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摘要：隨著能源的可再生與低碳化發(fā)展，氫因清潔性、靈活性與通用性將會在能源轉(zhuǎn)型中扮演重要作用。德國作為能源轉(zhuǎn)型的領(lǐng)先國家，非常重視氫能在能源轉(zhuǎn)型和經(jīng)濟脫碳中的重要作用，制定了包括長期發(fā)展戰(zhàn)略、中期研發(fā)、近期應(yīng)用示范，以及氫能發(fā)展相關(guān)管理和監(jiān)管體制等全面發(fā)展措施。全面認(rèn)識德國的氫能實踐經(jīng)驗對中國氫能發(fā)展具有重要的啟示。
20世紀(jì)90年代中期，氫就作為“提供脫碳，可持續(xù)能源系統(tǒng)必不可少的元素”而被寄予厚望，但此后20年的發(fā)展進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人們的期望。
2015年，根據(jù)《巴黎協(xié)定》設(shè)定的全球控溫1.5℃和凈零排放目標(biāo)，2030年前全球目前年均約12%的脫碳速度需要提高5倍方可實現(xiàn)。
由于交通運輸和工業(yè)領(lǐng)域脫碳的復(fù)雜性和難度，僅靠可再生能源遠(yuǎn)不能滿足CO2或溫室氣體凈零排放的“脫碳”要求，氫能由于具備來源多樣、清潔低碳、安全、靈活高效、應(yīng)用場景豐富等特點再次受到重視，被視為未來10年替代碳?xì)浠衔铮瑧?yīng)對氣候變化的關(guān)鍵。
德國在能源轉(zhuǎn)型中一直很重視氫能的作用，將氫能視為應(yīng)對能源轉(zhuǎn)型中波動性可再生能源安全穩(wěn)定供應(yīng)和經(jīng)濟關(guān)鍵部門脫碳難題的重要方式。
早在2004年，德國政府就制定和實施了相關(guān)政策和項目，有針對性地支持氫能技術(shù)研發(fā)和示范。
2020年，德國政府制定和頒布《國家氫能戰(zhàn)略》為其確立了氫能發(fā)展的戰(zhàn)略地位與重點方向。
此后，德國支持氫能發(fā)展的支持力度增加，且相關(guān)政策支持措施更加系統(tǒng)。客觀分析德國氫能發(fā)展的實踐經(jīng)驗，可以為認(rèn)識氫能在中國能源轉(zhuǎn)型和實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的作用，客觀認(rèn)識中國氫能實踐中存在的問題，制定中國氫能戰(zhàn)略和相關(guān)政策措施提供有價值的借鑒和啟示。
1、德國氫能發(fā)展經(jīng)驗
德國的氫能發(fā)展經(jīng)歷了從燃料電池起步到確立氫能在國家能源轉(zhuǎn)型和碳中和目標(biāo)中戰(zhàn)略地位，支持措施從氫能發(fā)展的某個方向、環(huán)節(jié)到氫能全產(chǎn)業(yè)鏈和重點應(yīng)用場景系統(tǒng)措施轉(zhuǎn)變。
2004年，德國聯(lián)邦政府就成立了國家氫能與燃料電池組織（NOW）支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
2006年，NOW啟動了國家創(chuàng)新計劃（NIP）計劃來推動實施氫能發(fā)展項目的實施。2006—2016年期間，德國聯(lián)邦政府通過《氫能與燃料電池國家創(chuàng)新計劃》撥付了7億歐元用于發(fā)展氫能與燃料電池技術(shù)。
2020年德國聯(lián)邦政府發(fā)布《國家氫能戰(zhàn)略》，2021年德國國家理事會發(fā)布發(fā)布《德國氫行動計劃2021—2025》。
至此，德國氫能發(fā)展的系統(tǒng)的戰(zhàn)略定位和支持措施基本形成。
目前，對德國氫能發(fā)展經(jīng)驗與借鑒有不同解讀。作者認(rèn)為，德國氫能發(fā)展中有如下一些經(jīng)驗非常重要。
1.1氫能的戰(zhàn)略定位邏輯清晰、重點方向明確
德國從能源轉(zhuǎn)型和碳中和目標(biāo)出發(fā)，把氫能發(fā)展視為能源轉(zhuǎn)型的重要組成部分和解決一些部門脫碳難題的解決方案。其氫能戰(zhàn)略定位邏輯清晰、重點方向明確，主要表現(xiàn)：
（1）明確提出只有基于可再生能源（綠氫）生產(chǎn)的氫氣才能長期使用。在德國備受爭議的使用碳捕獲和儲存（CCS）的天燃?xì)庵茪渲荒堋耙赃^渡的方式”使用。盡管這一主張遭到工業(yè)界的反對，但德國依然明確了在應(yīng)對氣候變化的斗爭中，用可再生電力制造的氫氣作為解決重工業(yè)和航空等排放頑固行業(yè)的脫碳，實現(xiàn)德國2050年碳中和目標(biāo)的解決方案。
（2）明確氫能的應(yīng)用場景主要是4個方面：
①氫作為一種能量儲存器，可以根據(jù)供給需求靈活地儲存可再生能源，并起到平衡供求關(guān)系的作用。這主要是在電力系統(tǒng)的長周期供需調(diào)節(jié)方面發(fā)揮作用；
②某些無法利用常規(guī)技術(shù)實現(xiàn)零碳轉(zhuǎn)型的高耗能工業(yè)領(lǐng)域，利用綠氫作為原料或者替代化石能源解決脫碳問題，比如化工、水泥和鋼鐵工業(yè)；
③在交通領(lǐng)域，特別是航空和航海中，通過Power to X工藝制備的以氫為基礎(chǔ)的能源來滿足碳中和目標(biāo)；
④在供熱市場，長遠(yuǎn)來看，在工業(yè)過程用熱的生產(chǎn)或在建筑中，即使在充分挖掘了效率和電動化潛力之后，對氣態(tài)能源的需求仍將存在。氫及其衍生產(chǎn)品可以長期以不同的方式為部分供熱市場的脫碳化作出貢獻(xiàn)。
1.2針對氫能發(fā)展具體目標(biāo)分門別類制定了近中期措施
德國《國家氫能戰(zhàn)略》提出到2026年政府將投資123.6億歐元用于38項氫能專項措施。
比如，在綠氫生產(chǎn)方面，提出為高效使用可再生能源發(fā)電（例如行業(yè)耦合）改善框架條件，由國家主導(dǎo)公平定價的能源價格可以加強“綠氫”的生產(chǎn)。
為此，考慮在交通和供熱領(lǐng)域化石燃料的二氧化碳定價機制，對制備“綠氫”的電能在一定程度上免除稅費、附加費和分?jǐn)傎M等。
在氫能應(yīng)用場景方面，交通領(lǐng)域強調(diào)激活市場支持對氫能汽車（輕、重型卡車/商用車、大客車、火車、內(nèi)河和沿海航運、車隊使用的轎車）的投資，在歐洲通行收費指令的框架下采用貨運卡車根據(jù)碳排放差異定價的方式，鼓勵采用環(huán)保型驅(qū)動裝置。
工業(yè)領(lǐng)域，聯(lián)邦政府在不同項目框架下，扶持工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生排放的常規(guī)化石技術(shù)向溫室氣體低排放或溫室氣體平衡的工藝轉(zhuǎn)型。特別是在鋼鐵和化工業(yè)中向氫能原材料和燃料的轉(zhuǎn)型起著核心的作用。
相關(guān)的扶持項目包括“工業(yè)脫碳化”基金，“工業(yè)生產(chǎn)中的氫能應(yīng)用”（2020—2024年）和“在原材料工業(yè)中避免產(chǎn)生和使用二氧化碳”等項目。
1.3氫能基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)與氫能示范項目并重
德國政府從基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)和示范項目推動氫能發(fā)展。2015年，德國經(jīng)濟事務(wù)和能源部啟動能源轉(zhuǎn)型與創(chuàng)新平臺——哥白尼科學(xué)研究計劃，旨在引起能源領(lǐng)域的范式轉(zhuǎn)變，為促進(jìn)成果的誕生與轉(zhuǎn)化，該計劃分為理論概念期、實踐檢驗期與示范項目期，每個階段時間跨度約為3年。
“哥白尼”計劃下設(shè)多個子計劃，針對性地解決氫能開發(fā)的具體問題。ENSURE計劃開發(fā)未來的電網(wǎng)，以應(yīng)對可再生能源的波動供應(yīng)以及實現(xiàn)雙向輸送電力，進(jìn)而實現(xiàn)電力、輸送、供暖、燃?xì)庵g的部門耦合；P2X計劃將二氧化碳、水和可再生能源的電力轉(zhuǎn)化為燃料、化學(xué)品等；Syn Ergi計劃研究如何使工業(yè)生產(chǎn)抵消電網(wǎng)波動、適應(yīng)可再生能源的間歇性；Ariadne計劃分析政策如何聯(lián)合各部門發(fā)揮整體作用。
總體上，德國的氫能基礎(chǔ)研究主要集中在與針對應(yīng)用型研究的交叉融合方面，包括電解制氫、生物制氫、地下儲氫等方面。為推進(jìn)研究到應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，構(gòu)建了能源轉(zhuǎn)型的仿真實驗室，并將來自實驗室的創(chuàng)新成果以快速投入應(yīng)用，推進(jìn)氫能發(fā)展的產(chǎn)學(xué)研一體化。
目前，德國有22個已經(jīng)建成和正在建設(shè)的氫能示范項目，這些項目涵蓋綠氫制造、儲運等全產(chǎn)業(yè)鏈和鋼鐵、交通和供熱等典型應(yīng)用場景。德國制氫示范項目見表1。儲運氫方面，由于氫的特殊物理和化學(xué)性質(zhì)，該過程需要兼顧經(jīng)濟性與安全性。目前德國的各種儲運氫項目都是根據(jù)不同的環(huán)境條件、實際需求而實施的（見表2）。氫能應(yīng)用方面，德國不斷探索氫能在不同領(lǐng)域的終端使用，包括電力、供暖、化工、交通運輸?shù)龋ㄒ姳?）。
Tab.1 Hydrogen production demonstration project in Germany
表1德國制氫示范項目
資料來源：整理自公開網(wǎng)站
Tab.2 Hydrogen storage and transportation demonstration project in Germany
表2德國儲運氫示范項目
資料來源：整理自公開網(wǎng)站
Tab.3 Hydrogen energy application demonstration project in German
表3德國氫能應(yīng)用示范項目
資料來源：整理自公開網(wǎng)站
1.4氫能開發(fā)與應(yīng)用的國際合作是德國氫能戰(zhàn)略不可缺少的部分
德國在推進(jìn)氫能戰(zhàn)略時非常重視國際技術(shù)與經(jīng)貿(mào)合作。
（1）德國通過參與2020年7月正式成立的歐洲清潔氫聯(lián)盟（European Clean Hydrogen Alliancewas）積極開著氫能技術(shù)研發(fā)合作。該聯(lián)盟通過整合生產(chǎn)水平、用氫需求等手段實現(xiàn)到2030年大規(guī)模部署清潔氫技術(shù)。德國以開發(fā)氫能全價值鏈為重點推進(jìn)合作，并幫助本土企業(yè)在國外市場搭建平臺，緩解發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)時獲取碳中性能源的壓力。
（2）德國認(rèn)識到，從中長期來看，為了實現(xiàn)至2030年的氣候目標(biāo)和至2050的溫室氣體平衡目標(biāo)，德國自身的可再生能源發(fā)電量難以滿足，需要從其他國家進(jìn)口可再生能源、綠氫及其衍生品。因此，德國政府從有利于氫能國際貿(mào)易出發(fā)，積極推動國內(nèi)外的氫能運輸和配送基礎(chǔ)設(shè)施布局和建設(shè)，推動氫能技術(shù)與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的國際認(rèn)證，以及積極在全球綠氫生產(chǎn)條件好開展投資。目前，德國已經(jīng)與挪威等非歐盟的歐洲國家，納米比亞、南非、，摩洛哥等非洲國家、沙特阿拉伯、阿拉伯聯(lián)合酋長國等中東國家，以及加拿大、智利、澳大利亞等美洲澳洲國家達(dá)成了雙邊氫能合作協(xié)議，大力支持綠氫生產(chǎn)和運輸項目，以確保未來大量進(jìn)口綠氫。
1.5建立氫能發(fā)展的國家監(jiān)管框架
為推動氫能戰(zhàn)略的實施，德國建立了稱為“以結(jié)果為導(dǎo)向”的監(jiān)管機制。由相關(guān)職能部門組成的氫能國務(wù)秘書委員會負(fù)責(zé)氫能戰(zhàn)略管理與監(jiān)督執(zhí)行，確保國家氫能戰(zhàn)略與市場發(fā)展保持協(xié)調(diào)。如果執(zhí)行出現(xiàn)拖延或目標(biāo)出現(xiàn)偏差，國務(wù)秘書委員會有權(quán)采取修正措施和調(diào)整行動方案。德國聯(lián)邦政府氫能發(fā)展的國家監(jiān)管框架見圖1。
圖1德國聯(lián)邦政府氫能發(fā)展的國家監(jiān)管框架[4]
Fig.1 National regulatory framework for hydrogen energy development of the German Federal Government
聯(lián)邦政府同時組建國家氫能理事會作為咨詢和支持機構(gòu)。理事會由26名來自經(jīng)濟界、科學(xué)界和社會的高級專家（不隸屬于公共管理機構(gòu)）組成。
國家氫能理事會的任務(wù)是，在國家氫能戰(zhàn)略的執(zhí)行和繼續(xù)開發(fā)過程中，以提出意見和行動建議的方式向國務(wù)秘書委員會提供咨詢和支持。
國務(wù)秘書委員會和國家氫能理事會將定期共同舉行會議。聯(lián)邦相關(guān)職能部門負(fù)責(zé)人（例如主管的司局領(lǐng)導(dǎo)）作為嘉賓列席理事會的會議，各聯(lián)邦州也可派兩名代表作為嘉賓列席會議。氫能理事會每年至少召開兩次會議。聯(lián)邦教育與研究部的“綠氫”創(chuàng)新特派員是國務(wù)秘書委員會和國家氫能理事會的常駐嘉賓。
聯(lián)邦政府還建立一個氫能指揮部。氫能指揮部的主要職責(zé)主要有3個方面：
（1）協(xié)助各職能部門實施國家氫能戰(zhàn)略，并在行動建議的協(xié)調(diào)和成文等方面為氫能理事會提供支持。
（2）利用靈活的項目管理結(jié)構(gòu)在國家氫能戰(zhàn)略的實施中積極地為各職能部門提供支持，并為此設(shè)置了特定主題的工作小組。
（3）編制氫能戰(zhàn)略實施監(jiān)督報告和擴展報告，對戰(zhàn)略和行動計劃進(jìn)行總體評估，并擬定繼續(xù)開發(fā)的建議。
2、德國氫能發(fā)展經(jīng)驗對中國的啟示
2014年，中國正式將“氫能與燃料電池”作為科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略方向。此后，特別是“十三五”期間，中央和一些地方政府圍繞氫燃料電池汽車出臺了一些鼓勵和支持政策。
2022年3月23日，國家發(fā)改委發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》是中國第一份國家層面的系統(tǒng)氫能規(guī)劃。改規(guī)劃確立了“綠氫”作為鼓勵發(fā)展的方向、推動氫能在交通、儲能和工業(yè)示范作為重點應(yīng)用場景等，這對中國未來氫能發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。
然而，中國氫能發(fā)展實踐中仍然存在一些與氫能中長期規(guī)劃方向不一致，不利于規(guī)劃落實的問題。主要表現(xiàn)在3個方面：
（1）地方的氫能項目基本上是化石能源制氫，增加中國二氧化碳排放量壓力；
（2）從技術(shù)成熟度和市場條件看，氫能在全球都屬于“示范”，而中國很多地方以“示范”的名義同時發(fā)展氫能項目，短期內(nèi)推進(jìn)過快，導(dǎo)致低水平重復(fù)投資問題突出；
（3）各地氫能發(fā)展方向基本局限在燃料電池汽車領(lǐng)域，示范應(yīng)用主要集中在以公交車為主要應(yīng)用場景的交通領(lǐng)域，應(yīng)用場景單一，產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化突出。
作者認(rèn)為，德國氫能發(fā)展的經(jīng)驗對中國氫能發(fā)展最重要啟示，是必須將氫能發(fā)展置于能源轉(zhuǎn)型的趨勢下，確定氫能在中國未來能源系統(tǒng)中的合理位置和優(yōu)先的應(yīng)用場景，并針對具體應(yīng)用場景制定有針對性的發(fā)展政策與管理體制。
當(dāng)前的能源轉(zhuǎn)型是為應(yīng)對全球變暖而推動的，其完整的內(nèi)涵包括“一個目標(biāo)，兩個支柱”。“一個目標(biāo)”是大幅度降低人類活動排放的二氧化碳量，以減緩全球變暖；兩個支柱分別是：
（1）提高能源效率和節(jié)能，降低化石能源消費總量，從而降低二氧化碳排放量。這在當(dāng)我國能源消費都是化石能源占主導(dǎo)地位的階段，對減少二氧化碳非常重要；
（2）大力發(fā)展可再生能源替代化石能源，從而避免二氧化碳的排放；隨著一次能源消費中可再生能源比重快速提升，這一支柱講對碳減排起到越來越重要的作用。
可見，“脫碳”是當(dāng)前能源轉(zhuǎn)型的基本動因。為實現(xiàn)我國2060碳中和目標(biāo)，中國能源系統(tǒng)必須提前實現(xiàn)“零碳”。由于目前還不存在成熟的氫能利用場景，確定氫能在中國未來零碳能源的地位與作用，必須動態(tài)考慮其他零碳能源既有作用情況下來確定。氫能與其他可再生能源和技術(shù)路徑相比，盡管有很多“理論上”的優(yōu)勢，但由于其要在5～10年才具有應(yīng)用上的“經(jīng)濟性”。
所以，在這5～10年期間，如果其他“零碳或低碳”能源利用技術(shù)先于氫能獲得了技術(shù)和規(guī)模上的競爭優(yōu)勢，等到氫能在一些應(yīng)用場景具備產(chǎn)業(yè)化條件時，也沒有必要再出臺相應(yīng)的政策去推動氫能去替代既有的“零碳或低碳”能源及其利用技術(shù)。因為它們都符合能源轉(zhuǎn)型和碳中和的要求。
從這個角度看，“氫能”未來價值最大的的應(yīng)用場景不是公路交通，至少不是最重要的應(yīng)用場景。因為目前的純電動汽車技術(shù)不斷迭代，基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善，相對氫燃料電池車來說具有越來越大的競爭優(yōu)勢。
因此，氫能在中國未來能源系統(tǒng)中的地位和作用，不是在已經(jīng)具有成熟技術(shù)的交通領(lǐng)域大規(guī)模推廣，而是應(yīng)該是彌補現(xiàn)有低碳和零碳能源技術(shù)無法解決的問題和應(yīng)用場景。根據(jù)國際氫能委員會（Hydrogen Council）發(fā)布的《氫能洞察》指出，從總體擁有成本（TCO）看，在全球制氫、儲運、配送成本快速下降的趨勢下，氫能在各領(lǐng)域的應(yīng)用潛力將逐步凸顯，到2030年，氫能可在22種終端應(yīng)用中成為最具競爭力的減碳解決方案，包括煉油、化肥、商用車、長途卡車運輸、航運和氫冶煉等應(yīng)用領(lǐng)域。
本文作者：朱彤 李雅卓
