日本能社会结型的技巧前功 — — 基于 GTAPEPower 模型的技巧 （ 英 ）

ADBI工作文件系列 日本氢能转轨技术展望:GTAP-E-Power模型方法 MichaelC.Huang,YokoIwaki,和 Ming-HuanLiou 编号1403 2023年7月 亚洲开发银行研究所 MichaelC.Huang是Sasakawa和平基金会海洋政策研究所的高级研究员，也是国家政策研究所（GRIPS）SciREX中心的访问研究员。岩木洋子是GRIPS联盟的研究员。LiouMing-Huan是TIER新兴市场研究中心主任。 本文所表达的观点是作者的观点，并不一定反映ADBI、亚行、其董事会或其所代表的政府的观点或政策。ADBI不保证本文中包含的数据的准确性，并且对使用这些数据的任何后果不承担任何责任。使用的术语可能不一定与亚行官方术语一致。 讨论文件在定稿和考虑发表之前，必须进行正式修订和更正。 工作文件系列是以前命名的讨论文件系列的延续；论文的编号继续进行，没有中断或更改。ADBI的工作文件反映了对某个主题的初步想法，并在线发布以供讨论。一些工作文件可能会发展成为其他形式的出版物 。 建议引用： Huang,M.C.,Y.Iwaki,andM.H.Liou.2023.TechnologyForesightforHydrogenSocietyTransitioninJapan:ApproachofGTAP-E-PowerModel.ADBIWorkingPaper1403.Token:AsianDevelopmentBankInstitute.Available:https://doi.org/10.56506/BYKL5188 有关本文的信息，请联系作者。电子邮件：michael-huang@spf.or.jp 亚洲开发银行研究所Kasumigaseki大楼，8楼3-2-5Kasumigaseki，Chiyoda-ku 东京100-6008,日本 Tel:+81-3-3593-5500 传真：+81-3-3593-5571 URL:电子邮件： ©2023亚洲开发银行研究所 Abstract 氢能源具有便携式，可存储和零排放的特点，被认为是下一代最有前途的替代能源之一。随着氢技术应用的发展，日本的试点实验证明了氢社会的可行性。然而，实证研究仍然很少，并且仅限于能源效率分析或成本效益分析，并且缺乏包容性的讨论，这些讨论有助于针对氢路线图的政策实施的循证方法。该研究旨在通过应用GTAP-E-Power模型以及从SciREX政策情报援助系统-经济模拟器（SPIAS-e）获得的2025-2035年的技术预见参数来调查日本氢能社会的定量影响评估。价格，能源部门供应链的碎片整理，以及国内外公司二氧化碳的排放。在过渡现有的煤炭，天然气，原油和其他可再生能源（包括太阳能和风能）的情况下，模拟结果表明CO。2由于能源效率的提高，运输和服务部门的国内企业排放量可分别减少3.3%和2.3%，发电部门的排放量总计相当于2660万吨。相比之下，运输设备和能源密集型行业的出口分别增长了 6.5％和5.6％。此外，对日本氢能协会等效变化的福利分析显示，日本氢能协会增加了756.96亿美元， GDP增长了1.3％。 关键字:氢社会，CO2排放,SPIAS-e,零净社会,GTAP-E-Power JEL分类：C68,R11,O13,O14,Q47 Contents 1.介绍1 1.1氢技术的发展1 1.2日本氢学会路线图2 1.3全球趋势下的氢战略重新表述脱碳2 1.4研究问题与结构3 2.LITERATUREREVIEW4 2.1氢学会研发措施路线图4 2.2氢学会适用部门5 2.3挪威的综合电力系统5 2.4氢社会脱碳的潜力6 3.方法8 3.1技术改进的捕获8 3.2GTAP-E-Power模型8 4.场景9 4.1技术改进9 4.2氢社会政策冲击10 5.模拟结果11 5.1产量和价格的变化11 5.2外部贸易和供应链12 5.3二氧化碳排放14 5.4就业变化15 5.5福利分析与GDP16 6.结论17 6.1政策影响17 6.2研究限制18 6.3未来展望18 参考文献19 1.INTRODUCTION 作为一个碳氢化合物资源严重短缺的高度发达国家，日本认为氢的使用具有多重价值，包括能源安全 ，工业竞争力和碳减排。2017年，日本是第一个通过其基本氢战略（METI2020）的氢框架的国家 。该框架促进了一种侧重于电力、交通、住房、重工业和炼油的最终用途方法。同时，作为燃料电池技术的领导者，特别是燃料电池汽车（FCV），相关领域的制造公司正在寻求将该技术出口到世界其他地区。主要问题是尝试采购氢的不同选择，以调整其工业和能源政策，以适应利用氢能发展的社会。 1.1氢技术的发展 为了实现《基本战略》中的中长期目标，并实现日本提出的“氢社会”，政府一直分配989亿日元的预算（约6.93亿美元），2022财年用于与燃料电池和水电解器技术（METI2021）相关的研发（R&D。为了有效降低风险，并提供激励措施，鼓励私营企业进入这一新兴领域，公私共同投资于研发和试点项目对于创造协同作用至关重要（Arqe-Castells和Splber2022）。核心关注的是交通行业应用氢技术，如“电力到天然气”，这被认为是可再生能源间歇性的解决方案，以刺激国内氢生产的共同利益。 在市场应用中，氢能源生产已经成熟，在下表中以不同的颜色分类的几种方法（表1.1）。由于其可存储能源的特点，向氢社会的过渡可以被称为对现有发电源的额外附属投资。还可以预见，如果需求和研发继续增加，它将降低氢能发电成本（Gle和Reichelstei2022；Hodges等人。2022年）。 灰色氢 反射化石燃料，天然气和水蒸气以产生H2和CO2通过“蒸汽重整”过程；大量的CO2被排放到大气中。 蓝色氢 反射化石燃料，天然气和蒸汽以产生H2和CO2；零排放，包括捕获产生的CO2和地质储存(CCS)。 绿色氢 通过电解H产生2O到H2和O2来自可再生能源产生的源电；零CO2排放。产生了一种烃原料，如甲烷(CH4）在天然气中，作为氢原子的来源；高温反应堆可以使 绿松石氢气 用绿色能源。H的电解2O产生H2和O2使用核能发电；零CO2排放但产生核废料。 黄色氢 气化产生的，其中碳材料被加热成气体。类似于黑色氢气。H2在生产其他产品(如炼钢)时作为副产品生产；产量无法控制。 白色氢气 棕色氢 表1.1：按生成方法划分的氢气类别 来源：作者。 1.2日本氢学会路线图 《基本氢战略》于2017年由经济、贸易和工业部（METI）首次宣布，旨在制定氢路线图，旨在到2030年在国内和国际上建立一体化的氢供应链，包括从上游到下游的生产、运输、储存和消费（METI2017）。增加可再生能源发电能力对政府的净零计划至关重要。但是，由于可再生能源是间歇性的，因此无法平衡电网上的供需。此外，可再生能源发电能力的增加可能会导致更频繁的削减（i 。Procedres.，减少可再生能源发电以平衡能源供需或由于输电线路限制），为未来的可再生能源发电厂运营商提供最佳的能源组合（Hag和Kim2021）。《巴黎协定》和《2021年绿色增长战略》 （METI）旨在实现2050年碳中和的长期战略，以大幅减少二氧化碳排放，这在很大程度上得到了重申。 此外，日本政府已经认识到需要制定新的或现代化的氢和氨法规，实际上，《第六个基本能源计划》 （METI2021）规定了日本在国际规则制定中发挥领导作用的重要性。尽管日本公司在推动氢技术领域的创新方面发挥了先锋作用，但日本的监管和规则制定活动相对有限。然而，氢革命下一阶段的成功取决于建立一个协调良好和一致的监管框架。鉴于日本作为氢技术的早期采用者和纯氢的主要未来进口国的地位，氢社会的发展仍然需要在实施和普及方面付出巨大的努力。 要解释向氢社会的过渡，仅从工程角度分析技术的进步是不够的。有配备氢能源管道的试点氢城市，例如北九州市（2011年燃料电池公告）和东京都Harmi地区（2019年燃料电池工厂）；部门方法的更广泛范围将更有利于说明实现氢社会的希望图景。预计该研究将从技术改进，资本投资，氢相关部门的供应链以及向氢社会过渡的总体经济影响评估的综合方法中，对氢政策的影响有更多的见解 。 1.3全球脱碳趋势下的氢战略重新表述 在乌克兰危机和自2022年以来的全球能源危机中，日本重新表述了其氢战略，通过支持企业在2030年左右在日本发展低碳氢和氨供应，率先为具有脱碳作用的氢社会制定开创性的法规和支持系统。根据“实现氢社会的政策框架（草案）”（METI2023），支持包括高效的供应基础设施，如储罐和管道，以提高国际竞争力和高效的供应链。此外，日本还将通过发展当地供应链和基础设施网络来促进地区氢气的生产和利用。 在发电领域，人们高度期待使用氢气和氨作为一种经济有效的来源，以确保能源稳定，同时减少CO2火力发电的排放，并通过建立到2030年的大规模供应链来促进需求的扩大和成本的降低。还将实施法规和支持，以加快氢在发电中的使用，例如长期脱碳拍卖和2030年44％以上的非化石燃料比率。 在交通领域，已经为乘用车提供了对燃料电池汽车（FCV）和氢气站开发的支持，但需要关注商用车，商用车具有更大的氢需求潜力，FCV的优势更加明显。这包括扩大政策资源，包括税收措施，以支持氢气站的大规模建设。对于铁路，将通过使用燃料电池铁路车辆和低环境影响的铁路运输来促进国内氢供应链的开发和示范。 修订后的《能源保护法》为特定的运输运营商和托运人设定了目标目标，包括氢等非化石能源转化目标。未来的目标包括通过积累长途运输需求和建立氢供应链，到2030年实施约80万辆FCV，相当于 乘用车。对于燃料电池铁路车辆和铁路运输，目标是到2030年实现社会实施，对于氢气站，目标是在 2020年代后期使业务自给自足，同时考虑到监管放松带来的成本降低，到2030年建立大约1000个 站。总体而言，日本正在采取措施建立一个氢基社会，以期到2050年实现碳中和。此外，日本的目标是与地方政府和公司合作，以促进在包括港口和工厂在内的各个领域和行业中使用氢气。该国计划在未来十年内向该行业投资高达2万亿日元（180亿美元）。 1.4研究问题与结构 为了了解日本向氢社会过渡的总体经济评估，该研究将采用定量方法，通过2025-2035年的前瞻性技术，通过对氢相关基础设施的资本投资来研究实施氢社会的影响。研究进行如下：第2节将提供氢社会趋势及其在实证研究中的差距的文献综述；第3节将介绍技术改进参数的校准方法和分析模型的结构；第4节展示了情景和政策冲击的设置；第5节展示了模拟结果及其解释；第6节提供了包括政策含义在内的结论性意见，研究的局限性和未来的展望。 2.文献综述 2.1氢学会路线图的研发措施 气候变化和全球市场的相互依存关系凸显了对新能源解决方案的需求。2020年，日本政府制定了到2050年通过实现温室气体净零排放实现碳中和的目标。这一决心导致了“氢社会”的提议，并在工业部门推广了燃料电池电动汽车，氢基发电和合成气。尽管氢仍然是一种新兴的稀缺能源，但可再生能源选择在减少CO的同时满足全球能源需求的重要性。2排放不应低估。 氢社会可以指日本的“智能社区”概念，该概念利用数字和通信技术来有效管理发电和消费。该政策的成功对于确保日本未来的经济增长，能源安全和环境福祉至关重要。但是，对进口能源载体的依赖对日本的能源系统和能源安全构成了重大挑战。为了适应日本基本氢战略中的“氢社会”，其2050年的碳中和目标，日本的能源政策通过减少对化石燃料发电厂的依赖，同时促进工业和家庭的可再生能源基础设施，大大加强了绿色转型。 在几十年的时间里，日本的能源政策一直支持推进更便宜、更高效、更持久的燃料电池的发展，以及氢生产、储存、运输和燃料供应系统的发展，以促进燃料电池的广泛使用。日本政府和工业界强烈支持这一政策，并形成了一种政治共识，即日本应摆脱核电，并积极追求高效，一体化和