2020德国国家氢能战略.pdf
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1、国家氢能战略bmwi.deI.氢能战略:发掘潜力,把握机会.2II.国家氢能战略:目标和志向.4 承担全球责任.4 增强氢能竞争力.4 在德国开发氢能技术的“本土市场”,拓宽进口渠道.4 将氢能确立为替代能源.5 使氢能可持续地成为工业的原材料.5 继续开发运输和配送基础设施.5 促进科学研究,培养专业人员.6 转型过程的塑造和伴随.6 加强德国经济实力,保障德国企业在全球市场上的机遇.6 建立氢能国际市场和合作.6 抓住全球合作的契机.7 继续扩建氢能制取、运输、储存和应用的高质量基础设施,保证其安全和建立信任.7 不断改善框架条件,促进当前的发展.7III.氢能:现状、行动领域和未来市场.
2、8 氢及其衍生产品的现状和预期的发展.8 氢能作为欧洲共同项目.9 国际贸易.10 国内外的运输和配送基础设施.10 研究、教育和创新.11IV.国家氢能战略的监管.12 联邦和各州的协同效应.13V.行动计划:国家氢能战略取得成功的必要步骤.14 氢气的制取.14 应用领域.15VI.术语表.25目录2I.氢能战略:发掘潜力,把握机会清洁、安全和经济的能源供应对于我们的生活至关重要。通过我们在可再生能源扩建方面及在能源效率领域的努力和取得的成功,能源转型为此奠定了基础。而联邦内阁决议通过的2030年气候保护计划,为联邦政府实现2030年气候目标创造了前提条件。为了将全球变暖明显限制在2度以下
3、,并尽可能限制在1.5度,联邦政府长期追求与巴黎协定一致的气候中和目标。另外,德国与欧盟其他成员国一道公布了2050年温室中和目标。这意味着,在做出退出煤电决议之后,也必须尽可能地避免减排难度大的排放,例如工业生产过程中产生的温室气体。成功实现能源转型意味着,要将供应安全性、经济性和环保性与创新型和智能型气候保护结合起来。为此,我们需要为目前仍在使用的化石能源找到替代品。这一点也特别适用于气态和液态能源,从长远的角度来看,这类能源对于德国这样的工业国家来说仍将是能源系统的一个重要组成部分。在这方面,氢能1对能源转型的继续发展和圆满完成将起到核心作用:z氢能是一种应用范围广泛的能源形式。例如应用
4、在燃料电池中,能促进氢基交通的发展,并且在未来用作合成动力燃料和燃料的基础。z氢是一种能量储存器,它可以根据供给需求灵活地储存可再生能源,并起到平衡供求关系的作用。这使氢能成为了能源转型的一个重要基石。z氢能是行业耦合的一个重要因素。在无法直接使用可再生能源电能的领域中,“绿氢”及其衍生产品(PtX系统)开启了脱碳化新途径。z在当今许多化学和工业工艺过程中,氢已经不可或缺。例如在氨气生产中就需要它作为原料。在未来,应替代现今已在使用的化石燃料制取的氢。此外,将氢作为原料使用,可在其他按照目前的技术水平尚不能采用脱碳技术的生产过程中实现脱碳化。这样对于温室气体平衡的生产,例如对初级钢材的生产来说
5、,使用氢能替代硬煤焦炭是目前技术上最具前途的途径。z工业中的某些二氧化碳源,例如水泥工业生产工艺过程中的排放,长期来看只能以氢脱碳。将捕集到的工业二氧化碳排放利用氢转化成有用的化学品(CCU),从而为原料工业开拓出新的价值创造链。为了能够将氢变成我们脱碳化战略的一个核心组成部分,必须着眼于整个价值创造链,它涵盖了从技术、制取、储存、基础设施和应用,以及物流和高质量基础设施等各个重要方面。为了实现温室气体平衡的目标,承担起实现巴黎协定目标的国际责任,德国必须创造条件,确立氢为脱碳化选项之一的地位。对此,联邦政府认为,只有在可再生能源基础上制取的氢(“绿氢”)才是长期可持续1 联邦政府认为,只有在
6、可再生能源基础上制取的氢(“绿氢”)才是长期可持续的。3I.氢能战略:发掘潜力,把握机会的。因此,联邦政府的目标是利用“绿氢”,支持“绿氢”顺利的市场推广,以及建立相应的价值创造链。同时联邦政府也认为,在未来的十年内将会形成一个全球和欧洲氢能市场。在该市场上也将交易碳中和氢(例如“蓝氢”或“青氢”)。由于德国与欧洲能源供应基础设施有着密不可分的联系,因此碳中和氢在德国也扮演着重要的角色,如果有供应,德国会作为过渡加以利用。同时,在工业政策方面氢能也提供不断增长的潜力和机会,消除新冠疫情带来的冲击,支持德国和欧洲的经济发展。因此,国家氢能战略(NWS)的目标也包括利用与此相关的国民经济意义上的机
7、遇。联邦政府很早就已经认识到了氢能技术的发展前途,因此例如在国家创新计划氢能和燃料电池技术(NIP)的框架下,从2006年至2016年批准了约7亿欧元的扶持资金,在2016年至2026年期间扶持资金量将高达14亿欧元。此外,联邦政府从能源研究计划资金中拨款构建了一个绝佳的研究环境,与此同时,在能源和气候基金框架下,从2020年至2023年投资3亿1千万欧元来继续扩大对“绿氢”的应用型基础研究,并计划从2020年至2023年投资2亿欧元加强氢能技术的应用型能源研究。另外,“能源转型仿真实验室”也将加速氢能技术和创新从研究到实际应用的转化,并预计在2020年至2023年期间对其投入6亿欧元的资金。
8、在国家脱碳化计划的框架下,主要促进对工业技术和大型技术设备的投资,将氢能用于生产工艺的脱碳化。为此目的,从2020年至2023年将有10亿资金可供使用。其他促进氢能在工业生产中的应用,以及在原材料工业中减少和利用二氧化碳的计划都以支持对氢能技术的工业投资为目的。此外,联合执政委员会2020年6月3日的未来一揽子计划规定,再投资70亿欧元用于氢能技术在德国的市场推广,以及再投资20亿欧元用于国际合作。相关项目的实际可用资金来自于各职能部门的预算拨款。在中长期内,氢能的需求预计将大幅增长。为了发掘氢能技术的潜力,目前就需要采取后续步骤,并与经济界一道真正实现市场推广。为了实现该目标,国家氢能战略就
9、氢能经济和可持续的制取、运输和使用方面的私人投资制定了框架条件。就目前来看,能源转型预计所需的大量氢能无法仅靠在德国生产,因为德国境内可再生能源的生产能力是有限的,因此在未来德国必然仍将是一个能源进口大国。鉴于此,我们将围绕着“氢能”主题扩大和加强国际合作及合作伙伴关系。近年来,“氢能”主题在欧洲及国际层面上也得到了迅猛发展。联邦政府在2018年9月与欧盟委员会及27个欧洲国家共同签署了“欧洲氢能倡议”,并将氢能技术和系统确立为具有战略意义的价值创造链。联邦政府将利用这种迅猛发展的趋势,并在2020年担任欧盟理事会轮值主席国期间,在此战略意义上继续推进“氢能”主题。所描述的各项措施由各个职能部
10、门负责,并由他们在有效的预算和财政拨款的框架下提供资金资助。4联邦政府推出的国家氢能战略为未来氢能的制取、运输、使用和再利用,以及相应的创新和投资制定了协调一致的行动框架。该框架确定了必要的步骤,以期为实现气候目标做出贡献,为德国经济创造新的价值创造链,并深入开展国际能源政策领域的合作。在此背景下,国家氢能战略主要追求以下目标:承担全球责任联邦政府承诺德国对降低温室气体排放负有全球责任。通过开发氢能市场和确立氢能作为脱碳化选项,德国能够为全球气候保护做出重大贡献。增强氢能竞争力在有效的框架条件下,氢能的制取和使用还不是很经济。由于目前二氧化碳排放的间接成本还未计入其价格,所以特别是使用化石能源
11、的价格优势非常突出。为了使氢能变得更经济,我们必须推动氢能技术降低成本。对此,为了推动技术进步和规模经济的发展,尽快为首批应用领域的转型提供必要的临界规模,迅速扩大氢能生产和使用在国际市场上的推广具有重大意义。其中须特别关注是:目前已经接近经济性的领域,可避免更大路径依赖性的领域,或者无法用其他方法脱碳的领域,例如避免钢铁和化工行业或某些交通领域中的过程排放。但是,我们也将长期关注供热市场的部分领域。在德国开发氢能技术的“本土市场”,拓宽进口渠道作为氢能技术市场推广的第一步,强大和可持续的国内氢能生产和氢能应用,即“本土市场”是不可或缺的。强大的“本土市场”对于氢能技术在国外的应用也具有重要的
12、信号作用。同时,对德国氢能技术市场推广的激励,以及特别是扩建和运营电解设备的激励措施,要与能源转型保持一致。联邦政府预计至2030年氢能需求为大约90至110太瓦时。为了部分满足这一需求,至2030年德国应具备总功率高达5吉瓦的生产设备,其中包括必要的离岸和陆上发电设备。这相当于高达14太瓦时的“绿氢”生产2,所需的可再生电能高达20太瓦时。同时要保证,由电解设备诱发的电能需求不会导致碳排放的增加。另外,在国家氢能战略监控的框架下,联邦政府将详细记录“绿氢”的需求发展。至2035年期间,最晚不超过2040年,尽可能增建5吉瓦设备。但是,绝大部分的氢能无法只由当地制取的“绿氢”来供应,所以必须通
13、过进口来满足未来的需求。整个欧盟拥有数个高收益的可再生能源发电生产基地,因此也具备巨大的“绿氢”生产潜力。联邦政府将致力于挖掘这些潜力,继续扩大生产能力。为此,联邦政府将加强与其他欧盟国家的合作,特别是在北海和波罗的海区域,当然也包括南欧。其中,主要是离岸风能的利用扮演着重要的角色。联邦政府将与北海和波罗的海周边的国家一道,借助可靠的离岸风能监管框架大力推进氢能生产。为此,联邦政府积极II.国家氢能战略:目标和志向2 假设:4000小时全负荷下电解设备的平均效率为70%。5II.国家氢能战略:目标和志向致力于-包括在其他合作伙伴国家内-在发展合作的框架下系统地开拓生产的可能性。联邦政府的目标是
14、,为未来的供应商、消费者和国内外投资者创造规划安全性。为此,需要与相应的合作伙伴国一道展开投资和创新攻势。联邦政府将借助该氢能战略支持建立生产能力和新的供应链,以及向合作伙伴国提供技术和量身定制的解决方案。由此将在德国和合作伙伴国产生就业效应,走上长期增长的道路。氢能战略的行动计划和有效的预算和财政拨款构成了市场推广的基础。一旦需求的发展势头超出预期,将在评估框架下继续开发该国家氢能战略。将氢能确立为替代能源氢能技术以及在其基础上发展起来的替代能源是能源转型不可分割的组成部分,并有助于能源转型取得成功。对于一些应用领域,例如在航空和航海业或生产工艺过程产生排放的工业中,长期内无法做到只使用电能
15、,或需要花费巨大的代价才能直接使用电能。特别是在航空业、部分重载交通中,在国家防御和联盟防御的移动系统和航海中,许多航线和应用是无法用纯电实现的。因此,必须用以可再生电能为基础的替代能源,例如通过PtX法制备的煤油来替代目前在用的化石燃料和能源。使氢能可持续地成为工业的原材料氢是德国工业(化工业、钢铁业等等)的重要原材料。目前德国每年大约55太瓦时的氢用于材料方面的应用,其中的大部分是在化石能源的基础上制备的。这些应用必须尽量转型为以“绿氢”为基础的生产。同时,必须借助氢和以氢为基础、采用PtX法制备的原材料来推进排放密集型工业过程的脱碳化,这样也可以为氢和PtX原材料开拓新的应用领域。据估计
16、,例如至2050年本土钢铁生产转型为温室气体平衡的生产需要超过80太瓦时的氢能。德国精炼业和氨气生产转型利用氢能又需要大约22太瓦时的“绿氢”。由于现有的和未来急剧增长的需求,德国工业具有得天独厚的前提条件,成为氢能市场推广的推动者,以及国际氢能技术的先行者。继续开发运输和配送基础设施氢及其衍生产品的进口和销售市场发展的前提条件是相应的运输和配送基础设施的发展和可用性。德国拥有广泛分布的天然气网和与之相连的天然气储存设备,形成了健全的、完善的天然气基础设施。为了能够最佳利用氢能的潜力,我们将继续开发我们的运输和配送基础设施,继续保证应用中的安全性,其中包括扩建和增建专用氢能网。为此,联邦政府将
17、考察天然气基础设施的监管框架和技术状况是否有调整的必要,并进行继续开发。例如考察现有的、即将闲置不用的天然气(例如L天然气)长距离输送管道基6II.国家氢能战略:目标和志向础设施,是否适合继续开发成纯氢能基础设施,或者考察现有或经过现代化改造的天然气基础设施是否能确保承运氢能。促进科学研究,培养专业人员研究是能源和工业政策的一个战略性元素。因为只有通过沿整个氢能价值创造链,即从制取到储存、运输和配送,直至应用,长期扶持研究和创新才能在这些能源转型的关键技术上取得进步。至2030年要将具备工业生产规模的解决方案系统地发展成熟至可应用的程度。为了促进德国企业和研究机构在氢能技术方面居于有利的起跑位
18、置,我们也将招募、培训和提拔出色的科研人员、有才华的后备力量和训练有素的专业人员,并寻求与其他科研领先国家开展紧密的交流。如果将新建研究机构、设立能力中心以及建立教育和研究能力的重心放在受结构转型影响特别深的地区,政府将对其加大扶持力度。转型过程的塑造和伴随能源转型和加强可再生能源的使用要求不同的参与者进行大量的调整。我们将与经济界、科学界和社会各界一起,共同拟定出如何利用氢能的贡献而取得能源转型成功的途径。我们将利用对话过程伴随必要的转型过程,并在必要之处支持各利益相关方。加强德国经济实力,保障德国企业在全球市场上的机遇在开发和出口氢能及PtX技术方面,德国现在有机会在国际竞争中承担重要角色
19、。德国围绕氢能技术所具备的广泛的、与国际高度接轨的参与者环境,不仅是德国氢能技术市场推广的一个重要的成功因素,而且尤其能增强德国企业在这个未来市场上的机遇。制取、使用和供应氢能的组件的生产,将对地区性的价值创造做出贡献,并增强在这些领域内运作的企业的实力。为了实现这一点,在实施氢能战略,特别是在扶持措施中要注意,德国所有的地区都可以从氢能经济的价值创造新潜力中获益。对氢能技术市场推广的促进也有助于消除新冠疫情对经济的冲击,并为确定德国经济可持续发展的方向再奠定一块基石。建立氢能国际市场和合作我们必须为未来氢及其衍生产品可持续的供应做好准备。因为从中长期来看,德国也将大量进口氢能。我们与其他未来
20、的进口国有着尽快建立全球氢能市场的共同意愿。鉴于当前化石能源生产国和出口国所具备的可再生能源的潜力,同时也为他们提供具有吸引力的机会,将其供应链转型成利用可再生能源和氢能,从而成为潜在的氢能供应国。由此,这些国家也可以长期从现有的贸易关系中受益,从而确保合作伙伴国家当地的市场和当地的能源转型不会受阻,反而会得到氢能生产的支持。7II.国家氢能战略:目标和志向氢及其合成衍生产品的国际贸易不仅对德国和欧盟会形成新的贸易关系,而且也会使能源和能源来源,以及运输路线进一步多样化,从而增强供应安全性。依靠这种方式,氢及其衍生产品的国际贸易将成为一个具有重大意义的工业和地缘政治因素,它要求设立战略目标和做
21、出决策,但也为各方提供新的机遇。抓住全球合作的契机我们要与我们全球的合作伙伴一道,利用全球范围内对氢能技术的热潮加快技术进步。在国际层面上,与潜在供应国和其他进口国的合作将促进他们为气候保护做出贡献,创造可持续的增长和发展机遇。特别是在北海和南欧,以及在联邦政府的能源合作伙伴,或者在与德国发展合作的伙伴国进行合作的框架下,将为共同的项目和技术试验提供机会。继续扩建氢能制取、运输、储存和应用的高质量基础设施,保证其安全和建立信任鉴于氢能的物理和化学特性,坚固的高质量基础设施对于开发和监控氢能制取、运输、储存和应用的设备非常必要。这些需在德国国内和欧洲建立的联网测量和高质量基础设施的主要组件,属于
22、测量学和物理化学安全技术,为此尤其需要科学界认可的和严格监管下的测量方法和评估标准,以及国际认可的技术规范和标准。此外,必须建立高水平的安全性。负面事件和事故可能危及到对氢能技术的接受度,所以应该建立用户对氢能技术的信任。不断改善框架条件,促进当前的发展国家氢能战略的实施和继续开发是一个持续的过程。为氢能相关职能部门新设的一个国务秘书委员会定期监督实施和达标状态,同时也对战略的继续开发和实施做出决策。一个来自科学界、经济界和社会的高级专家组成的国家氢能理事会辅佐国务秘书委员会,并提供咨询。三年之后将对该战略进行第一次评估。然后在此基础上,联邦政府将决定是否继续开发该战略,包括相应的措施。8氢及
23、其衍生产品的现状和预期的发展目前,德国氢能的消耗量约为55太瓦时。需求主要来自于工业行业的材料制造工艺,平均分布在原材料化工(氨气、甲醇等的生产)和石油化工(常规燃料的生产)中。所使用的氢能主要为“灰氢”。大约7%的需求(3.85太瓦时)通过电解工艺(氯碱电解)来满足。但是,由于特别是石油化工中使用的氢能不是完全额外生产的,而是部分作为其他生产过程中的副产品伴随产生的(例如汽油重整),所以目前消耗的大约55太瓦时的氢能无法完全由“绿氢”替代。氢能市场未来在德国、也包括在全球的发展,在很大程度上由气候保护和为实现气候保护而各自遵循的战略所设定的远大目标来决定。依照巴黎协定和联邦政府对实现2050
24、年温室气体平衡目标的承诺,预计氢能市场将进行下列发展:随着市场推广的启动,至2030年预计特别是在工业行业(化工、石油化工和钢铁)中将迎来氢能需求的第一波增长,在交通行业中呈较小幅度的增长。保守估计在工业中的需求将额外增加10太瓦时。燃料电池驱动的电动车仍将是一个需求增长点。更多的消费者(例如长期来看部分供热)也可能接踵而至。为了实现2050年温室气体平衡的目标,氢能技术在德国也必须扮演重要的角色。各种研究推演了将温室气体排放与基准年1990年相比降低95%的场景,并同时对整个能源系统进行观察得出的结论是:预计2050年以电为III.氢能:现状、行动领域和未来市场基础的能源的消耗将介于110太
25、瓦时(联邦环境、自然保护和核安全部(BMU)气候保护场景)和约380太瓦时(德国工业联合会(BDI)气候路径)这个数量级之间。除了工业和交通行业,长期来看,在转型行业中也将产生需求。未来政治框架条件的设定,特别是针对气候保护的远大目标和为实现气候保护而各自遵循的战略,将对总需求量和各个行业中的消耗量产生巨大的影响。国家氢能战略瞄准下列具有战略意义的未来市场:氢制备对于氢能技术市场推广及其出口来说,强大和可持续的,并能对能源转型做出贡献的国内氢能生产和氢能应用,即“本土市场”是必不可少的。为了能够长期经济和可持续地利用氢能,必须持续提高可再生能源的发电能力(特别是风力和光伏发电)。工业某些工业领
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