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纠结于成本的氢基能源更需要关注“外部成本” | 产业观察

时间：2024-04-22 来源：浏览：

纠结于成本的氢基能源更需要关注“外部成本” | 产业观察

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以下文章来源于产业观察者，作者郑贤玲

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作者：郑贤玲

编辑：李铭沨

对于氢基能源的发展，我们总是说“ 前途光明，道路曲折 ”，核心原因是成本太贵。上周黄震院士在香橙会上对电制燃料进行技术经济分析时提及“内部成本”与“外部成本”概念，这让我深受启发。“ 外部成本 ”是一个容易被忽视的经济现象，但具有非常重要的意义。

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经济的“外部性” 与“外部成本”

“外部成本 ” 是指未能在价格中得以反映的，对交易双方之外的第三者所带来的成本。

经济学上有一个词叫“ 外部性 ”，有时也被表述为“溢出效应 ” 、“外部影响 ” 、“ 外差效应 ”、“ 外部效应 ”、“ 外部经济 ”或“外部成本”，指一个人或一群人的行动和决策使另一个人或一群人受损或受益的情况。

经济外部性是经济主体（包括厂商或个人）的经济活动对他人和社会造成的非市场化的影响。即社会成员（包括组织和个人）从事经济活动时其成本与后果不完全由该行为人承担。外部性有正外部性 (positive externality) 也有负外部性 (negative externality)。

正外部性是某个经济行为个体的活动使他人或社会受益，而受益者无需花费成本。比如我在券商研究军工产业时在相关文献上看到一个数据，在成熟国家平均每投入1美元的军工研发，可以带动12美元的社会效应。也就是说，军工产业的投入不仅仅是提升国防能力，也是带动全社会技术进步的牵引力。又如导航系统本来是投入研发费用产出广告收入，但这一技术的应用大大推动了汽车工业的发展。

负外部性是某个经济行为个体的活动使他人或社会受损，而造成负外部性的人却没有为此承担代价。典型的案例就是化石能源的应用带来的二氧化碳排放、地缘政治、甚至是地质破坏，化工企业带来的环境污染。

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可再生能源的“外部效应 ”：对冲石油价格

保尔森基金会研究（2020年）显示，到2019年，全国光伏发电项目累计获得超过1000亿元人民币的发电补贴，拖欠部分的补贴累计2000亿元人民币。由于上网电价补贴的执行期固定为20年，仅仅是已经获得补贴的光伏发电项目，在未来20年还将等待领取的补贴大约在1.6万亿元人民币左右。

2011年国家能源局一份报告预计2011-2020年风电上网电价补贴累计需要2100亿元。

2023年9月，财政部下达国家电网公司可再生能源电价附加补助资金年度预算500亿元，其中，太阳能发电补贴252.2532亿元，风电补贴225.1413亿元，生物质补贴22.6055亿元。

也就是说，正常情况下国家给予光伏风电的阶段性补贴规模在500亿元/年左右，看起来从发电端和应用端的补贴代价都不小。不过，如果将光伏风电放到整个能源体系来看，除了正常的投入产出，还有可再生能源带来的正外部效应。

2004年-2014年期间，国际原油价格从40美元/桶以下到最高超过140美元/桶，中间价格波动超过100美元/桶，而这十年期间，美国、欧洲和日本的石油消费量都是下降的，而国际原油供给则是增长的，石油价格上涨的主要驱动力是中国石油消费的增长。

我们假设没有补贴可再生能源和电动汽车的替代，那么石油价格在120美元/桶左右甚至以上运行都是非常正常的事情；而可再生能源的替代对化石能源具有较大的对冲作用，使得石油价格正常在50-100美元/桶的区间运行，价格中枢在70美元/桶。如果电价和氢气价格下降，石油价格未来也会受影响。

2023年中国进口石油5.64亿吨，以每吨7.3桶计算，进口量为41.17亿桶，如果以可再生能源影响石油价格10美元/桶计算，则中国因为可再生能源发展可降低400亿美元（约合人民币2800亿元）/年左右的石油进口成本；如果影响石油价格20美元/桶，则可降低石油进口成本800亿美元（约合人民币5600亿元）/年，这些差价足以用来补贴可再生能源。

风电和光伏直接影响煤炭和天然气（发电）消耗，降低二氧化碳排放，间接影响石油需求的预期。补贴的成本是阶段性的，培育出来的可再生能收益是持续性的，对冲石油进口成本和提高能源安全保障能力也是持续性的。显然，光伏和风电行业的成本不仅仅是计算内部成本，还要计算对冲下来的外部成本。

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电动汽车的“外部成本”：正负外部性功过相抵

如果从补贴带来的能源安全效应来看，电动汽车与可再生能源具有同样的意义，只是可再生能源影响的是能源供给端，电动汽车影响的是需求端，而且电动汽车是电力替代石油最好的载体，电动汽车销量的预期可以对冲石油需求的预期。

从2009年中国启动“十城千辆”计划，2009年-2022年13年期间，新能源汽车累计补贴超过2000亿元，电动汽车阶段性补贴规模大约补贴200亿元/年。如果我们用这个阶段性补贴来计算整个能源体系的成本显然也是非常值得的。除能源替代以外，电动汽车另一个意义是中国汽车产业的竞争力提升。

不过，我们会观察到一个现象，光伏和风电高速成长对煤炭产业有一定的影响，但总体上行业运行平稳。主要原因有三个：一个是煤炭能源是消耗品，全社会能源消费总量上升，光伏和风电影响的只是煤炭的增量，存量市场的煤炭供应依然是平稳的；第二个原因是风光发电具有间歇性，对电网冲击比较大，需要持续供应的煤炭来作为调节稳定电网的运行，所以，煤炭的需求总量不降反升；三是煤炭能源供应链比较短，且是资源产业，所以，替代能源对产业链生态影响不大。

而电动汽车对汽车产业生态的冲击很大，而且可能产生连锁反应。如果说光伏/风电+电动汽车的发展可以降低石油进口成本、提高能源安全性、提高贸易顺差的话，那么电动汽车本身的外部性更加复杂，既有正外部性，也有负外部性。

正外部性：从经济上看，电动汽车提升了中国品牌的竞争力，中国汽车产业在全球的市场份额提升，甚至带动了车辆运输船舶的发展。据英国《金融时报》：从2023年起，以出口衡量中国汽车，全球规模最大。根据上海咨询公司谋拓(Automobility)的数据，2023年中国汽车产量达到创纪录的3010万辆，高于2017年创下的上个峰值，当年是2890万辆。

近期，中国出口到欧洲的汽车甚至出现了积压现象，“ 随着汽车制造商和分销商疲于应对销售放缓和物流瓶颈，包括卡车司机短缺，进口汽车正堆积在欧洲港口，港口变成了‘停车场 ’ 。 ”

负外部性：（1）对传统汽车产业生态链的破坏性。中国电动汽车行业的增长，据上海咨询公司谋拓(Automobility)数据：“目前电动汽车占到国内乘用车销量的30%以上，掩盖了非电动汽车销量的惊人下滑。去年中国内燃机汽车产量为1770万辆，较2017年的2830万辆减少37%。 ” 《金融时报》供稿人白艾德称，传统汽车市场经过几十年增长后骤然萎缩，大量在中国经营的外资及国有汽车制造商面临着生存威胁。但根据汽车行业分析师、学界及经济学家的看法，这个问题在长期内将给中国带来严重的经济和社会挑战。

图1 上汽集团盈利能力变化

数据来源：万得资讯，上汽集团年度报告。

（2）从投入产出的角度来看，尽管在政策引导下市场让渡于电动汽车，目前电动汽车的渗透率已经达到30%以上，规模已经足够，但大部分电动汽车在政府补贴的情况下依然处于亏损，目前购置税、养路费都是燃油车在承担，如果继续补贴，汽车产业就失去了创利功能。但电动汽车正在挤出内燃机，如果电动汽车遭遇资源和环境瓶颈，中国可能无力回到内燃机。

（3）而电动汽车更大的外部性在于电池材料的集中度带来的地缘政治隐患和电池回收利用过程中大量化学品的排放，尽管主张电动汽车的人对此避而不谈，但积累到一定的程度，电池材料对土地和水资源的污染对人类生存环境的伤害可能超过油气排放的污染，尽管电池回收也有标准，但据相关材料回收企业称，排放达标并不代表环保。

（4）原本电动化是为了减少化石能源的应用，降低排放，而由于可再生能源的不稳定以及电动汽车的增加（当然也有俄乌战争的影响），2023年全球煤电装机容量未降反增，仅在过去两年，中国就批准了218吉瓦的新增煤电容量，截至2023年底其中40%的电厂已开工建设。

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氢基能源的“外部效应 ”：构建新兴能源体系

目前，无论是燃料电池汽车的购置成本、使用成本，还是绿色甲醇、绿氨的成本，与传统燃油汽车或传统化工比较大家的印象都是一个字：贵！如果只是拿氢能与燃油比较、或绿氢与灰氢比较，氢能产业肯定没有经济性。

一位来自国家电网的专家说，面对越来越多的可再生能源对电网的冲击，电化学储能不仅不安全，而且电池储能时间短，储能规模有限，解决不了源端电力波动的问题；刘科院士也说，全球五年的电池产能只够东京三天的电力需求。电化学储能对新兴能源系统可谓杯水车薪。而氢作为化工原料或能源载体对波动的电网来说是最好的储能方式。

因此，黄震院士在分析氢基能源经济性的时候说要将氢的成本放到整个能源体系中考量：

（1）“ 电制燃料（指绿电制氢制取的绿氨、醇、醚等）的成本很大程度取决于绿电的价格 ”，随着绿电成本的变化，制氢的成本也会变化；

（2）“电制燃料的成本，不能仅从内部看，还要从外部看；不能仅从静态看，更要从动态看，更要看全球碳约束，如欧盟碳关税、碳配额及碳奖惩等的影响 ” 。黄院士说要用发展的眼光来看绿氢产业。

（3）“电制燃料的成本，还要考虑绿电的零边际成本特性。在太阳能和风能得到充分利用的未来，人们可以像今天通过互联网近乎免费地生产和消费信息一样，近乎免费地生产和消费新能源。 ” 未来用绿电做燃料，光伏和风电取之不尽用之不竭，是零经济成本的概念，我们没有给太阳或风付费，如同互联网，能源是免费的甚至负电价。

但一个事实是，如果没有储能，绿色电网的安全运行就无法得到保障，而目前主体的调节能源是抽水蓄能和煤电，抽水蓄能对环境条件有要求，无法满足大规模储能的需求；而煤电的应用则会让可再生能源的减碳目标无功而返。

所以，氢能成为大规模、长时、跨区域储能最好的选择。也就是说，对整个清洁能源体系来说，氢不仅仅是燃料电池汽车或正在投放市场的甲醇船舶以及可持续航空燃料的需求，而且是整个能源体系建设的需求，只有解决了可再生能源的消纳和电网的波动，才有可能构建更加经济的清洁能源体系。

更重要的是，中国在光伏和风电领域建立起来的优势，如果没有更好的解决方案，大量的可再生能源产能将变成“铁锈”。因此，我们观察到，大型能源企业如国电投、中石化等成为氢能产业的主导，而可再生能源企业如隆基绿能、阳光电源、金风科技、远景能源、三一重工等对绿氢的发展具有更高的热情，显然， 对可再生能源企业来说，氢能不仅仅是他们的第二增长曲线，而且是他们主业可持续发展的支撑。

纠结于氢能的成本可能会让全社会绿色能源成本更高，所以，我们需要向欧洲学习，用更好的机制推动氢能与可再生能源的融合发展，从而降低全社会绿色能源的成本，如同光伏和风电的发展，相信随着经验的积累和规模经济的产生，未来氢基能源的成本将有机会走向平价，甚至低于传统燃料。

图2 电制燃料生产成本

数据来源：欧盟HELMETH、上海交通大学、太原理工大学、凯普索