德國氫能和燃料電池協會提案:德國的氫氣進口戰略
按:這是德國氫能和燃料電池協會給聯邦政府國家氫能戰略寫的氫氣進口戰略提案。由香橙會研究院駐德國辦公室翻譯。
(相關資料圖)
從方案看,德國氫氣進口的重點是歐盟內部進口,進口形式長期目標是管道輸氫,短期也可采取衍生物進口,比如氨。歐盟的戰略是把美國和中國當碳中和的競爭對手。
德國氫能與燃料電池協會戰略文件
柏林,2023年6月27日
氫氣進口的緊迫性
德國希望在 2030 年之前建立起 10 千兆瓦的電解能力。這樣生產出的氫氣才能滿足德國 2030 年 30% 至 50% 的氫氣需求。因此德國將不得不進口其余的氫氣。氫氣進口戰略將決定如何實現這一目標。
因此德國必須在 2030 年之前進口可再生能源,特別是綠色氫氣,以確保其能源供應符合商定的氣候目標。必須以具有成本效益的方式確保德國經濟轉型對綠色氫氣的需求,并啟動德國氫氣市場經濟的升級。只有這樣德國才能在 2045 年實現氣候中和的目標,同時保證供應安全。進口配額的高低取決于多種因素,在 2023 年還無法確定。各種方案顯示,每年將有幾百太瓦時的可再生能源必須以綠色氫氣的形式進口。同時也為德國機械制造工業帶來了巨大的銷售潛力,到 2030 年,可再生能源發電和綠色氫氣生產所需的設備銷售額將高達 5000 億歐元。
德國氫能與燃料電池協會認為聯邦政府必須盡早采取果斷的戰略行動,以確保德國綠色氫市場經濟的需求。在制定進口戰略時,不僅要關注能源政策方面,還要考慮到對德國和歐洲經濟的長期經濟、工業和地緣政治影響。
德國氫能與燃料電池協會收到聯邦政府修訂氫能進口戰略草案的任務,將配合修訂進程,下文闡述了高效和供應安全的氫進口戰略的核心要素。
德國氫進口戰略的決定因素
面向未來的可持續能源進口戰略的重點是充分提供無排放的可再生能源進口。進口方案的定量和定性設計必須同時確保可再生能源供應和在德國建立起綠色氫市場經濟。在這種情況下,必須確保可再生能源,特別是綠色氫氣進口的政治約束力、時間性和數量擴張路徑。
到 2045 年實現氣候中和設定了一個目標框架,進口戰略的目標水平以及其中制定的工具和措施必須與之保持一致。
即將制定的氫能進口戰略必須有助于確保德國和歐洲經濟的強勁發展。同時進口戰略必須有助于歐洲地區地緣政治的穩定和繁榮。這對于德國和歐洲繼續在全球競爭中占據有利地位是十分必要的。
氫進口戰略必須從整體系統的角度出發,制定具體的目標和措施,并預測和啟動短期、中期和長期發展。必須勾勒出清晰的地理走廊,明確在短期內(2030 年前)和中長期內(2030 年至 2050 年)將以何種形式從哪些地區或國家進口多少氫。制定的方案必須以實際選擇為導向,能夠有效和高效地實施,并避免建立重復的結構。只有這樣,政治和經濟才能有針對性地制定必要的計劃,并進行相應的投資。
氫氣進口戰略制定的背景
目前的《2023 年國家氫能戰略》修訂版草案假定,到 2030 年,德國對利用可再生能源生產的綠色或無二氧化碳氫氣的總需求量為 95 至 130 太瓦時/年 ,其中約 28 太瓦時/年將在德國生產(相當于 10 千兆瓦的電解能力)。因此到 2030 年需要從國外進口 67 到 102 太瓦時/年的氫氣(以氫氣和氫氣衍生物或合成產品的形式)。
德國政府預計,到 2030 年,每年氫氣需求量的約 50% 至 70%(即約 47.5 至 91 太瓦時)將需要進口。2030 年之前大部分氫氣及其衍生物將通過船舶進口(主要以氨的形式)。2030 年以后將越來越多地通過管道從歐洲進口綠色氫氣,必要時還將從鄰近地區進口。歐洲已經具備大量生產和運輸綠色氫氣的能力。到 2030 年根據具體的歐洲進口戰略,每年可從歐盟成員國進口超過 100 太瓦時的氫氣。
在 2040 年至 2050 年期間,國家氫能委員會 (NWR) 假設對氣候中和氫和氣候中和生產的氫衍生物的總需求為 964-1364 太瓦時/年,這相當于高達 500 千兆瓦的電解裝機容量。由于多種因素(土地可用性、成本、社會和政治接受度等),可以認為德國將不得不從國外進口大部分綠色氫氣。最新的需求研究表明,直接進口氫氣的配額為 43% 至 70%,進口比例在 2040 年達到峰值之前一直在增加,直到 2050 年進口配額才開始略有下降。要滿足 2040 年代和 2050 年代對氫的大量需求,最重要的是要建立可靠和多樣化的進口選擇,其中大部分是氣態氫。
進口戰略對德國作為企業所在地的影響
在進口戰略中,必須明確綠色氫氣的主要進口形式,以便及時提供必要的基礎設施。對于氣態氫的進口,必須根據消費端需求,改造或擴建沿可再生能源區域的必要的跨國管道系統以及國家級的長距離和配送網絡。對于以合成產品或衍生物(如氨或甲醇)的形式通過海運進口氫氣,必須建立適當的港口結構和能力、儲存和轉化設施(如氨裂解裝置)以及配送結構(用火車或卡車將氨運輸到客戶處)。
為了滿足 2030 年前的氫氣需求,綠色氫氣將主要以氨的形式通過船舶進口,然后才以氣態氫的形式通過管道進口。大量的管道已經可以及時將可再生能源通過氫氣作為能源載體輸送到德國。
以氨的形式通過船運進口氫氣在技術和基礎設施方面仍有許多難題需要解決。進口的綠色氨在很大程度上只能作為一種材料而非氫氣使用(如作為工業或能源系統中的燃料)。為此須在國內建設相應的氨配送基礎設施。將氨、甲醇或其他衍生物的生產轉移到國外將危及德國現有的完全一體化的價值鏈和相關工作崗位。它還會危及德國經濟的彈性產品供應。因此需要在能源和材料進口之間保持平衡,以維持氣候保護、供應安全和德國作為商業中心的地位之間的平衡。
在德國氫能與燃料電池協會的專業意見看來,通過任何形式的衍生產品進口綠色氫氣都不是德國工業強國的理想戰略。德國政府在制定氫氣進口戰略時,將重點放在通過管道進口綠色氫氣上,以便通過這種方式加強德國和歐洲的商業地位。
歐洲管道進口的潛力
歐洲及鄰近地區的可再生能源發電潛力足以完全滿足歐洲對綠色氫氣的需求。特別是,南歐(葡萄牙和西班牙)、西北歐(愛爾蘭、英國)、北海和波羅的海地區、波羅的海國家(愛沙尼亞、拉脫維亞和立陶宛)、北歐(芬蘭、挪威和瑞典)、東歐(烏克蘭)和東南歐(羅馬尼亞、保加利亞、希臘和土耳其)的可再生能源潛力巨大。大量潛在的歐洲氫出口國表明,在歐洲內部也可以采取多樣化的進口戰略。與可靠的歐洲伙伴國進行密集的綠色氫氣貿易將使它們與德國更緊密地聯系在一起,并使歐盟在與美國和中國的全球競爭中成為一個強大的氫氣參與者。因此以歐洲為導向的氫進口戰略有助于加強歐洲內部的凝聚力,促進歐洲內部市場的發展。
在歐洲范圍內,氫氣跨境貿易主要通過管道進行,在 5000 千米的距離內是最具成本效益的選擇。通過有針對性的歐洲氫能戰略,現有的天然氣管道系統可以陸續轉換成氫氣管道。
在不久的將來,通過管道進口氣態氫是一個真正的選擇。當務之急是擴大純氫網絡或將其轉換為純氫網絡。必須立即采取相應的措施。在超區域運輸層面,管道將主要用于純氫。不過在擴建階段,在現有天然氣運輸網絡中加入極少量的氫氣可以是有選擇性的第一步,而且可以很快實現。這必須根據當地條件逐一進行評估。例如,通過在現有天然氣管道中摻入氫氣,在 2030 年之前就可以通過現有管道網絡從東南歐進口高達 14 TWh/a 的綠色氫氣。同樣在地中海和北海走廊各轉換一條天然氣管道就足以實現歐洲在 2030 年進口 1000 萬噸氫氣的目標。
對于歐洲內部的氫氣貿易,現在必須在整個歐洲有針對性地規劃、擴建和改造決定性的基礎設施節點。在此,重點應放在與西班牙、東南歐成員國以及波羅的海北海沿岸國家的管道連接上。歐洲氫骨干網已經涉及這些項目,但需要直接和間接相關的國家給予更多關注。
非歐洲進口—地緣政治風險與機遇
出于地緣政治穩定和進口選擇多樣化的考慮,從長遠來看,開發特定的非歐洲進口選擇也是有意義的。這種國際氫貿易伙伴關系可以為德國和歐洲的技術和產品開拓經濟領域并確保銷售市場。中東和北非地區、土耳其和烏克蘭由于地理位置鄰近,尤其值得考慮。必須戰略性地利用與這些地區現有的管道連接以及由此給各自國家帶來的優勢,盡快加強地區氫貿易。
作為戰略進程的一部分,德國政府必須從其廣泛的能源和氫伙伴關系組合中,從歐盟和周邊國家中確定合適的國家,并與它們建立綠色氫貿易伙伴關系。
在選擇非歐洲氫貿易伙伴時,尤其應考慮地緣政治風險因素。應系統地確定這些因素,以便在考慮和談判的政治過程中確定可能的權衡,從而在早期階段認識到潛在的目標沖突,并從戰略上加以解決。
中東和北非地區尤其具有生產綠色氫氣的巨大技術潛力。然而這些潛力必須首先通過精心開發國內和跨國基礎設施來實現。此外還必須考慮到化石能源化或提高可再生能源在各國電力和能源供應中所占比例的努力、可持續發展標準的實施以及水資源的可用性。在這方面,德國和潛在出口國之間需要加強合作,以便及時和可持續地實現可再生能源的擴展目標,并發展必要的運輸和基礎設施。在非歐洲地區(尤其是全球南部國家和中東及北非地區)擴大可再生能源和提高氫氣生產能力的最大障礙之一是投資風險,這對氫氣及其下游產品的生產成本有重大影響。為了降低選定伙伴國的主要投資風險,應制定并有針對性地使用政府和/或多邊融資工具。例如,可以考慮將未來的 H2Global 招標與將要建立的氫貿易伙伴關系掛鉤,以專門刺激那里氫生產能力的提高。
在短期內,德國政府應頒布一項法令,鼓勵通過綠色氫能進口在歐盟范圍內生產的可再生能源,其工廠能力由德國政府根據德國可再生能源招標進行招標。這將為加強歐洲氫能合作伙伴關系創造必要的經濟框架。
非歐洲氫貿易伙伴關系的設計必須有購買保證或確定的交付承諾,這樣才能在生產方和消費方及時建立適當的能力(生產、合成產品轉換、利用)以及運輸和基礎設施(合成產品的管道和港口結構)。
鑒于在 2045 年實現氣候中和的宏偉時間表,所有利益相關方必須全速、戰略性和系統性地實施必要措施。從存在重大地緣政治風險的非歐洲國家進口大量綠色氫氣和氫氣衍生物的風險管理是德國政府必須明確應對和解決的挑戰。已宣布的綠色氫氣進口戰略是實現這一目標的適當工具。
結論以及要求
考慮到初始情況、氣候目標和持續強勁的社會市場經濟,德國氫進口戰略必須包括以下十點:
1. 德國政府必須在進口戰略中制定明確的目標,并在此基礎上采取經濟和能源政策行動。必須明確在何處、何時以及以何種形式(元素或衍生物)進口多少氫。這對于為所有相關方提供規劃和投資保障,以及促進和確保德國和歐洲綠色氫市場經濟的必要增長都是至關重要的。
2. 被選中的能源和氫伙伴關系必須發展成為真正的氫貿易伙伴關系。它們必須包括關于氫交易數量的透明和有約束力的協議,以及擴大生產和基礎設施所需的共同努力。貿易伙伴關系必須以具體的時間表為基礎,以便為各方提供規劃和投資保障。應優先考慮貿易量潛力大的伙伴關系。
3. 應優先考慮并有針對性地實施向德國進口氫氣的 "歐洲方案"。如果符合德國和歐盟的地緣戰略利益,可以通過選定的非歐洲合作伙伴對這一方案進行補充。
4. 現在需要的是政治支持和財政資源對歐洲--有時也包括國際--氫能項目的一致定位和關注。例如,H2Global 招標的地區導向在這方面就很有意義。政治必須為私營部門快速開發和安全實施可靠的進口方案提供框架。這可以確保在短期內(到 2030 年)和長期內(到 2050 年)實現高進口配額,并滿足德國對綠色氫氣的需求。
5. 在平衡考慮經濟能源供應、供應安全以及地緣政治、工業政策和歐洲政策等方面相互沖突的需求時,應優先考慮通過管道進口綠色氣態氫。因此,必須選擇并系統地建立必要的氫貿易伙伴關系。應從戰略角度考慮通過船舶補充進口氫氣及其衍生物,以(有選擇性地)彌補缺失的能源數量和增加多樣化。
6. 必須為將要進口的氫氣數量建立適當的運輸和基礎設施。在國家層面規劃和擴大氫核心網絡,在歐洲層面規劃和擴大歐洲氫骨干網,這些工作都必須堅持不懈、雄心勃勃地進行。同樣進口氫及其衍生物的港口基礎設施也必須在必要的范圍內進行擴建和維護,以進一步確保德國的能源供應。
7. 對于管道進口而言,擴大或轉換為純氫網絡至關重要。在這方面必須緊急采取適當措施。在提升階段,在現有的天然氣運輸網絡中加入極少量的氫也是明智的第一步。這始終取決于當地的條件。對于通過混合方式進口氫氣,有必要制定統一協調的跨境運輸法規。
8. 出于主權和復原力的考慮,歐盟和德國的價值鏈應予以保留。特別是在進口氫氣衍生物時,必須注意確保國內生產能力和本地價值創造得以保留。
9. 在選擇潛在的氫貿易伙伴時,應考慮到與氫貿易相關的出口國的經濟增長情況,特別是在那些德國和歐洲由于地理位置接近而能夠產生競爭優勢的國家。通過這種方式,德國政府為德國經濟提供了開拓新的消費和經濟產品出口市場潛力的機會。
10.進口戰略必須考慮到歐洲外部邊界及其鄰國地緣政治穩定化的機遇,并據此選擇要建立的氫貿易伙伴關系。
德國氫能進口合作國/合作項目
截止2023年7月,由德國聯邦教育與研究部(BMBF)資助的國際氫能進口合作項目有:
1. 從澳大利亞進口綠氫的可行性
自 2020 年以來,德國和澳大利亞已經建立氫能戰略伙伴關系。為此德國和澳大利亞的科學和工業聯合體確定了整個氫價值鏈上現有的監管、技術和經濟障礙(研究項目HySupply),這些障礙需要克服,以建立供應鏈。德國和澳大利亞聯合發起了籌資呼吁:HyGATE(德國-澳大利亞氫創新和技術孵化器)計劃旨在建立德國-澳大利亞綠色氫供應鏈。2023 年啟動四個項目將展示這一供應鏈。
HySupply 的另一項成果是德國-荷蘭-澳大利亞可行性研究 TryHyHub。該研究正在調查從西澳大利亞經鹿特丹港到德國建立氫氣供應鏈的可能性。
此外通過可行性研究項目 GIGS(Green Iron für Green Steel綠色鋼鐵),德國和澳大利亞希望調查是否以及在何種條件下可以從澳大利亞進口綠色鋼鐵。
2. 與非洲的氫伙伴關系
非洲具有生產綠色氫氣和合成燃料的巨大潛力。同時非洲的氫經濟可以極大地改善當地的生活。非洲大陸從一開始就是德國的氫能戰略合作伙伴。
為了給聯合供應鏈奠定基礎,西非經濟共同體(ECOWAS)15 個國家分析了西非和南部非洲 30 多個國家生產和出口綠色氫氣的潛力。同時還考慮了社會、政治和技術標準以及水資源管理。該研究項目是德國-納米比亞氫能合作的成果的一部分,目前有六個項目正在展示或準備德國-非洲氫供應鏈。其他項目正處于規劃階段。專家認為,納米比亞是最有希望低成本生產綠色氫氣及其衍生物(如甲烷、氨或甲醇)的國家之一。納米比亞的目標是從 2025 年開始出口綠色氫氣。
除合作項目外,聯邦教育和研究部還在資助納米比亞氫戰略的制定以及納米比亞當地專家教育和培訓的能力建設計劃。為西非國家(ECOWAS)的學生開設的為期兩年的綠色氫技術碩士學位課程。該計劃于 2021 年啟動,共有 60 人參加(共有 900 人申請)。
3. 與加拿大建立氫伙伴關系
自 2022 年 10 月以來,德國和加拿大一直在資助四個涉及中小型企業的合作項目。聯邦教育與研究部為此提供了總計 250 萬歐元的資金。所選項目涉及氫氣生產成本最小化、氫氣融入工業價值鏈以及先進的氫氣生產方法等。
這些項目建立在強大的研發合作伙伴關系基礎之上:自 2020 年起,德國聯邦科學與技術基金會已經與自然科學與工程研究委員會(NSERC)共同資助了十個項目,以加強德國與加拿大在氫研究領域的合作網絡。這些合作的基礎是兩國都制定了國家氫能戰略,并且在能源和氣候政策方面有著相同的政治優先事項。
為了加快綠色氫能在國際市場上的推廣,德國政府還于 2022 年 8 月與加拿大簽署了氫能協議。該協議的目標之一是建立一個跨大西洋的綠色氫氣供應鏈。從 2025 年起,加拿大將首次向德國交付氫氣。
4. 與新西蘭的氫伙伴關系
新西蘭也為生產綠色氫氣提供了良好的基礎條件,此外新西蘭還擁有一流的研究基礎設施和充足的可再生能源電力。因此德國和新西蘭正在資助三個聯合研究項目。德國聯邦科學與技術部將在未來三年為這些項目提供總計 120 萬歐元的資助,這些項目于 2022 年 8 月啟動。
資助的目的是加強綠色氫技術方面的國際交流與合作,從而為建立持久的研究、開發和創新伙伴關系奠定基礎。除氫氣生產外,這三個項目還致力于氫氣儲存。兩國的研究人員正在開展一項氫分配系統研究。
5. 與荷蘭開展氫能研究
德國和荷蘭擁有世界上最高效的工業集群之一,可以通過聯合研究和密切合作,在綠色氫能和綠色化學領域為加速開發氣候中和技術做出貢獻。為此聯邦教育和研究部、聯邦經濟事務和氣候保護部與荷蘭研究理事會共同發起了 "綠色氫能和綠色化學的電化學材料和工藝"(ECCM)資助項目。德國和荷蘭合作伙伴之間的合作項目將結合兩國的能力,為綠色氫能和綠色化學開發具有高度創新性和實用性的解決方案和工藝。項目的設想是讓合作伙伴參與從研究到工業再到最終用戶的整個創新鏈。
6. 與法國合作開展氫能研究
德國聯邦教育與研究部和法國研究部(MESRI)共同啟動了九個能源研究項目,作為法德資助計劃的一部分。這些項目將為法國、德國和歐洲提供基于可再生能源的高效、經濟和環保的能源供應解決方案。氫技術是該倡議的重點,共有五個項目。這些項目正在研究如何利用可再生能源發電生產氣體和化學品(例如利用溫室氣體二氧化碳),以及如何改進氫燃料電池和利用氫提供全屋能源供應。這項資助措施的最終會議于 2023 年 6 月舉行。
原文標題 : 德國氫能和燃料電池協會提案:德國的氫氣進口戰略
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