國際氫能戰(zhàn)略與專利分析

　　前言

　　氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，正逐步成為全球應(yīng)對氣候變化和能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要抓手。隨著全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃興起，新興能源技術(shù)以前所未有的速度加快迭代，助推氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。據(jù)國際氫能源委員會預(yù)測，到2030年全球氫能領(lǐng)域投資總額將達5000億美元，而2050年全球氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過2.5萬億美元。在此背景下，目前已有超過40多個國家和地區(qū)制定了國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略，積極培育氫能及燃料電池技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如圖1所示。在推動氫能發(fā)展的過程中，各國根據(jù)自身資源稟賦、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、市場訴求等因素，分階段、分領(lǐng)域推進氫能發(fā)展戰(zhàn)略，并在實踐中不斷完善，已經(jīng)形成各具特色的發(fā)展模式。

圖1全球氫能戰(zhàn)略布局概況

　　資料來源：中國氫能聯(lián)盟研究院

　　1 主要國家氫能戰(zhàn)略分析

　　1.1 美國：重視氫能技術(shù)研發(fā) 加快釋放應(yīng)用潛力

　　美國是最早發(fā)展氫能的國家，多年來始終將氫能作為重要能源戰(zhàn)略儲備技術(shù)，持續(xù)支持氫能全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)研發(fā)，并加快示范創(chuàng)建和戰(zhàn)略部署，以期實氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展。2021年7月美國能源部(以下簡稱“DOE”)宣布投資5250萬美元用于綠氫技術(shù)的研發(fā)，這筆資金將惠及多項氫能研發(fā)項目，旨在十年內(nèi)將氫能成本降低80%，達到每千克1美元。11月DOE又發(fā)布《碳中性氫能技術(shù)基礎(chǔ)科學(xué)》研發(fā)指南，明確了高效新型電解水制氫、氫機理等4個優(yōu)先研發(fā)方向。2022年2月，DOE下屬化石能源和碳管理辦公室宣布2800萬美元的聯(lián)邦資金，用于推動綠氫作為一種無碳燃料用于交通、工業(yè)和電力生產(chǎn)。2022年11月，DOE發(fā)布《國家清潔氫能戰(zhàn)略和路線圖(草案)》，制定2022-2035年近、中、長期清潔氫能發(fā)展行動時間表，如表1所示，明確在制氫、儲氫、運氫及終端應(yīng)用的各階段發(fā)展目標(biāo)。此外，美國于2023年6月發(fā)布首個國家能源戰(zhàn)略規(guī)劃路線圖。

資料來源：《國家清潔氫能戰(zhàn)略和路線圖(草案)》

　　1.2 歐盟：探索氫能規(guī)?；?yīng) 構(gòu)建綜合應(yīng)用體系

　　歐盟氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早，也是目前最積極推進氫能發(fā)展的地區(qū)之一。歐盟通過致力于探索氫能規(guī)模化供應(yīng)，構(gòu)建氫能的綜合應(yīng)用體系，以便實現(xiàn)低碳發(fā)展。2020年歐盟推出《歐洲氫能戰(zhàn)略》，計劃到2030年，在歐盟和非歐盟國家各安裝40GW可再生能源制氫裝置，同時制定包含交通運輸、建筑、工業(yè)能源與原料、發(fā)電等氫能終端多領(lǐng)域應(yīng)用路線圖，如圖2所示，逐步構(gòu)建氫能綜合應(yīng)用體系。為繼續(xù)擴大氫能供給，2022年歐盟委員會和歐洲氫能貿(mào)易協(xié)會組成“清潔氫伙伴關(guān)系”，提供3億歐元，支持清潔氫生產(chǎn)、儲存和分配等環(huán)節(jié)，并推動氫能在航空、重型運輸?shù)鹊湫碗y減排行業(yè)中的應(yīng)用;同時歐盟發(fā)起“清潔氫能聯(lián)合行動計劃”，投資10億歐元用于研發(fā)氫能的制取、儲存、交叉領(lǐng)域等，并支持氫能示范項目，加大本土氫能供給;此外，歐盟多數(shù)國家在全球各地尋求氫能供應(yīng)合作伙伴，加快港口氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，確保氫能進口。

圖2歐盟氫能應(yīng)用路線圖

　　資料來源：《歐盟氫能戰(zhàn)略》

　　1.3 日本：多層次布局戰(zhàn)略 構(gòu)建“氫能社會”

　　日本將氫能作為解決能源問題的終極解決方案，并提出建設(shè)“氫能社會”目標(biāo)，其基本架構(gòu)如圖3，具體目標(biāo)見表2。該目標(biāo)要求通過開發(fā)一次能源，獲取氫氣和電力，并開展綜合利用。2014年4月，在“第四次能源基本計劃”中，日本政府明確提出加速建設(shè)和發(fā)展“氫能社會”的戰(zhàn)略方向，并且把氫能、電力和熱力共同構(gòu)成二次能源的三大支柱。

圖3日本“氫能社會”基本架構(gòu)圖

　　為實現(xiàn)氫能社會目標(biāo)，日本布局了全方位多層次的氫能發(fā)展戰(zhàn)略。在國家層面，日本不斷完善氫能源政策體系。自2017年日本首次制定《氫能基本戰(zhàn)略》后，日本政府發(fā)布多項政策支持氫能發(fā)展。2020年日本發(fā)布《2050年碳中和宣言》，指出氫能對碳中和目標(biāo)的凸顯作用;2022年2月頒布的《第六次能源基本計劃》，強調(diào)綠色氫能和氨能在能源系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用;此外2023年6月日本修訂了氫能基本戰(zhàn)略。在城市層面，于2016年東京都政府推出了針對2020年東京奧運會和殘奧會的“氫社會”計劃，旨在通過東京奧運會展示“氫能社會”發(fā)展成果;此外2022年2月，日本福岡市公布了氫能社會計劃，重點關(guān)注燃料電池汽車以及居民生活使用氫能的事項，并修訂氫能社會法規(guī)。在企業(yè)層面，積極開展氫能產(chǎn)業(yè)協(xié)同。日本能源企業(yè)意識到國家能源戰(zhàn)略對企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要性，積極參與相關(guān)領(lǐng)域的科研活動。例如2020年10月由豐田汽車、東芝、ENEOS、Iwatani、川崎重工等9家日本私營企業(yè)組建“日本氫能協(xié)會”，以促進氫能行業(yè)的供應(yīng)鏈和全球伙伴關(guān)系的形成;2023年5月日本川崎、鈴木、本田、雅馬哈四家主機廠設(shè)立發(fā)動機技術(shù)研究組合“HySE”推動氫燃料發(fā)動機普及。

資料來源：公開數(shù)據(jù)，政研咨詢中心整理

　　1.4 韓國：采取激進財政補貼 打造經(jīng)濟發(fā)展新引擎

　　韓國將氫能產(chǎn)業(yè)作為韓國未來發(fā)展的三大戰(zhàn)略投資領(lǐng)域之一。韓國政府韓國政府自2019年起對新建加氫站提供30億韓元的建設(shè)補貼，對已存續(xù)加氫站提供上一年運營費用66%的運營補貼;減免加氫站50%的國有土地租賃費，并為民營加氫站提供長期低息貸款;同時推出氫能城市計劃，為氫燃料電池汽車提供財政補貼1304億韓元。2020年，韓國工業(yè)能源部發(fā)布《2020年新能源和可再生能源技術(shù)開發(fā)利用和行動計劃》，為制氫基地項目提供299億韓元的資金支持。為了加快氫能應(yīng)用，促進氫能燃料電池車發(fā)展，韓國宣布2023年將為16920輛氫能燃料電池車提供補貼，包括16000輛乘用車、700輛公交車、100輛貨車以及120輛清潔車，同時購買氫能燃料電池車的個人/企業(yè)居住地的地方政府將為氫能燃料電池乘用車提供最高2250萬韓元的補貼，考慮到不同地區(qū)的差異，部分乘用車可獲得最高3000萬韓元的補貼。通過大力發(fā)展“氫經(jīng)濟”，韓國政府預(yù)計到2040年，將提供42萬個就業(yè)崗位，創(chuàng)造43萬億韓元經(jīng)濟附加值。

　　2 全球車用氫能專利分析

　　2.1 申請趨勢

　　本報告專利文獻數(shù)據(jù)均來自INCOPAT全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫，本節(jié)車用氫能專利檢索數(shù)據(jù)采集時間段為2003年1月1日至2022年12月31日，涵蓋了整車集成、質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)以及氫內(nèi)燃機相關(guān)的專利技術(shù)，專利申請趨勢如圖4所示?？傆媽＠麛?shù)據(jù)57191條，其中以簡單同族合并方式處理后共計41338件。

圖4全球車用氫能專利申請趨勢圖

　　車用氫能技術(shù)最早在1980年由日本開始著手研究，后隨著全球溫室效應(yīng)的加劇，車用氫能技術(shù)越發(fā)受到重視，更多國家加入了該技術(shù)領(lǐng)域的探索，隨著多年的技術(shù)發(fā)展，2003年至2013年間，研究成果持續(xù)涌現(xiàn)，專利申請趨勢緩慢增長。

　　2014年起，全球主要國家高度重視車用氫能技術(shù)發(fā)展，多國將氫能上升至國家能源戰(zhàn)略高度，不斷加大對車用氫能技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化扶持力度，有效促進了全球車用氫能的技術(shù)進步，專利申請曲線突增猛漲，最高年申請量達四千余件，進入飛速發(fā)展期。

　　2.2 區(qū)域分布

　　在過去20年間，車用氫能專利區(qū)域分布如圖5所示。中國、日本和美國在車用氫能技術(shù)領(lǐng)域擁有較高的專利申請量，是當(dāng)前全球范圍內(nèi)較有技術(shù)競爭力和市場競爭力的地區(qū)國家。

　　中國綜合實力不斷提升，新能源汽車發(fā)展勢頭強勁，越發(fā)受到全球關(guān)注，已成為車用氫能技術(shù)和市場布局重點地區(qū)，因此在中國有著較高的車用氫能技術(shù)專利布局申請量;日本作為車用氫能技術(shù)起源國，在該領(lǐng)域具有先發(fā)優(yōu)勢，已開始進行車用氫能技術(shù)的全球布局;美國作為強有力的發(fā)達國家代表，技術(shù)研發(fā)實力雄厚，一直保持較高的專利申請量。

圖5全球車用氫能專利區(qū)域分布

　　2.3 主要申請人

　　全球車用氫能技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埩颗琶笆纳暾埲巳鐖D6所示。從圖中可以看到，目前車用氫能技術(shù)主要掌握在眾多車企手中，其中較典型的如日本豐田和本田、韓國現(xiàn)代、美國通用和福特以及中國一汽，而北京億華通作為唯一的非車企型企業(yè)列入其中，具有較佳的研發(fā)實力。

　　此外，日本豐田的專利申請量排名第一，遠(yuǎn)超其他申請主體。作為最早研究車用氫能技術(shù)的實力代表，日本豐田公司自1992年開展車用氫能技術(shù)的研究，且在2014年，豐田公司的首款燃料電池乘用車“Mirai”成功上市，此后豐田公司陸續(xù)開展車用氫能技術(shù)的大量研究，增加專利申請量。

圖6全球車用氫能專利主要申請人

　　2.4 技術(shù)流向

　　從全球車用氫能技術(shù)流向來看，美國、日本、德國和韓國為主要技術(shù)輸出國，技術(shù)自主創(chuàng)新性較強，具有較強的研發(fā)實力和市場、技術(shù)控制力;中國、美國、日本和歐洲地區(qū)為主要的技術(shù)輸入目標(biāo)國，尤其是中國，具有較大的市場空間，是市場爭奪的焦點地區(qū)。

圖7全球車用氫能專利技術(shù)流向

　　3 總結(jié)與建議

　　3.1 氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展價值獲全球認(rèn)可

　　雙碳背景下氫能產(chǎn)業(yè)價值日益凸顯。氫能作為低碳發(fā)展必然路徑，發(fā)展前景已得到全球一致認(rèn)同，參考各國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展推廣經(jīng)驗，預(yù)計氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展價值將在三個方面獲得全球認(rèn)可：

　　一是雙碳背景下氫能產(chǎn)業(yè)獲得更多“碳機遇”及“碳認(rèn)可”。雙碳背景下全球多國加速可再生能源發(fā)展，而由于可再生能源的季節(jié)波動性，產(chǎn)生了大規(guī)模長周期調(diào)峰、儲能需求。同時在雙碳背景下，工業(yè)、交通、化工多個領(lǐng)域面臨嚴(yán)重的減碳壓力。歐盟發(fā)布的氫能戰(zhàn)略，旨在以氫能為抓手，促進全產(chǎn)業(yè)鏈的低碳發(fā)展，此戰(zhàn)略一方面明確了氫能的減碳角色，另一方面也為氫能產(chǎn)業(yè)帶來巨大的低碳發(fā)展機遇，預(yù)計未來全球均將加速推動碳市場建設(shè)，并以氫為抓手推動產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展，屆時氫能產(chǎn)業(yè)將從碳政策、碳交易、碳補貼等多個方面獲得實際支持。

　　二是交通領(lǐng)域氫能發(fā)展路線逐漸明確。在汽車產(chǎn)業(yè)全面電動化背景下，歐盟、美國均發(fā)布了明確的發(fā)展路線圖，在交通領(lǐng)域氫能重卡發(fā)展前景已明確，同時在未來去油、去碳的發(fā)展大背景下，氫能由于儲存密度、加注速度等方面無可替代的優(yōu)勢，將成為多個場景下燃油車的完美替代品，隨著碳成本的持續(xù)提升，根據(jù)應(yīng)用場景不同，氫電互補、氫電全功率混動的技術(shù)路線將成為未來汽車產(chǎn)業(yè)主流技術(shù)路線。

　　三是氫能價值日益凸顯，將成為未來國際產(chǎn)業(yè)競爭關(guān)鍵領(lǐng)域。在推動可持續(xù)發(fā)展方面，包括中國在內(nèi)的多個國家均存在化石能源依賴問題，日韓等能源依賴嚴(yán)重國家已極度重視氫能發(fā)展，希望通過氫能產(chǎn)業(yè)的推動擺脫能源依賴?yán)Ь?，預(yù)計隨著氫能的持續(xù)發(fā)展，全球大部分國家均將認(rèn)識到氫能在可持續(xù)發(fā)展方面價值并加大氫能推廣力度。在技術(shù)競爭力方面，氫能可與多個產(chǎn)業(yè)結(jié)合，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的升級及變革，全球氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)計將達數(shù)十萬億元，美、日、韓多國高度重視氫能技術(shù)發(fā)展，氫能技術(shù)將成為國際產(chǎn)業(yè)競爭重點。

　　3.2 車用氫能專利發(fā)展態(tài)勢良好

　　隨著各國對氫能技術(shù)的重視，全球車用氫能技術(shù)迎來飛速發(fā)展，車用氫能專利發(fā)展呈現(xiàn)以下特點：

　　一是車用氫能技術(shù)蓬勃快速發(fā)展，展現(xiàn)良好申請態(tài)勢。目前車用氫能技術(shù)已經(jīng)進飛速發(fā)展階段，各個國家及各個申請人爭相強奪技術(shù)控制點和市場控制點，未來幾年，車用氫能領(lǐng)域的技術(shù)競爭和市場競爭或?qū)⒓ち艺归_。

　　二是日本車用氫能技術(shù)領(lǐng)先，中美緊隨其后。當(dāng)前，從綜合實力來看，日本具有較強的研發(fā)實力，其在全球范圍內(nèi)的專利布局也較為廣泛，車用氫能技術(shù)的發(fā)展水平暫時領(lǐng)先其他國家。中國和美國的車用氫能技術(shù)雖然發(fā)展較晚于日本，但后期的爆發(fā)力較強，申請人均有著較強的研發(fā)實力和較高的專利申請量，未來中日美的車用氫能技術(shù)或?qū)⑿纬扇愣α⒌木置妗?/p>

　　3.3 建議政府堅持戰(zhàn)略引領(lǐng)，完善氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃布局

　　與歐美日韓相比，我國氫能產(chǎn)業(yè)起步較晚，雖然國家發(fā)改委已出臺《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》作為氫能產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)性規(guī)劃文件，但是國家層面對企業(yè)的規(guī)劃統(tǒng)籌仍顯不足，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)發(fā)展不同步，難以形成大范圍的集群協(xié)作效應(yīng)，補貼和引導(dǎo)政策不配套，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)、各地區(qū)之間政策措施不統(tǒng)一。

　　建議政府堅持戰(zhàn)略引領(lǐng)，完善氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃布局。通過政府補貼引導(dǎo)社會資本投資，強化氫能的能源屬性，將氫能列入國家綠色基金及投資管理體系，明確財政、稅收等多方面政策支持標(biāo)準(zhǔn)和支持時限，建立相應(yīng)的資金和擔(dān)保機制，積極引導(dǎo)社會資本投資，促進國有大型能源企業(yè)向以氫能為代表的新能源業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型、支持中小民營企業(yè)進入氫能及燃料電池細(xì)分市場，方135野8509先9287生借助政府補貼措施加快氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

　　4.4 特斯拉汽車公司的創(chuàng)始人埃隆·馬斯克最近宣布，特斯拉計劃在2024年邁入氫能時代，這一消息在網(wǎng)絡(luò)上引發(fā)了廣泛討論。許多人對特斯拉的這一決策表現(xiàn)出濃厚的興趣，并懷抱著滿懷期待的心情。

　　氫能源憑借其高能量密度和零排放等優(yōu)勢，已成為未來能源發(fā)展的重要方向。特斯拉一直是全球電動汽車行業(yè)的領(lǐng)軍者，始終致力于推動清潔能源的研發(fā)和應(yīng)用。對特斯拉而言，投身氫能源領(lǐng)域是一項重大的戰(zhàn)略抉擇。