2023年德国《国家氢能战略》助推能源转型.pdf

第 42 卷 第 10 期2023 年 10 月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.42 No.10Oct.2023【编者按】德国政府于 2020 年 6 月制定了首版国家氢能战略,计划投资 90 亿欧元促进氢能的生产和使用,对德国的氢能产业进行了布局。2023 年 7 月更新版的德国国家氢能战略确定了氢能战略具体目标,制定了氢能战略的具体实施方案。新版的国家氢能战略将助力德国氢能技术快速发展,推动氢能在能源转型中发挥作用。2023 年德国国家氢能战略助推能源转型朱宏康,刘 凡(西北有色金属研究院,陕西 西安 710016)1 前 言氢能作为一种零碳能源,对于减少碳排放、应对气候变化具有重要作用。氢能也被视为欧盟国家推进能源结构向低碳转型的关键,在工业、交通、建筑等领域极具潜力。德国已着手成为相关氢能技术的全球领先者,政府已制定了一项国家氢能战略来实现这些目标。2020年,德国政府制定了首个国家氢能战略1,为未来氢能的制取、运输、使用和再利用,以及相应的创新和投资制定了统一的行动框架。俄乌冲突爆发后,德国对传统能源的依赖受到了巨大冲击,加剧了德国能源转型的紧迫性。正是在这样的背景下,2023 年 7 月,德国联邦内阁提交了一份战略更新,以加快氢经济的市场增长。更新版德国国家氢能战略旨在推动和加快德国氢能市场的发展,以适应更高的气候保护目标和迎接能源市场的新挑战(图 1)2。2 德国国家氢能战略更新内容2023 年国家氢能战略更新确定了截至 2030 年的几个目标3,4:一是加快氢能市场发展;二是到 2030年,将德国绿色氢气的电解产能目标从 5 提高到 10 GW;三是到 2027/2028 年,在德国内建成 1800 km 的氢能管道以及在欧洲境内建设氢能管道(通过“欧洲氢骨干”倡议与邻国连接);四是将建立氢能在工业、重型商用车、航空、海运及天然气发电制氢厂中的应用;五是到 2030年,使德国成为氢能技术领先国;六是在欧洲和国际层面创造合适的框架条件,尽可能在国际层面上设立一致的法规框架,以支持市场发展。新版的国家氢能战略最重要的是制定了使氢能市场加速的具体方案,在确定较高目标的同时增强了氢能的实用性。战略更新列出了 4 个不同行动领域,关于图 1 2023 年更新版德国国家氢能战略2Fig.1 The 2023 update of Germanys national hydrogen strategy22023 年的短期措施、2024/2025 年的中期措施以及 2030年前的部分长期措施清单,具体措施见图 2。2.1 确保到 2030 年氢气供应充足德国在 2020 年首次发布的国家氢能战略,当时预估到 2030 年该国氢能需求量为 90110 TWh。新版国家氢能战略则预测称,氢能需求量届时预计将增长至 95130 TWh。面对大幅增加的氢能需求,德国希望从国内生产和国际进口两方面共同努力。在国内生产方面,德国计划到 2030 年电解水生产绿色氢气的能力达到 10 GW(2020 年首版国家氢能战略中为 5 GW)。由于德国国内氢生产潜力有限,其大部分需求将不得不长期依靠进口氢及其衍生物来满足。根据评估,在 2030 年的预测需求量中,约 50%70%的氢将通过从国外进口来满足。在进口方面,德国制定了相应中国材料进展第 42 卷图 2 2023 年更新的德国国家氢能战略的行动措施Fig.2 A list of measures in four different fields of action for the 2023 update of Germanys national hydrogen strategy的氢气进口战略,建立了多元化供应以及安全、可持续的氢供应链和可持续标准。同时,加强欧盟层面的合作,利用南欧、北海、波罗的海、地中海和黑海生产氢气的潜力,通过欧洲氢能银行(European Hydrogen Bank),加强德国与欧盟在第三国进口氢能方面的合作。2.2 建立强有力的氢能基础设施除了氢的供应之外,发展氢气运输、储存和应用基础设施对于市场的发展也至关重要。在氢能战略中,德国主要从国内氢能基础设施建设、欧洲氢气骨干网、第三国氢进口基础设施 3 方面来发展氢能。到 2027/2028年,德国将初步建立起氢能基础设施网络,包括超过1800 km 长的改建和新建氢气管道;在整个欧洲将增加约 4500 km 氢气管道。在国内氢能基础设施建设方面,德国将协调电力、天然气和氢气的网络规划框架,在“欧盟共同利益重要项目”(IPCEI)之外发展国家氢电网。在欧洲氢气骨干网方面,欧盟成员国的新兴网络将通过欧洲氢骨干网连接起来。此外,在第三国氢进口基础设施方面,德国计划将在其沿海建造船舶运输进口码头,以满足国内的氢气需求。通过氢能基础设施网络的扩建,德国计划在 2030 年前连通氢能生产、储运、进口和消费的各个环节。2.3 推动氢能在各领域的落地应用在电力行业,氢能有助于保障能源安全,可以将现有天然气电厂改造为以气候中和气体为燃料的“适用氢”燃气电厂(H2-ready),以及将电解槽作为灵活电力或弹性负荷服务于电力系统,增加电力系统稳定性。到 2030 年,氢及其衍生物将主要用于工业领域,如化工和钢铁行业,其次是用于燃料电池或作为可再生燃料用于交通领域。2.4 创造有效的框架条件在德国和欧洲以及国际层面上建立完善的管理措施。其中重点包括,建立可持续性标准和认证,在欧盟层面设定蓝氢温室气体排放阈值,以及制定技术和投资路线图等。3 德国氢能战略行动自首部氢能战略推出以来,德国政府也不断出台各项支持政策,推进海外的氢能项目建设,积极开展与其他国家的氢能合作5。3.1 德国联邦内阁决议通过关于建设氢能核心网络的立法草案 2023 年 5 月 24 日,德国联邦内阁通过了能源经济法的修正案,该修正案规定了关于德国未来氢能核心网络的法律和监管框架。氢能核心网络的第一阶段将包含重要的氢能基础设施,这些设施将在 2032 年前投入使用。3.2“欧盟共同利益重要项目”氢能项目推动了氢能市场的快速发展 在“欧盟共同利益重要项目”氢能项目(下文简称“IP-CEI 氢能项目”)框架下,整个氢能价值链上的各类项目 从绿氢生产,到必要的基础设施建设,再到氢能在工业和交通等领域的应用,都得到了资助。“IPCEI 氢能项目”由德国联邦经济和气候保护部、德国联邦数字化和交通部和各联邦州共同资助,资金总额超过 100 亿欧元。德国共有 62 个项目获得“IPCEI 氢能项目”资助。其中包括电解能力超过 2 GW 的绿氢制备项目,以及长约1700km 的氢气管道建设项目。阿塞洛米塔尔钢铁集团(Arcelor Mittal)、SHS 钢铁集团(Stahl Holding Saar)、萨尔茨吉特集团(Salzgitter Stahl)和蒂森克虏伯公司(Thys-senkrupp Steel)在内的德国主要钢铁生产商都入选了该资助项目。预计到 2030 年,这些项目每年可减少 1000 多万吨二氧化碳排放。(下转第 786 页)848中国材料进展第 42 卷7200-7209.27 DOSKEY C M,BURANASUDJA V,WAGNER B A,et al.Redox BiologyJ,2016,10:274-284.28 ERMAK G,DAVIES K J.Molecular ImmunologyJ,2002,38(10):713-721.29 NORTHUP A,CASSIDY D.Journal of Hazardous MaterialsJ,2008,152(3):1164-1170.30 HAN Y,OUYANG J,LI Y,et al.ACS Applied Materials&Inter-facesJ,2020,12(1):288-297.31 YAN J,MENG W,SHAN H,et al.ACS Applied Nano MaterialsJ,2021,4(2):1351-1363.32 CHEN F,YANG B,XU L,et al.ChemMedChemJ,2021,16(14):2278-2286.33 MASOMBOON N,RATANATAMSKUL C,LU M.Environmental Science&TechnologyJ,2009,43(22):8629-8634.34 PAN Y,SU H,ZHU Y,et al.Water ResearchJ,2018,145:731-740.35 LIN L,HUANG T,SONG J,et al.Journal of the American Chemi-cal SocietyJ,2019,141(25):9937-9945.36 HOU S,GAO Y,MA X,et al.Chemical Engineering JournalJ,2021,416:129037.37 WU D,BAI Y,WANG W,et al.Journal of Hazardous MaterialsJ,2019,374:319-328.38 TANG Z,LIU Y,NI D,et al.Advanced MaterialsJ,2019,32(4):1904011.39 FRANKLIN R B,COSTELLO L C.Archives of Biochemistry and Bi-ophysicsJ,2007,463(2):211-217.40 ZHANG D,HUANG F,MA Y,et al.ACS Applied Materials&In-terfacesJ,2021,13(15):17392-17403.(编辑 费蒙飞)(上接第 848 页)3.3 针对“气候保护合约”的资助计划启动德国政府于今年6 月初启动了“气候保护合约”资助计划的筹备程序,以支持德国污染工业向脱碳技术转型。“气候保护合约”将推动能源密集型行业(如钢铁、水泥、造纸或玻璃行业)使用氢能等可再生能源,促进工艺流程的绿色、低碳发展。“气候保护合约”为当下德国开发和建设必要的氢能技术和基础设施提供了动力。由此,制氢设备和氢气运输管道得到搭建和铺设,气候友好型工厂在融资、建设和运营方面的经验得到了积累,由气候友好型终端产品组成的市场,绿色主导的市场也建立了起来。3.4 H2Global 将成为欧洲氢能项目H2Global 是德国为推动氢能市场增长而成立的基金会,通过提供进口补贴来加速扩大欧洲和全球绿色氢能和电转X(Power-to-X)产品(例如氨、甲醇)的市场和进口。现在将德国“H2Global”项目打造成欧洲氢能项目,并在未来对所有希望开展氢能招标的欧盟国家开放。欧盟能源专员卡德瑞希姆森和德国联邦经济和气候保护部部长哈贝克于2023 年 6 月 1 日决定将最新成立的欧洲氢能银行和德国H2Global 相衔接,双方达成的这一合作被视为确保德国和欧洲氢能需求扩大以及全球绿氢市场增长的重要一步。3.5 德国和挪威深化关于工业脱碳的伙伴对话2023 年1 月初,德国和挪威在奥斯陆达成大型氢能合作协议,双方将建立氢能合作伙伴关系,共同建造氢能发电站。此外还计划在两国之间铺设一条氢能输送海底管道,以减少对德国对俄罗斯能源供应的依赖。4 结 语2023 年德国国家氢能战略重点在于确保氢能及其衍生产品的充足供应,推进氢能基础设施建设,以及促进氢能在各个领域的实际应用。其战略措施涵盖整个氢能价值链,这些措施将加速氢能以及氢能应用技术的市场发展,进一步提升德国在氢能技术领域的领先地位。参考文献 References1 Federal Ministry for Economic Affairs and Energy Public Relations Divi-sion.The National Hydrogen StrategyR/OL.(2020-06)2023-10-16.https:/www.bmwk.de/Redaktion/DE/Publikationen/Energie/die-nationale-wasserstoffstrategie.html.2 Federal Ministry for Economic Affairs and Energy Public Relations Divi-sion.The National Hydrogen StrategyR/OL.(2023-07)2023-10-16.https:/www.bmwk.de/Redaktion/DE/Publikationen/Energie/fortschreibung-nationale-wasserstoffstrategie.html.3 SREN A.Wettengel Journalism for the Energy TransitionEB/OL.(2023-07-26)2023-10-16.https:/www.cleanenergywire.org/factsheets/germanys-national-hydrogen-strategy#one.4 Federal Ministry for Economic Affairs and Energy Public Relations Divi-sionEB/OL.(2023-07-26)2023-10-16.https:/www.bm-wk.de/Redaktion/DE/Pressemitteilungen/2023/07/20230726-mark-thochlauf-fuer-wasserstoff-beschleunigen.html.5 Federal Ministry for Economic Affairs and Energy Public Relations Divi-sionEB/OL.(2023-9-19)2023-10-16.https:/www.bmwk-energiewende.de/EWD/Redaktion/Newsletter/2023/06/Meldung/news2.html.(编辑 费蒙飞)687