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绿氢在德国能源转型中的地位和作用

氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,是公认能源转型的重要组成部分,对碳达峰碳中和目标实现具有积极支撑作用。氢能被国际社会誉为21世纪最具发展潜力的清洁能源,氢能科技创新和产业发展持续得到各国青睐。

氢能源根据生产来源划分,就能够将其划分成“灰氢”“蓝氢”和“绿氢”三类。“灰氢”指的是通过化石燃料石油、天然气和煤制取氢气,制氢成本较低但碳排放量大;“蓝氢”指的是利用化石燃料制氢,同时配合碳捕捉和碳封存技术,碳排放强度相对较低但捕集成本较高;“绿氢”指的是采用风电、水电、太阳能、核电等可再生能源电解制氢,制氢过程完全没有碳排放,但成本较高。

一、欧洲大力发展氢能的时代背景

2023年4月,欧盟议会通过欧盟碳边境调节机制(CBAM),也就是俗称的“碳关税”,同意对进口欧盟的钢铁、水泥、铝、化肥、电力和氢气征收碳排放成本。新版CBAM范围扩展了氢气领域,意味着灰氢和蓝氢将收取关税。绿氢是欧洲重工业领域脱碳计划的核心,已经提出到2030年达到1000万吨绿氢产能的规划。2023年7月,德国联邦政府通过新版《国家氢能战略》。到2030年德国在氢能领域的产品供应将从生产(如电解槽)扩展到各类应用(如燃料电池技术)的氢能技术全价值产业链。

二、德国氢能战略的发展历程

德国是欧洲发展氢能最具代表性的国家,非常重视氢能在国家能源转型中的重要作用,制定了包括长期发展战略、中期研发、近期应用示范,以及氢能发展相关管理和监管体制等全面发展措施。全面认识德国的氢能实践经验对中国氢能发展具有重要的启示。

德国的氢能发展经历了从燃料电池起步到确立氢能在国家能源转型和碳中和目标中战略地位,支持措施从氢能发展的某个方向、环节到氢能全产业链和重点应用场景

系统措施转变。

笔者也参考相关文献,总结了目前德国的制氢、储运氢示范项目,如表2、表3:

三、德国在氢能领域的行动计划

德国《国家氢能战略》提出的行动计划包括2个阶段:第一阶段为2021~2023年,将逐步扩大市场规模,为良好运作的德国国内氢能市场奠定基础;第二阶段为2024~2030年,将巩固德国国内氢能市场,并参与建立欧洲和国际层面的氢能市场。氢能战略的行动计划主要包括以下内容:

(一)氢能生产

一是改善有效利用可再生能源的框架条件。免除氢能生产所用电力的征税,特别是免除《可再生能源法案》可再生能源税中绿色氢能生产的税费。二是探索电解槽运营商、天然气或电网运营商之间新业务和合作模式的可能性。三是通过投资工业电解槽来支持工业领域向氢能转型。四是采取新措施,对海上氢能生产进行投资。

(二)应用领域

一是优先考虑某些运输和工业领域,包括那些氢能利用已经接近盈利、没有路径依赖性或者没有碳去除替代方法的领域。二是为了促进运输行业的氢能利用,政府计划支持生产可再生煤油,并建立适用于重型运输、火车和轮船的加氢基础设施。政府将在2030年将航空煤油中的可再生燃料配额设定为至少2%。三是为了推动工业行业的氢能利用,政府通过各种计划支持从传统化石能源技术向低排放替代能源的转变。制定一项碳差价合约(CfDs)试点计划,主要针对钢铁和化工行业的过程排放。针对特定的能源密集型行业制定长期脱碳计划。四是继续支持高效燃料电池供热系统,并可能扩大其支持范围,以促进供热领域的氢能利用。

(三)基础设施/供应

更好地连接电力、热力和天然气基础设施;特别关注公路运输、铁路网络以及水路交通中面向需求的加氢站网络扩展。

(四)研究、教育与创新

制定具有国际信号效应的氢经济路线图,使德国成为全球市场上领先的氢技术生产国;跨部门的研究计划“氢技术2030”(Hydrogen Technologies 2030)将多个与氢能相关的关键技术研究活动进行战略性捆绑;改善政策框架条件以促进创新。

(五)在欧洲层面采取行动

引入可靠的可持续性标准和可再生能源、绿色氢能及其衍生物的来源证明;使氢能技术成为“欧洲共同利益重要项目”(IPCEI),在欧洲层面上促进研发;在《欧洲绿色新政》的背景下,推动欧洲氢能计划的快速实施。

在2023新版《国家氢能战略》中,德国政府将之前的产能目标提高了一倍,到 2030 年,德国的氢能发电能力将从 5 千兆瓦增加到至少 10 千兆瓦。将建设必要的基础设施:到 2028 年,建成 1800 多公里氢气管网。

四、德国《国家氢能战略》对中国氢能发展的启示

目前,德国、日本、澳大利亚等国已先后制定氢能国家战略,战略布局走在了前面。我国尚未制定出台国家层面的氢能发展规划,氢能研究和推广应用尚未形成国家层面的合力,须着力加强顶层设计,制定国家层面的发展战略和分阶段发展目标,明确产业发展路线图,引导氢能产业有序发展。

我国尚未建立专门促进氢能产业发展的管理部门,未形成完善的管理体系。因此,首先理顺体制机制,建立和完善发改、能源、工信等各部门之间的协调机制,明确各自的任务分工,探索新的管理模式。其次健全产业发展评估机制,建立健全氢能产业统计体系,定期评估产业发展情况,对与形势发展不相适应的措施进行动态调整。(姬江峰)