eo记者 刘文慧

    1973年深秋，日本的超市门口，家庭主妇们排着长队，抢购卫生纸。恐慌的背后是第一次石油危机的爆发。当时经济蒸蒸日上的日本，深切感受到能源对外依存度过高的风险。

    缺乏石油、天然气等化石资源禀赋，日本对核电寄予厚望。但在2011年3月11日福岛第一核电站事故后，核电发展停滞，日本能源自给率从2010年的20.3%一度跌至2014年的6.4%，至今仍低于12%。

    后福岛时代，日本不得不加重对气电和煤电的依赖。事故后，日本天然气市场和电力市场进一步改革，2018年天然气发电量比例已达38%。只是，对化石能源的依赖给日本实现碳减排目标带来挑战。可再生能源正成为日本的重要选择，但其随季节和天气波动的特性对调峰电源和储能提出要求，同时造成电价高企。

    距离福岛第一核电站事故已过去10年，此前日本在第五次基本能源计划中，提出面向2030年的“能源混合”目标，在常规能源之外，“氢社会”的概念被提出。而在受损核电站拆除的漫长过程中，日本政府提出“福岛新能源社会理念”，福岛地区的标签正悄然改变。

    气电火速“救场”

    1973年到2010年，日本一次能源占比中，核能从0.6%上升到11.2%，发电量超过25%。然而，2011年，福岛第一核电站事故发生后，核电一度全部关停。

    部分替代核电的，正是天然气发电。液化天然气在日本的一次能源占比中由2010年的18.2%上升为2018年的22.9%，气电发电占比上升为38.3%。

    气电得以快速顶替核电的缺位并非偶然——天然气在日本的应用历史和规模与核电相当。

    20世纪60年代，受到石油价格冲击，日本开始关闭煤矿，用石油取代煤炭。1973年，石油在日本一次能源中占比超过75%。日本九成的原油进口依赖中东，在1973年和1978年遭遇两次石油危机后，日本政府启动了石油储备目标，并重视天然气的进口。在日本政府看来，天然气资源分布在世界各地，而石油资源集中在中东，天然气能源安全性优于石油。

    很快，在日本一次能源占比中，天然气从1973年的1.6%增长到2010年的18.32%。与之相对的，石油占比从75.5%降至40.3%。日本亦成为全球最大的LNG进口国。

    扩张的背后，是日本的天然气价格机制改革和气电技术研发。

    1969年，日本建成首个LNG接收站，1970年，横滨电厂开始利用气电发电，此后，LNG接收站和天然气电厂进入大规模建设期。截至2019年底，日本拥有32座LNG接收站，已投运LNG接收站的年接收能力达2.11亿吨，位居全球首位。

    1995年开始，日本先后对《燃气公用事业法》进行修正，将直供用户的范围一步步扩大。2007年，日本继续扩大取消管制用户范围，允许耗气量超过10万立方米的用户直接跟燃气供应企业协商，市场上非管制用户占65%。2017年4月1日，日本开始全面开放城市燃气零售。借助城市燃气管道的开放，除了原有的城市燃气公司，家庭消费者还可以选择其他燃气销售商。

    中游改革之外，日本下游电力市场也从21世纪开始进入改革阶段。2000年3月，大型工厂、百货商店等用电大客户可以自由选择电力公司进行购电。此后，2004年和2005年，电力零售自由化的目标扩展到更低一级电压等级的中小型工厂。2016年4月1日起，家庭和普通商店也可以直接选择相应的售电公司。

    改革中，日本燃气企业与电力企业合作逐步加强，形成联合投资、发电参与储气调峰等模式。

    对日本来说，光靠改革降低气电价格远远不够。由于本土缺乏天然气，且无法修建跨境管道，日本完全依赖进口LNG，这导致日本天然气进口定价机制与欧美存在差异，后者拥有完善的价格条款和天然气批发中心，而日本缺乏规避价格风险的能力，LNG进口价格高于欧美天然气定价中心价格。

    2011年福岛第一核电站事故的发生加剧了这一情况。气电代替核电，也意味着LNG进口激增。事故后，日本LNG上涨到16美元/每百万英热单位以上。

    美国页岩气革命的成功让困于卖方市场、陷于贸易逆差的日本看到希望。经过十多年发展，美国页岩气干气产量在2012年达到850万亿立方英尺，超越俄罗斯成为全球最大的天然气生产国。日本开始寻求低价进口美国LNG，以打破高价燃料的局面。2017年1月，日本从美国进口的首船LNG抵达上越火力发电站。

    在燃料价格维持高位的时间里，日本同步尝试通过提高燃料利用率来降低发电成本。传统燃气轮机的热效率约为40%，而GTCC（燃汽轮机联合循环）机组热效率可达60%。如果日本所有燃气机组替换为GTCC机组，其所节省下的燃料费用与进口低价美国页岩气相当。

    GE、日本三菱等企业纷纷瞄准日本市场进行更高发电效率GTCC技术的研发。2021年3月三菱发电公司相关声明显示，其J系列燃气轮机发电效率已超过64%。受益于本土机械制造和能源企业在技术上的研发，日本气电设备的价格和维修费用也得到保障，进一步推动天然气发电快速发展。

    电价、碳排放、自给率三大挑战

    享受气电发展的同时，日本也不得不直面其挑战：碳排放过高、能源自给率过低。

    福岛第一核电站事故发生前，日本的能源自给率达到20.3%（2010年），事故后迅速跌至6.7%（2012年）。即便在重启部分核电站和发展可再生能源的情况下，2018年日本能源自给率只能勉强达到11.8%，远不及事故前水平。

    目前，气电在日本发电总量占比中已近四成，而其LNG海外依存度达97.7%。值得一提的是，除了气电，日本煤电也在近十年间得到发展，发电占比从2010年的27.8%上升为2018年的31.6%。与天然气类似，日本煤炭海外依存度达到99.5%。

    国际能源署报告指出，由于化石燃料填补了福岛核事故后所有核电厂暂时关闭所造成的缺口，日本温室气体排放量在2013年达到历史最高点。尽管经过努力，2018年其温室气体排放量回到2009年的水平，化石能源在一次能源总供应量仍达88%，日本能源供应的碳强度仍然是IEA成员国中碳排放强度最高的国家之一。

    事实上，事故后，日本政府也立即着手引入可再生能源，于2012年建立可再生能源补贴上网电价系统（FIT system），要求电力公司以固定价格购买可再生能源所发电量。2012年至2019年，日本非水可再生能源装机以年增长率18%的速度扩张，发电量占比从事故前的2.2%上升到2018年的9.2%。

    只是，可再生能源的发展也给消费者带来新的电费负担。自东日本大地震以来，日本电费呈上涨趋势，尽管2014至2016年曾因原油价格下跌、天然气价格下降而带来电费下调，但之后电价再度上升。据日本经济产业省统计，相比2010年，2019年日本家庭电费单价支出增长了约22%，工业电费增加约25%。为此，日本政府不得不从2017年开始，下调可再生能源的补贴价格，更考虑在2021年终止补贴。

    对外依存度过高的天然气供应、需要价格补贴且出力不稳定的可再生能源，组成日本一半的电力供应，带着天生的脆弱性。2021年1月，日本电力系统的脆弱在寒潮面前暴露。

    日本气象局数据显示，2020年12月初至2021年1月上旬，日本日均气温始终低于往年平均水平，供暖需求猛增，电力需求快速攀升。电力广域系统运行协调机构指出，2020年1月1日-7日，日本10个电力服务区的平均用电量为108吉瓦，比2020年同期增长13.3%。

    用电量骤增的同时，LNG快速消耗，可再生能源却因天气原因出力不足，部分燃煤电厂不得不重启以供电。1月8日，日本新潟县、秋田县和岩手县等多地就出现了大规模停电，影响范围超过4.5万户。

    电力供不应求也在电力市场上得到体现：1月12日，日本电价现货创下历史新高，达到246.8日元/千瓦时，整个1月平均现货价格为66.91日元/千瓦时，为日本有史以来最高电价最高水平。

    2018年7月3日，日本政府发布了《第五次能源基本计划》，这是日本的能源中长期基本政策，至少每三年审查一次，必要时进行更改。2020年12月25日，日本政府推出绿色增长战略，这被视为日本2050年实现碳中和目标的进度表。

    日本将2030年能耗总量目标设为3.26亿kL原油（每L原油约38.28MJ，而其2017年能耗总量为3.48亿kL。在预期经济增长的情况下，日本此举的底气源自其节能传统。

    与研发更高效的燃气轮机相似，日本将节能视为与新增能源品种一样重要的手段。

    两次石油危机触动日本加强对能源节约的重视。1979年，日本制定并颁布了《节能法》，此后该法律多次得到修正，持续至今。《节能法》具体规定了用能大户和能源零售商的节能工作规范，并且要求一定规模的用能企业必须每年定期报告一次能源使用情况。多年来，日本能效管理成绩显著，单位GDP能耗达到世界最低水平。

    能源混合，核电重启

    《第五次能源基本计划》设定了4个目标，分别是：致力于安全创新；除了资源自给自足之外，要确保技术自给自足和能源选择的多样性；应对“脱碳”挑战；在成本控制之外增强日本的工业竞争力。

    紧迫的时间表前，日本提出“能源混合”的方式，即到2030年，一次能源供给中，相比2018年，石油和天然气均下降5%，而在电源结构上，天然气发电比重将从38%降至27%，煤炭从32%降至26%，石油从7%降至3%，水电、可再生能源发电、地热能等则从17%提升至22-24%，核电从6%提升到20%-22%。

    显然，核电能否按计划提高比重，将影响化石能源发电比重的变化。

    在福岛第一核电站事故发生之前，日本共有54台核电机组，而在事故后，日本重启5台核电机组，此外，有9台核电机组经审查通过新安全标准，部分陆续得到重启。另有19台宣布退役，2台在建。

    对于日本来说，重启停运的核电机组并不容易。得以重启的核电机组集中在日本西部，且都为压水堆，不同于福岛第一核电站所用的沸水堆技术。而同为沸水堆的核电机组即便已经通过新的安全标准审查，仍难以得到周围民众同意，重启工作困难。而2台在建的核电机组，OHMA和SHIMANE-3，分别于2010年和2006年开工，均为沸水堆机组。

图源：日本经济产业省官方网站

    基于对福岛第一核电站事故的反思，日本政府确立两条核电相关方针：尽可能减少对核电的依赖、安全是核电重启的前提。

    核电发展，必须以独立监管为基础——这是福岛第一核电站事故给全世界核电行业带来的最深刻教训。事故后，日本设立原子能规制委员会，作为独立监管机构，对日本的原子能安全进行统一管理。

    2021年3月11日，日本原子能规制委员会委员长更田丰志发表讲话，强调监管机构不是从业者的监护人。“如果我们认为监管机构应该对企业的管理不善负责，那么当企业发生问题时，监管机构就会有‘大事化小、小事化了’的心态。这本质就是‘监管俘虏’。”

    就在3月16日，日本原子能规制委员会对柏崎刈羽核电站的核物质安全防护程度做出最差级别的评价。该核电站由东京电力公司运营，所有反应堆已停运9年，还未通过新的安全审批。原子能规制委员会调查发现，柏崎刈羽核电站多处监测外部人员闯入的防护设施失灵，不久前更曾发生员工冒用他人证件进入控制室的事件。最差级别的评价无疑将使柏崎刈羽核电站的重启更为艰难，但这也是核安全独立监管的体现。

    在福岛第一核电站现场，6台机组均宣部永久性退役。10年前发生爆炸的1至4号机组目前均处于低温停堆状态，其中4号机组乏燃料池中的燃料棒已于2014年全部去除，而发生堆芯熔毁的1到3号机组燃料棒取出仍在推进中。对于1到3号机组安全壳内的熔融物碎片，日本已开展内部调查工作，取出碎片仍是退役工作的最大挑战。

    为了地区经济发展，也为了重塑福岛的国际形象，日本政府在事故后开始为福岛地区打造“福岛创新海岸概念”。2014年6月，日本编制了《福岛创新海岸概念》，机器人和新能源项目是其中重要组成，衍生出“福岛新能源社会概念”。

    新选择：氢能

    “福岛新能源社会理念”计划在福岛建立可再生能源和氢能项目，使该地区实现全新能源供应，这也是对外宣传的重点。福岛浪江町在东日本大地震海啸中遭到破坏，也因福岛第一核电站事故而被临时下达撤离令，后撤离令于2017年3月取消。2020年，东芝能源系统公司在浪江町建成投产世界上最大规模的可再生能源制氢项目。2021年3月，东京奥运会圣火传递之旅中，福岛县、爱知县和东京使用氢气作为火炬的燃料。

    日本将氢能视为可再生能源中的一种新选择。2017年，日本制定发布了“氢能基本战略”，主要目标包括到2030年左右实现氢能发电商业化，这意味着日本需要将氢能成本降低到与汽油、天然气等常规能源相同的水平。

    日本开始寻求用低成本的制氢方式，目前正在实施的项目包括上述可再生能源制氢、褐煤制氢等。

    澳大利亚褐煤资源丰富，这种煤化程度最低的矿产煤含水率较高，储存和长距离运输不便，多用于产地本地发电。日本开始尝试在澳大利亚用廉价褐煤制氢，再将氢气运回国内。不过，褐煤作为原料在制氢过程中，会产生大量二氧化碳和二氧化碳，为此，日本计划将碳捕捉技术（CCS）运用到褐煤制氢项目中。

图源：日本经济产业省官方网站

    自2015年开始，以川崎重工为代表的日本公司开始在澳大利亚展开褐煤制氢项目合作。2021年3月，位于澳大利亚东南部拉特罗布山谷的褐煤制氢工厂正式投产。此前在2019年，川崎重工更制造并启动了世界上第一艘液化氢运输船，实现了液化氢的长距离运输。

    除此之外，日本还利用文莱油气田产生的废气制氢，再通过有机溶液储氢技术，用油轮运回溶液，再分离出氢气作为发电燃料。

    日本在氢能领域的生产、运输等方面进行了各种类型的尝试，以找到最为经济的组合。