關(guān)鍵詞：日本燃?xì)庑袠I(yè)；城市燃?xì)夤艿?；綠色甲烷化
1、日本燃?xì)庑袠I(yè)發(fā)展概況
1.1 發(fā)展現(xiàn)狀
2022年日本的天然氣消費(fèi)量為1005.0億m³，通過(guò)LNG進(jìn)口量982.6億m3。每年的天然氣消費(fèi)量與進(jìn)口量相當(dāng)，近年來(lái)，進(jìn)口量占消費(fèi)量的比例保持在97%-98%之間。在天然氣來(lái)源上，澳大利亞、馬來(lái)西亞、俄羅斯是前三大進(jìn)口來(lái)源國(guó)，2022年的占比分別為42.6%、16.6%、9.4%。自1970年開(kāi)始，日本將一次能源大部分改為高熱值的天然氣，應(yīng)用領(lǐng)域包括用熱設(shè)備、空調(diào)、天然氣汽車(chē)、天然氣發(fā)電。2010年以后，幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域均被天然氣應(yīng)用覆蓋。城市燃?xì)忸I(lǐng)域，天然氣約占一次能源比例的97.1%，LPG約占2.9%。從天然氣銷(xiāo)售結(jié)構(gòu)來(lái)看，居民用氣占25.4%、商業(yè)用氣占17%、工業(yè)用氣占57.6%。
日本城市燃?xì)夤艿婪浅T乏，主要分布在城市地區(qū)，管道覆蓋面積僅占全國(guó)土地面積的6%。各類(lèi)燃?xì)夤芫W(wǎng)僅有26.76萬(wàn)km。日本燃?xì)馄髽I(yè)由燃?xì)饬闶燮髽I(yè)、一般燃?xì)夤艿榔髽I(yè)和燃?xì)庵圃炱髽I(yè)3類(lèi)構(gòu)成，其中燃?xì)饬闶燮髽I(yè)1346家，一般燃?xì)夤艿榔髽I(yè)193家，燃?xì)庵圃炱髽I(yè)27家。從終端用戶使用的能源來(lái)看，利用193家一般燃?xì)夤艿榔髽I(yè)的燃?xì)夤艿朗褂锰烊粴獾母黝?lèi)民工商用戶2652萬(wàn)戶；LPG銷(xiāo)售企業(yè)16825家，約2218萬(wàn)各類(lèi)用戶；約10家電力銷(xiāo)售公司，約4700萬(wàn)各類(lèi)用戶。從城燃企業(yè)的分類(lèi)來(lái)看，投資建設(shè)LNG碼頭、擁有大規(guī)模城燃管網(wǎng)的企業(yè)數(shù)量占比1.6%，主要為東京燃?xì)狻⒋筅嫒細(xì)?、東邦燃?xì)?；擁有少?shù)LNG接收站和少部分天然氣管網(wǎng)的燃?xì)夤緮?shù)量約占3.2%，主要為北海道燃?xì)?、仙臺(tái)燃?xì)狻V島燃?xì)獾?；沒(méi)有管網(wǎng)單一做終端銷(xiāo)售的燃?xì)馄髽I(yè)數(shù)量約占55.8%；開(kāi)展點(diǎn)供的燃?xì)馄髽I(yè)約占39.4%。
1.2 改革歷程
受資源條件限制，日本天然氣嚴(yán)重依賴(lài)海外進(jìn)口；受地理?xiàng)l件限制，日本本土山丘多、地震頻發(fā)，日本國(guó)內(nèi)跨區(qū)域長(zhǎng)輸管道較少。日本天然氣消費(fèi)市場(chǎng)以發(fā)電和工業(yè)用氣為主，消費(fèi)主體主要集中在城市。鑒于上述特征，日本政府不得不放松市場(chǎng)準(zhǔn)入管制，鼓勵(lì)和支持更多企業(yè)參與到海外尋找氣源、建設(shè)LNG接收站和配氣管網(wǎng)以及提供分銷(xiāo)零售服務(wù)。同時(shí)逐步推動(dòng)天然氣管道對(duì)第三方開(kāi)放自由化。
為配合終端用戶自由選擇供應(yīng)商的改革措施，
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1995年修訂的《天然氣公用事業(yè)法》提出，當(dāng)時(shí)在日本國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額占比較大的3家大型燃?xì)夤荆|京瓦斯、大阪瓦斯、東邦瓦斯）的天然氣管道，可以通過(guò)自由協(xié)商的方式對(duì)第三方開(kāi)放，年用氣量200萬(wàn)m³以上的用戶可自由選擇天然氣供應(yīng)商。但由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的第三方開(kāi)放規(guī)則和公開(kāi)透明的管道利用信息，市場(chǎng)主體在管道實(shí)際利用過(guò)程中遇到了較大障礙。
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1999年《天然氣公用事業(yè)法》進(jìn)一步修改，將管道對(duì)第三方開(kāi)放制度化，并將西部燃?xì)饧{入管道對(duì)第三方開(kāi)放的范圍，至此日本國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額最大的4家燃?xì)夤镜奶烊粴夤艿廊考{入開(kāi)放范圍。
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2004年修訂的《天然氣公用事業(yè)法》提出了更加規(guī)范的第三方開(kāi)放要求，即燃?xì)夤拘枰_(kāi)其管道利用的規(guī)則和條件，并提出對(duì)第三方開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)化合同模板，管道運(yùn)輸業(yè)務(wù)也被要求從管理和財(cái)務(wù)上與天然氣銷(xiāo)售業(yè)務(wù)分離。
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2015年修訂的《天然氣公用事業(yè)法》進(jìn)一步要求東京燃?xì)?、大阪燃?xì)狻|邦燃?xì)庠?022年前實(shí)現(xiàn)管道運(yùn)輸業(yè)務(wù)在法律上的拆分。
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到2017年開(kāi)始完全實(shí)現(xiàn)自由化，即：城燃企業(yè)改為配氣+售氣，配氣為管輸公司，售氣有幾家公司迅速擴(kuò)充到193家公司，為輕資產(chǎn)模式運(yùn)營(yíng)，燃?xì)怃N(xiāo)售量也大幅增加促進(jìn)了市場(chǎng)發(fā)展。此外，即使原有的大型城燃企業(yè)，也被政府強(qiáng)制分割為上游公司、管輸公司、下游銷(xiāo)售公司（售氣公司）三個(gè)不同法人主體。按照法律規(guī)定，東京燃?xì)?、大阪燃?xì)?、東邦燃?xì)馊夜拘鑼⑸嫌?、管輸、零售拆分成為?dú)立法人公司，其他公司不受限制。
日本燃?xì)馐袌?chǎng)完全自由化后，上游生產(chǎn)企業(yè)負(fù)責(zé)從海外采購(gòu)LNG并銷(xiāo)售給城燃零售企業(yè)，管道公司負(fù)責(zé)高中低壓燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)及運(yùn)營(yíng)，零售企業(yè)由終端用戶自主選擇并保障供應(yīng)。燃?xì)庠O(shè)施中，以東京燃?xì)鉃槔?/strong>除了燃?xì)獗恚ㄈ細(xì)獗硎菛|京燃?xì)釴etwork公司的資產(chǎn)）以外，用戶紅線內(nèi)（集團(tuán)住宅時(shí)，分界線為道路側(cè)）的燃?xì)夤艿馈⒔ㄖ镏械呐涔芫怯脩羲形?。用戶紅線內(nèi)的修理、更換燃?xì)夤苁怯袃敺?wù)（紅線外燃?xì)夤苁菛|京燃?xì)釴etwork公司資產(chǎn)）。
1.3 主要燃?xì)馄髽I(yè)情況
日本城燃行業(yè)主要有4大城市燃?xì)夤?，包括東京燃?xì)狻⒋筅嫒細(xì)?、東邦燃?xì)?、西部燃?xì)?，具體業(yè)務(wù)占比如圖1。
圖1 日本四大城燃業(yè)務(wù)比例圖
1.3.1 東邦燃?xì)?/span>
日本東邦燃?xì)庵晔綍?huì)社總部位于愛(ài)知縣名古屋市熱田區(qū)櫻田町，是日本第三大燃?xì)夤尽?/strong>管網(wǎng)子公司名為東邦燃?xì)釴etwork公司。是名古屋經(jīng)濟(jì)界的實(shí)力企業(yè)“五朵金花”之一。另外四家分別是東海銀行、松坂屋、名古屋鐵道（名鐵）、中部電力（中電））。
東邦燃?xì)?/strong>于1922年6月成立后開(kāi)始燃?xì)怃N(xiāo)售業(yè)務(wù)，零售地區(qū)為愛(ài)知縣、岐阜縣、三重縣3個(gè)縣，涉及50市25町1村。自2022年4月起，東邦燃?xì)鈱?shí)現(xiàn)了法人分離，燃?xì)庵圃臁⑷細(xì)怃N(xiāo)售、燃?xì)廨斔筒辉贋橐惑w，將管網(wǎng)業(yè)務(wù)從現(xiàn)有體制中剝離。截止目前，注冊(cè)資本金330億7200萬(wàn)日元，總資產(chǎn)達(dá)到6935億日元。2022年以來(lái)，城市燃?xì)狻PG、電力的用戶數(shù)量穩(wěn)步增加，天然氣銷(xiāo)售量為35.5億m3。在“盡可能實(shí)現(xiàn)300萬(wàn)件用戶”的目標(biāo)中，2022年度末達(dá)到了292萬(wàn)件的實(shí)績(jī)，公司主力事業(yè)的城市燃?xì)怃N(xiāo)售量，由于氣溫全年上升，工業(yè)領(lǐng)域的零件供給不足導(dǎo)致生產(chǎn)減少等，業(yè)績(jī)低于上年度。2023年LNG采購(gòu)量266萬(wàn)t，LPG采購(gòu)量63萬(wàn)t，投資建設(shè)日本國(guó)內(nèi)4個(gè)LNG接收站，管道長(zhǎng)度達(dá)3萬(wàn)km，擁有2個(gè)電廠，員工數(shù)6080人。
1.3.2 大阪燃?xì)?/span>
大阪燃?xì)夤?/strong>成立于1897年，1905年開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，主要涉及國(guó)內(nèi)能源（燃?xì)?、電力）業(yè)務(wù)、國(guó)際能源業(yè)務(wù)和生活與商業(yè)解決方案業(yè)務(wù)。國(guó)內(nèi)能源業(yè)務(wù)包括了城市燃?xì)獾纳a(chǎn)、供應(yīng)和銷(xiāo)售、燃?xì)馄骶咪N(xiāo)售、燃?xì)夤艿腊惭b、液化天然氣運(yùn)輸與銷(xiāo)售、液化石油氣銷(xiāo)售以及發(fā)電與售電業(yè)務(wù)。天然氣業(yè)務(wù)主要從海外開(kāi)采購(gòu)買(mǎi)天然氣并以LNG形式運(yùn)送到日本國(guó)內(nèi)，在日本國(guó)內(nèi)接收終端再氣化后通過(guò)管道輸送至城市，并銷(xiāo)售給終端工業(yè)、商業(yè)及家庭用戶，主要是在日本關(guān)西地區(qū)開(kāi)展業(yè)務(wù)。2022年起，大阪燃?xì)庠艿谰W(wǎng)絡(luò)公司依法分離，成立獨(dú)立的大阪燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)株式會(huì)社，擁有燃?xì)夤芫W(wǎng)6.31萬(wàn)km。2023年3季度，大阪燃?xì)庥脩魯?shù)為759萬(wàn)，電力用戶數(shù)為170萬(wàn)，天然氣銷(xiāo)售氣量68.45億m³，其中家庭用戶使用16.97億m³，工商業(yè)使用51.48億m³。
2、日本燃?xì)饧夹g(shù)發(fā)展方向
為了實(shí)現(xiàn)日本2050年碳中和的發(fā)展目標(biāo)，各大燃?xì)夤疽布娂婇_(kāi)展相關(guān)燃?xì)饧夹g(shù)研發(fā)應(yīng)用，大阪燃?xì)庾鳛槿毡局饕細(xì)夤?，致力于能源技術(shù)研發(fā)，重點(diǎn)開(kāi)展綠色甲烷化(e-methane)技術(shù)研發(fā)。
2.1 大阪燃?xì)庋邪l(fā)中心概況
大阪燃?xì)庋邪l(fā)中心主要是能源技術(shù)研發(fā)的場(chǎng)所，其最開(kāi)始的宗旨是作為燃?xì)饧夹g(shù)研發(fā)應(yīng)用，但隨著碳中和目標(biāo)提出，常規(guī)燃?xì)饧夹g(shù)已無(wú)法對(duì)實(shí)現(xiàn)零碳、低碳的需求，因此，目前研發(fā)中心以碳減排、碳中和為主要課題研究來(lái)進(jìn)行新技術(shù)的研發(fā)。
甲烷化是指由氫燃料和二氧化碳結(jié)合，通過(guò)一個(gè)甲烷化設(shè)備來(lái)生成甲烷（天然氣的主要成分）的過(guò)程。該項(xiàng)技術(shù)研究的是如何有效利用從大氣中吸收過(guò)來(lái)的二氧化碳的一個(gè)技術(shù)。此處用的氫是綠氫（即：可再生能源電解水生成的氫），通過(guò)該甲烷化技術(shù)生成的甲烷叫做e甲烷（綠色甲烷化）。
大阪燃?xì)獾木G色甲烷化革新技術(shù)目標(biāo)轉(zhuǎn)換率是達(dá)到85%~90%。預(yù)計(jì)2030年之前，革新技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段；到2040年，革新技術(shù)將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化并真正地推向市場(chǎng)。此外，大阪燃?xì)馍镔|(zhì)甲烷化再革新技術(shù)也預(yù)計(jì)在2030年完成實(shí)驗(yàn)證明。
2.2 甲烷化技術(shù)的發(fā)展階段
2.2.1 第一階段（現(xiàn)階段）
現(xiàn)階段的技術(shù)是利用綠氫和二氧化碳，通過(guò)含有觸媒（即：催化劑）的甲烷化設(shè)備來(lái)生成綠色甲烷。此階段的技術(shù)研發(fā)主要由INPEX（日本帝國(guó)石油）和大阪燃?xì)夤餐七M(jìn)。項(xiàng)目回收了INPEX長(zhǎng)岡氣田的二氧化碳，將其與綠氫結(jié)合從而生成綠色甲烷。規(guī)模大約1h生產(chǎn)400m³甲烷，相當(dāng)于1萬(wàn)戶家庭的使用量。
2.2.2 第二階段（革新技術(shù)階段）
革新技術(shù)是通過(guò)高溫電解的方式提高轉(zhuǎn)化效率，使甲烷化的單位成本降低。該階段的技術(shù)也叫做SOEC技術(shù)（固體氧化物電解槽技術(shù)），設(shè)備需要一個(gè)SOEC板。革新技術(shù)分為3個(gè)階段：第一階段產(chǎn)量極小，大約一個(gè)小時(shí)僅生產(chǎn)0.1m³，相當(dāng)于兩戶家庭的量；第二階段提高產(chǎn)量至100m³/h；第三階段進(jìn)一步提升產(chǎn)量至400m³/h。
在此階段，大阪燃?xì)獾年P(guān)鍵核心技術(shù)是做甲烷化電解時(shí)的金屬板設(shè)備。值卡按電解槽使用陶瓷材質(zhì)，現(xiàn)在升級(jí)為金屬材質(zhì)，通過(guò)金屬板把水和二氧化碳通過(guò)電解生成氫氣和一氧化碳，再由生產(chǎn)出的氫氣和一氧化碳通過(guò)催化反應(yīng)生成甲烷?，F(xiàn)階段大多數(shù)企業(yè)用的是陶瓷板，但陶瓷板在電解時(shí)容易斷裂，只能小型化使用不能大型化使用。SOEC金屬板本身的基礎(chǔ)材料是金屬，但表面材料用的還是陶瓷。SOEC金屬板強(qiáng)度強(qiáng)、易焊接，可使整體投資成本降低。目前，大阪燃?xì)獾腟OEC金屬板可多層插入電解槽來(lái)進(jìn)行電解。以前單層金屬板的電解量相對(duì)較少，現(xiàn)在的技術(shù)可以通過(guò)復(fù)數(shù)層的金屬板提升電解量，提升規(guī)模，公司的目標(biāo)是1萬(wàn)方/h的生產(chǎn)規(guī)模。整體而言，預(yù)計(jì)到2030年，革新技術(shù)可完成研發(fā)驗(yàn)證。
2.2.3 第三階段（再革新階段）
此階段的技術(shù)是指從排水的污泥廢棄物或其他生物質(zhì)垃圾中提取出來(lái)的生物質(zhì)二氧化碳和可再生能源制得的氫氣結(jié)合生成甲烷的技術(shù)。由于本身在處理廢棄物時(shí)，就需要發(fā)酵槽等設(shè)備，因此，不需要再投資新的設(shè)備，初期投資成本得到降低。再革新技術(shù)依然是基于經(jīng)濟(jì)性來(lái)研發(fā)的，預(yù)計(jì)在2030年完成實(shí)驗(yàn)階段。
2.3 甲烷化的技術(shù)比對(duì)及經(jīng)濟(jì)性
現(xiàn)階段的甲烷化技術(shù)已經(jīng)成熟，且全世界的燃?xì)夤径荚谑褂玫脑擁?xiàng)技術(shù)（用氫和二氧化碳結(jié)合生成甲烷），但此技術(shù)目前并不具備經(jīng)濟(jì)性，價(jià)格比天然氣貴的較多。革新技術(shù)是大阪燃?xì)馓赜械募夹g(shù)（用氫和一氧化碳結(jié)合生成甲烷）。現(xiàn)階段的技術(shù)需要4個(gè)氫原子生成1m³甲烷，而革新技術(shù)只需3個(gè)氫原子，需電解的氫少了，電費(fèi)也相應(yīng)地減少，成本降低下來(lái)。此外，用革新技術(shù)生成甲烷的過(guò)程會(huì)有余熱的排放，可把余熱再次利用起來(lái)，使燃燒反應(yīng)的效率提高。革新技術(shù)可使反應(yīng)效率提高，單價(jià)降低，可達(dá)到約30%的成本提升。
目前來(lái)講，甲烷化的價(jià)格非常高，因?yàn)楝F(xiàn)在還處于技術(shù)研發(fā)過(guò)程中且前期設(shè)備投資很多，折算后，1m³氣比常規(guī)天然氣貴3倍~4倍。因此，在2030年前的目標(biāo)大約是摻混1%左右的e甲烷，約占大阪燃?xì)庹w的1%左右。盡管日本燃?xì)鈪f(xié)會(huì)面臨著2050年摻e甲烷占比達(dá)到90%的目標(biāo)挑戰(zhàn)，但大阪燃?xì)庹J(rèn)為這個(gè)目標(biāo)是非常高的，需要相當(dāng)好的技術(shù)和相當(dāng)便宜的電價(jià)。此外，90%還只是現(xiàn)階段的一個(gè)目標(biāo)，具體能否實(shí)現(xiàn)，還需通過(guò)一直到2030年的整個(gè)實(shí)踐過(guò)程來(lái)看價(jià)格降低的大概水準(zhǔn)，再進(jìn)行延伸。其實(shí)，摻e甲烷更多的是為了低碳、零碳以及實(shí)行碳中和，并不是為了低價(jià)格。此外，燃?xì)夤究芍苯永矛F(xiàn)有燃?xì)獾幕A(chǔ)設(shè)施，不需再投資。
在產(chǎn)能方面，前端是以光電、風(fēng)電的方式制得綠電，再由綠電去電解水制得綠氫，因此需配套大量的發(fā)電裝機(jī)規(guī)模，若無(wú)相應(yīng)的規(guī)模，可能會(huì)制約后端的綠色甲烷化規(guī)模。受?chē)?guó)土面積限制，大阪燃?xì)饪赡軙?huì)采取以下兩種方案：一是在海外投建綠電工廠，在當(dāng)?shù)仉娊馑茪?，再通過(guò)現(xiàn)有的液氫運(yùn)輸把氫搬運(yùn)回日本；二是直接在海外投建生產(chǎn)e甲烷的工廠，利用現(xiàn)有的LNG船、LNG接收站通過(guò)船運(yùn)的方式進(jìn)口到日本。
4、結(jié)論
本文通過(guò)梳理日本燃?xì)庑袠I(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)其發(fā)展改革的歷程，結(jié)合日本相關(guān)燃?xì)馄髽I(yè)的實(shí)際經(jīng)營(yíng)情況，探討了日本燃?xì)庑袠I(yè)未來(lái)可能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)發(fā)展方向和實(shí)現(xiàn)路徑。
總的來(lái)看，日本作為天然氣高度依賴(lài)進(jìn)口的國(guó)家，其城市燃?xì)夤艿绤T乏，但目前對(duì)綠色甲烷化的燃?xì)饧夹g(shù)定位明確，且把綠色甲烷化作為極為重要的發(fā)展戰(zhàn)略作為一個(gè)低碳的重要戰(zhàn)略。但是鑒于日本實(shí)際國(guó)情，為從當(dāng)前的天然氣利用轉(zhuǎn)化為綠色甲烷或氫能利用，日本燃?xì)馄髽I(yè)可能會(huì)在海外尋找非常規(guī)燃?xì)饧夹g(shù)的實(shí)現(xiàn)路徑。
來(lái)源：城市燃?xì)怆s志，呂指臣 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)價(jià)格成本和認(rèn)證中心，摘自《城市燃?xì)狻?024年第十一期，2024年11月25日
