摘要：隨著(zhù)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(huì )在能源轉型中扮演重要作用。德國作為能源轉型的領(lǐng)先國家，非常重視氫能在能源轉型和經(jīng)濟脫碳中的重要作用，制定了包括長(cháng)期發(fā)展戰略、中期研發(fā)、近期應用示范，以及氫能發(fā)展相關(guān)管理和監管體制等全面發(fā)展措施。全面認識德國的氫能實(shí)踐經(jīng)驗對中國氫能發(fā)展具有重要的啟示。

關(guān)鍵詞：氫能；德國；能源轉型

20世紀90年代中期，氫就作為“提供脫碳，可持續能源系統必不可少的元素”而被寄予厚望[1]，但此后20年的發(fā)展進(jìn)程遠遠低于人們的期望。2015年，根據《巴黎協(xié)定》設定的全球控溫1.5?℃和凈零排放目標，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(shí)現。由于交通運輸和工業(yè)領(lǐng)域脫碳的復雜性和難度，僅靠可再生能源遠不能滿(mǎn)足CO2或溫室氣體凈零排放的“脫碳”要求，氫能由于具備來(lái)源多樣、清潔低碳、安全、靈活高效、應用場(chǎng)景豐富等特點(diǎn)再次受到重視，被視為未來(lái)10年替代碳氫化合物，應對氣候變化的關(guān)鍵。

德國在能源轉型中一直很重視氫能的作用，將氫能視為應對能源轉型中波動(dòng)性可再生能源安全穩定供應和經(jīng)濟關(guān)鍵部門(mén)脫碳難題的重要方式。早在2004年，德國政府就制定和實(shí)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《國家氫能戰略》為其確立了氫能發(fā)展的戰略地位與重點(diǎn)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。客觀(guān)分析德國氫能發(fā)展的實(shí)踐經(jīng)驗，可以為認識氫能在中國能源轉型和實(shí)現碳中和目標的作用，客觀(guān)認識中國氫能實(shí)踐中存在的問(wèn)題，制定中國氫能戰略和相關(guān)政策措施提供有價(jià)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型和碳中和目標中戰略地位，支持措施從氫能發(fā)展的某個(gè)方向、環(huán)節到氫能全產(chǎn)業(yè)鏈和重點(diǎn)應用場(chǎng)景系統措施轉變。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(dòng)了國家創(chuàng )新計劃（NIP）計劃來(lái)推動(dòng)實(shí)施氫能發(fā)展項目的實(shí)施。2006—2016年期間，德國聯(lián)邦政府通過(guò)《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《國家氫能戰略》，2021年德國國家理事會(huì )發(fā)布發(fā)布《德國氫行動(dòng)計劃2021—2025》。至此，德國氫能發(fā)展的系統的戰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[2，3]。我們認為，德國氫能發(fā)展中有如下一些經(jīng)驗非常重要[4]。

1.1 氫能的戰略定位邏輯清晰、重點(diǎn)方向明確

德國從能源轉型和碳中和目標出發(fā)，把氫能發(fā)展視為能源轉型的重要組成部分和解決一些部門(mén)脫碳難題的解決方案。其氫能戰略定位邏輯清晰、重點(diǎn)方向明確，主要表現：

（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(cháng)期使用。在德國備受爭議的使用碳捕獲和儲存（CCS）的天燃氣制氫只能“以過(guò)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(shí)現德國2050年碳中和目標的解決方案。

（2）明確氫能的應用場(chǎng)景主要是4個(gè)方面：①氫作為一種能量?jì)Υ嫫鳎梢愿鶕┙o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的長(cháng)周期供需調節方面發(fā)揮作用；②某些無(wú)法利用常規技術(shù)實(shí)現零碳轉型的高耗能工業(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(wèn)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(guò)Power to X工藝制備的以氫為基礎的能源來(lái)滿(mǎn)足碳中和目標；④在供熱市場(chǎng)，長(cháng)遠來(lái)看，在工業(yè)過(guò)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(dòng)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(cháng)期以不同的方式為部分供熱市場(chǎng)的脫碳化作出貢獻。

1.2 針對氫能發(fā)展具體目標分門(mén)別類(lèi)制定了近中期措施

德國《國家氫能戰略》提出到2026年政府將投資123.6億歐元用于38項氫能專(zhuān)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，由國家主導公平定價(jià)的能源價(jià)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(jià)機制，對制備“綠氫”的電能在一定程度上免除稅費、附加費和分攤費等。在氫能應用場(chǎng)景方面，交通領(lǐng)域強調激活市場(chǎng)支持對氫能汽車(chē)（輕、重型卡車(chē)/商用車(chē)、大客車(chē)、火車(chē)、內河和沿海航運、車(chē)隊使用的轎車(chē)）的投資，在歐洲通行收費指令的框架下采用貨運卡車(chē)根據碳排放差異定價(jià)的方式，鼓勵采用環(huán)保型驅動(dòng)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(guò)程中產(chǎn)生排放的常規化石技術(shù)向溫室氣體低排放或溫室氣體平衡的工藝轉型。特別是在鋼鐵和化工業(yè)中向氫能原材料和燃料的轉型起著(zhù)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 氫能基礎研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)與氫能示范項目并重

德國政府從基礎研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和示范項目推動(dòng)氫能發(fā)展。2015年，德國經(jīng)濟事務(wù)和能源部啟動(dòng)能源轉型與創(chuàng )新平臺——哥白尼科學(xué)研究計劃，旨在引起能源領(lǐng)域的范式轉變，為促進(jìn)成果的誕生與轉化，該計劃分為理論概念期、實(shí)踐檢驗期與示范項目期，每個(gè)階段時(shí)間跨度約為3年[5]。

“哥白尼”計劃下設多個(gè)子計劃，針對性地解決氫能開(kāi)發(fā)的具體問(wèn)題。ENSURE計劃開(kāi)發(fā)未來(lái)的電網(wǎng)，以應對可再生能源的波動(dòng)供應以及實(shí)現雙向輸送電力，進(jìn)而實(shí)現電力、輸送、供暖、燃氣之間的部門(mén)耦合；P2X計劃將二氧化碳、水和可再生能源的電力轉化為燃料、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(dòng)、適應可再生能源的間歇性；Ariadne計劃分析政策如何聯(lián)合各部門(mén)發(fā)揮整體作用。總體上，德國的氫能基礎研究主要集中在與針對應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)研究到應用的轉化，構建了能源轉型的仿真實(shí)驗室，并將來(lái)自實(shí)驗室的創(chuàng )新成果以快速投入應用，推進(jìn)氫能發(fā)展的產(chǎn)學(xué)研一體化。

目前，德國有22個(gè)已經(jīng)建成和正在建設的氫能示范項目，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用場(chǎng)景[6]。德國制氫示范項目見(jiàn)表1。儲運氫方面，由于氫的特殊物理和化學(xué)性質(zhì)，該過(guò)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不同的環(huán)境條件、實(shí)際需求而實(shí)施的（見(jiàn)表2）。氫能應用方面，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、交通運輸等（見(jiàn)表3）。

Tab.1 Hydrogen production demonstration project in Germany

表1 德國制氫示范項目

資料來(lái)源：整理自公開(kāi)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(lái)源：整理自公開(kāi)網(wǎng)站

Tab.3 Hydrogen energy application demonstration project in German

表3 德國氫能應用示范項目

資料來(lái)源：整理自公開(kāi)網(wǎng)站

1.4 氫能開(kāi)發(fā)與應用的國際合作是德國氫能戰略不可缺少的部分

德國在推進(jìn)氫能戰略時(shí)非常重視國際技術(shù)與經(jīng)貿合作。

（1）德國通過(guò)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(kāi)著(zhù)氫能技術(shù)研發(fā)合作。該聯(lián)盟通過(guò)整合生產(chǎn)水平、用氫需求等手段實(shí)現到2030年大規模部署清潔氫技術(shù)。德國以開(kāi)發(fā)氫能全價(jià)值鏈為重點(diǎn)推進(jìn)合作，并幫助本土企業(yè)在國外市場(chǎng)搭建平臺，緩解發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)時(shí)獲取碳中性能源的壓力。

（2）德國認識到，從中長(cháng)期來(lái)看，為了實(shí)現至2030年的氣候目標和至2050的溫室氣體平衡目標，德國自身的可再生能源發(fā)電量難以滿(mǎn)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?chē)H貿易出發(fā)，積極推動(dòng)國內外的氫能運輸和配送基礎設施布局和建設，推動(dòng)氫能技術(shù)與產(chǎn)品標準的國際認證，以及積極在全球綠氫生產(chǎn)條件好開(kāi)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(cháng)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(lái)大量進(jìn)口綠氫。

1.5 建立氫能發(fā)展的國家監管框架

為推動(dòng)氫能戰略的實(shí)施，德國建立了稱(chēng)為“以結果為導向”的監管機制[4]。由相關(guān)職能部門(mén)組成的氫能?chē)鴦?wù)秘書(shū)委員會(huì )負責氫能戰略管理與監督執行，確保國家氫能戰略與市場(chǎng)發(fā)展保持協(xié)調。如果執行出現拖延或目標出現偏差，國務(wù)秘書(shū)委員會(huì )有權采取修正措施和調整行動(dòng)方案。德國聯(lián)邦政府氫能發(fā)展的國家監管框架見(jiàn)圖1[4]。

圖1 德國聯(lián)邦政府氫能發(fā)展的國家監管框架[4]

Fig.1 National regulatory framework for hydrogen energy development of the German Federal Government

聯(lián)邦政府同時(shí)組建國家氫能理事會(huì )作為咨詢(xún)和支持機構。理事會(huì )由26名來(lái)自經(jīng)濟界、科學(xué)界和社會(huì )的高級專(zhuān)家（不隸屬于公共管理機構）組成。國家氫能理事會(huì )的任務(wù)是，在國家氫能戰略的執行和繼續開(kāi)發(fā)過(guò)程中，以提出意見(jiàn)和行動(dòng)建議的方式向國務(wù)秘書(shū)委員會(huì )提供咨詢(xún)和支持。國務(wù)秘書(shū)委員會(huì )和國家氫能理事會(huì )將定期共同舉行會(huì )議。聯(lián)邦相關(guān)職能部門(mén)負責人（例如主管的司局領(lǐng)導）作為嘉賓列席理事會(huì )的會(huì )議，各聯(lián)邦州也可派兩名代表作為嘉賓列席會(huì )議。氫能理事會(huì )每年至少召開(kāi)兩次會(huì )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(shū)委員會(huì )和國家氫能理事會(huì )的常駐嘉賓。

聯(lián)邦政府還建立一個(gè)氫能指揮部。氫能指揮部的主要職責主要有3個(gè)方面：（1）協(xié)助各職能部門(mén)實(shí)施國家氫能戰略，并在行動(dòng)建議的協(xié)調和成文等方面為氫能理事會(huì )提供支持。（2）利用靈活的項目管理結構在國家氫能戰略的實(shí)施中積極地為各職能部門(mén)提供支持，并為此設置了特定主題的工作小組。（3）編制氫能戰略實(shí)施監督報告和擴展報告，對戰略和行動(dòng)計劃進(jìn)行總體評估，并擬定繼續開(kāi)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(chē)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(cháng)期規劃（2021—2035年）》是中國第一份國家層面的系統氫能規劃。改規劃確立了“綠氫”作為鼓勵發(fā)展的方向、推動(dòng)氫能在交通、儲能和工業(yè)示范作為重點(diǎn)應用場(chǎng)景等，這對中國未來(lái)氫能發(fā)展具有重要指導意義。

然而，中國氫能發(fā)展實(shí)踐中仍然存在一些與氫能中長(cháng)期規劃方向不一致，不利于規劃落實(shí)的問(wèn)題。主要表現在3個(gè)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(chǎng)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(shí)發(fā)展氫能項目，短期內推進(jìn)過(guò)快，導致低水平重復投資問(wèn)題突出；（3）各地氫能發(fā)展方向基本局限在燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域，示范應用主要集中在以公交車(chē)為主要應用場(chǎng)景的交通領(lǐng)域，應用場(chǎng)景單一，產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化突出。

我們認為，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)展置于能源轉型的趨勢下，確定氫能在中國未來(lái)能源系統中的合理位置和優(yōu)先的應用場(chǎng)景，并針對具體應用場(chǎng)景制定有針對性的發(fā)展政策與管理體制。

當前的能源轉型是為應對全球變暖而推動(dòng)的，其完整的內涵包括“一個(gè)目標，兩個(gè)支柱”。“一個(gè)目標”是大幅度降低人類(lèi)活動(dòng)排放的二氧化碳量，以減緩全球變暖；兩個(gè)支柱分別是：（1）提高能源效率和節能，降低化石能源消費總量，從而降低二氧化碳排放量。這在當我國能源消費都是化石能源占主導地位的階段，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(zhù)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(lái)越重要的作用。

可見(jiàn)，“脫碳”是當前能源轉型的基本動(dòng)因。為實(shí)現我國2060碳中和目標，中國能源系統必須提前實(shí)現“零碳”。由于目前還不存在成熟的氫能利用場(chǎng)景，確定氫能在中國未來(lái)零碳能源的地位與作用，必須動(dòng)態(tài)考慮其他零碳能源既有作用情況下來(lái)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)和規模上的競爭優(yōu)勢，等到氫能在一些應用場(chǎng)景具備產(chǎn)業(yè)化條件時(shí)，也沒(méi)有必要再出臺相應的政策去推動(dòng)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型和碳中和的要求。

從這個(gè)角度看，“氫能”未來(lái)價(jià)值最大的的應用場(chǎng)景不是公路交通，至少不是最重要的應用場(chǎng)景。因為目前的純電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)不斷迭代，基礎設施逐漸完善，相對氫燃料電池車(chē)來(lái)說(shuō)具有越來(lái)越大的競爭優(yōu)勢。因此，氫能在中國未來(lái)能源系統中的地位和作用，不是在已經(jīng)具有成熟技術(shù)的交通領(lǐng)域大規模推廣，而是應該是彌補現有低碳和零碳能源技術(shù)無(wú)法解決的問(wèn)題和應用場(chǎng)景。根據國際氫能委員會(huì )（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)域的應用潛力將逐步凸顯，到2030年，氫能可在22種終端應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(chē)、長(cháng)途卡車(chē)運輸、航運和氫冶煉等應用領(lǐng)域。

參考文獻

[1]U.S.Department of Energy.The green hydrogen report[R].Golden:NREL,1995.

[2]孫程.德國氫能源發(fā)展戰略及其借鑒[J].生態(tài)經(jīng)濟，2020,36(8):1-4.SUN C.German hydrogen energy development strategy and its use for reference[J].Ecological Economy,2020,36(8):1-4.

[3]符冠云，熊華文.日本、德國、美國氫能發(fā)展模式及其啟示[J].宏觀(guān)經(jīng)濟管理，2020(6):84-90.FU G Y,XIONG H W.Hydrogen energy development models in Japan,Germany and the United States and their inspiration[J].Macroeconomic Management,2020(6):84-90.

[4]Federal Ministry for Economic Affairs and Energy(BMWi).The national hydrogen strategy introduction[R/OL].(2020-06-10)[2022-07-25].https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Publikationen/Energie/die-nationale-wasserstoffstrategie.html.

[5]How the copernicus project ariadne intends to act as a guide through the energy turnaround[EB/OL].[2022-02-26].Germany Federal Ministry of education and research.https://www.kopernikus-projekte.de/en/projects.

[6]張茜，苗盛，陶光遠.歐洲面向未來(lái)的氫能示范項目及借鑒[J].能源，2022(1):52-56.ZHANG Q,MIAO S,TAO G Y.Future oriented hydrogen energy demonstration projects in Europe and their use for reference[J].Energy,2022(1):52-56.

[7]Aqua Sector:Study investigates potential for first largescale offshore hydrogen park in the German North Sea[EB/OL].(2021-07-23)[2022-06-08].https://www.equinor.com/en/news/20210723-aquasector-studyoffshore-hydrogen-park.html.

[8]Hamburg Green Hydrogen Hub.Newly established hamburg hydrogen network to‘make hamburg greener’[EB/OL].(2 0 2 1-0 4-2 6)[2 0 2 2-0 6-2 2].h t t p s://w w w.h g h h.eu/news/newly-established-hamburg-hydrogen-networkto-make-hamburg-greener.

[9]Fuel Cells Works.Clean hydrogen coastline as the cornerstone for a European hydrogen Economy-fuel cells works[EB/OL].(2021-03-24)[2022-06-22].https://fuelcellsworks.com/news/clean-hydrogen-coastline-as-thecornerstone-for-a-european-hydrogen-economy/.

[10]Fuel Cells Works.Uniper puts natural gas storage facility krummhorn to the test for storing hydrogen[EB/OL].(2022-4-11)[2022-6-13].https://fuelcellsworks.com/news/uniper-puts-natural-gas-storage-facility-krummhornto-the-test-for-storing-hydrogen/.

[11]Hydrogen Central.Doing Hydrogen:GASCADE and ONTRASto launch hydrogen hub for Eastern Germany[EB/OL].(2021-06-02)[2022-06-25].https://hydro gen-central.com/doinghydrogen-gascade-ontras-hydrogen-hub-eastern-germany/.

[12]Rhenus Logistics.Emission-free future in freight transportation:rhenus to use hydorgen-powered trucks from 2024onwards[EB/OL].(2022-2-23)[2022-6-10].https://www.rhenus.group/us/en/news-media/detail/emission-free-futurein-freight-transport-rhenus-to-use-hydrogen-poweredtrucks-from-2024-onwards/.

[13]The energy source of the future is hydrogen without a CO2 backpack[EB/OL].[2022-06-28].https://bayh 2.de/regenerativer-wasserstoff/.

[14]《全球氫能觀(guān)察2021》系列研報之四：全球氫能應用發(fā)展趨勢觀(guān)察[EB/OL].(2021-07-26)[2022-07-25].https：//www.sohu.com/a/479562942_100070607.Global hydrogen energy review 2021 eection IV:observation on the development trend of global hydrogen energy application[EB/OL].(2021-07-26)[2022-07-25].https://www.sohu.com/a/479562942_100070607.

[15]朱彤.我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)、問(wèn)題與定位[J].中國發(fā)展觀(guān)察，2021(Z3):112-117.ZHU T.Characteristics,problems and positioning of the development of China’s hydrogen energy industry[J].China’s Development Observation,2021(Z3):112-117.

李雅卓，中國社會(huì )科學(xué)院大學(xué)應用經(jīng)濟學(xué)院。

朱彤,李雅卓.德國能源轉型進(jìn)程中氫能發(fā)展經(jīng)驗及啟示[J].世界石油工業(yè),2022,29(05):11-16.