色氫」 http://www.escn.com.cn/news/show-774099.html
  13. 「為促進純電動和氫燃料汽車發展,中德又牽手了!」 https://kknews.cc/car/63p4eol.html
  14. “Joint Declaration of Intent between the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy of the Federal Republic of Germany and the Ministry of Economic Affairs and Climate Policy of the Kingdom of the Netherlands on the Energy Transition”,  https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/J-L/joint-declaration-on-energy-transition.pdf?__blob=publicationFile&v=4
  15. IEA, “The Future of Hydrogen”, https://www.iea.org/hydrogen2019/
  16. “How Does Fuel Cell Tech Compare to Traditional Battery Power?” https://insideevs.com/reviews/370654/tesla-model-3-vs-toyota-mirai/
  17. 「電動車只是氫燃料電池車過渡產品?台業者:早有關注惟缺政府帶頭」,https://www.digitimes.com.tw/tech/dt/n/shwnws.asp?cnlid=1&id=0000569717_L9Y6ND7C2YB3XT6788XZP

 


 

[1] IEA, “The Future of Hydrogen”, https://www.iea.org/hydrogen2019/

[2] 「電動車只是氫燃料電池車過渡產品? 台業者:早有關注惟缺政府帶頭」,https://www.digitimes.com.tw/tech/dt/n/shwnws.asp?cnlid=1&id=0000569717_L9Y6ND7C2YB3XT6788XZP

[3] “How Does Fuel Cell Tech Compare to Traditional Battery Power?” https://insideevs.com/reviews/370654/tesla-model-3-vs-toyota-mirai/

[4] “How Does Fuel Cell Tech Compare to Traditional Battery Power?” https://insideevs.com/reviews/370654/tesla-model-3-vs-toyota-mirai/

[5] IEA, “The Future of Hydrogen”, https://www.iea.org/hydrogen2019/

[6] IEA, “The Future of Hydrogen”, https://www.iea.org/hydrogen2019/

[7] 「為促進純電動和氫燃料汽車發展,中德又牽手了!」,https://kknews.cc/car/63p4eol.html

[8] 「澳大利亞氫佈局」,http://www.xinhuanet.com//globe/2019-07/15/c_138209074.htm

[9] 「中國氫能產業發展面臨四個瓶頸」,https://www.china5e.com/news/news-1060376-1.html

[10] 「韓國發布氫能經濟路線圖」,https://kknews.cc/zh-tw/world/z8zbey3.html

 

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