氢能作为一项关键技术的竞争力：德国经济的战略和措施

氢能作为一项关键技术的竞争力：德国经济的战略和措施

向气候中和型经济转型给德国带来了巨大挑战。绿色氢能被视为一项关键技术和能源转型的重要组成部分。然而，目前的分析表明，氢能的成本仍然远高于化石燃料。尽管如此，前景依然光明：如果能够建立合适的政策框架，到2030年，绿色氢能有望在某些应用领域具备竞争力。这需要对生产设施、基础设施和技术创新进行大量投资，同时确保创造欧洲价值。

氢能经济的现状

专家将氢能描述为未来关键的能源载体，也是“能源转型拼图中缺失的一环”。它将能源安全、气候中和与竞争力融为一体。德国联邦政府认识到氢能的重要性，并于2020年6月发布了《国家氢能战略》（NWS）。该战略为在德国构建氢能经济奠定了基础，涵盖绿色氢能的生产、运输和最终利用。其目标雄心勃勃：到2030年，总装机容量达10吉瓦的绿色氢能生产设施，以及相关的可再生能源发电设施。

德国正计划建设一个全面的氢能基础设施网络。到2027/28年，首批超过1800公里的氢能管道（包括改造现有管道和新建管道）将建成，并计划在欧洲范围内新增约4500公里。长期规划设想，到2032年，该网络将扩展至9040公里，连接德国各州的关键氢能枢纽：港口、生产基地和工业中心。前525公里计划于2025年投入运营，这将使氢能经济的快速发展更加切实可见。

尽管德国制定了这些雄心勃勃的计划，但其氢能经济仍处于起步阶段。目前的市场增长速度低于预期。生产商、运输基础设施和需求之间的匹配度不足，阻碍了氢能经济的发展。此外，绿色氢的成本目前远高于传统能源载体。

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氢气的成本因素和价格差距

目前的成本状况是绿色氢能市场快速发展面临的最大障碍之一。研究预测，到2030年，绿色氢能的生产成本仍将2.3倍。这一价格差距是潜在客户和投资者关注的关键问题。

多种因素导致成本居高不下。在生产方面，主要因素是电解槽的购置成本和电解过程的电力成本。然而，根据麦肯锡受氢能委员会委托撰写的一份报告，电解槽的成本有望大幅下降：从2020年的每千瓦660-1050美元降至2030年的每千瓦230-380美元。运输和基础设施成本，以及监管成本和税费，进一步推高了价格。

运输环节不容低估：从北非到西德的运输成本估计约为每公斤0.5美元。如果走更长的海运距离，由于需要转化为液氢或添加载液（例如液态有机氢化物或氨），运输成本可能会上升到每公斤2-3美元。

尽管如此，氢气价格的长期发展前景依然乐观。2035年后，氢气的终端用户价格可能会下降，并接近天然气的价格水平。推动这一趋势的关键因素包括氢气生产成本的下降以及在碳排放交易框架下二氧化碳价格的上涨。到2045年，氢气成本可能降至每千瓦时11至15美分左右。相比之下，即使根据《建筑能源法案》草案，天然气在2045年不再被允许使用，但由于二氧化碳价格的上涨，预计氢气的终端用户价格仍将上涨至每千瓦时10至12美分。

促进竞争力的政治措施

为提升绿色氢能的竞争力，德国联邦政府推出了一系列政策工具。《国家氢能战略》提供了总体框架，包含37项措施，旨在支持氢能技术的市场推广和相应价值链的建立。这些措施包括：制定促进向可再生能源和绿色氢能转型的法律框架，以及推动基础设施建设。

绿色氢能竞争力的关键因素之一是二氧化碳排放定价。当二氧化碳价格为每吨100欧元时，绿色氢能的更多应用领域将更具竞争力，包括公路和铁路运输，以及作为炼油厂和钢铁生产的原料。即使二氧化碳价格在每吨35至50美元之间，蓝氢（采用碳捕获与封存技术从天然气生产）的价格也能与灰氢（不采用碳捕获与封存技术从天然气生产）的价格持平。

未来几年，德国和欧盟将投入数十亿欧元资金，用于扩大绿色氢气生产规模，并推动工业向气候中和型生产转型。2020年6月3日公布的经济刺激方案额外拨款90亿欧元。这笔资金将用于多个项目，例如国家氢能和燃料电池技术创新计划（2016年至2026年间拨款高达14亿欧元）以及“德国氢能共和国创意竞赛”。

此外，德国联邦经济事务和气候行动部（BMWK）已与欧盟委员会就促进氢能发电厂发展的监管框架达成协议。双方制定了三种新建电厂招标方案：“Sprinter”方案、混合动力方案和H₂-Ready方案。目标是招标建设8.8吉瓦的全新氢能发电厂，这些电厂从一开始就使用氢能；同时，到2035年，还将建设至多15吉瓦的氢能发电厂，这些电厂在接入氢气管网之前可暂时使用天然气运行。

技术创新和成本降低潜力

降低绿色氢气的生产成本很大程度上取决于技术创新。兰博尔在一份白皮书中指出，工厂设计中可从多个方面着手降低成本，包括规模化、模块化和开发标准化解决方案。这些成本降低措施应在电堆、系统和工厂层面实施。

市场规模的扩大本身就是降低成本的关键因素。产量的增加能够实现规模经济，从而降低单位成本。此前，电力制氢（Power-to-X）和绿色氢能技术的投资者和开发商曾认为，随着电解产能的扩大和需求的同步增长，氢气生产和供应成本自然会下降。然而，这些对资本支出（CAPEX）降低的乐观预测尚未实现。造成这种情况的一个主要原因是，市场规模的扩大速度低于预期。

降低成本的另一种方法是提高电解效率。研发在此过程中发挥着核心作用。因此，德国联邦政府专门资助绿色氢能的基础研究，重点关注材料研究、系统研究以及下一代和未来几代潜在的关键技术。

基础设施扩建和物流概念

发展高性能氢能基础设施是提升氢能竞争力的根本前提。规划中的核心氢能管网预计到2032年将达到9040公里，其中约40%的管道为新建，其余60%由现有天然气管道改造而成。总成本约为190亿欧元，将由私营部门承担，政府则通过限制管网收费提供补贴。

一个特殊的挑战在于“最后一公里”——即那些未直接接入核心网络的小型用户如何获得绿色氢气的管道供应。目前，许多孤立的氢气解决方案正在涌现，它们依靠自身的氢气生产能力，并通过罐车购买和运输氢气作为补充。这些方案在氢能经济的初期阶段是可行的，但从中长期来看，这些孤立的解决方案也必须接入规划中的核心网络。

除了管道运输外，氢气还有其他物流运输方式。长途船舶运输需要将氢气转化为液氢（LH2）或与载液（如液态氢化物或氨）混合。然而，这些过程都会增加成本。如果最终用途可以直接是液氢或氨，则运输成本将显著降低。

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市场机制和买方激励

为了刺激对绿色氢的需求，需要建立多种市场机制并为潜在客户提供激励措施。目前的关键问题是，由于缺乏经济激励，业界对投资氢能技术犹豫不决。切实可行的商业模式可以促进投资并创造需求。

一种前景广阔的方法是碳差价合约（CCfD），政府通过这种方式补偿当前二氧化碳价格与气候友好型项目实际减排成本之间的差额。这些工具为计划对气候友好型技术进行长期投资的公司提供了保障。

其他重要的激励机制包括特定行业的绿色氢能配额、氢能用户税收优惠以及长期承购协议。麦肯锡的报告指出，氢能可作为最具竞争力的终端应用解决方案的22个领域，尤其包括工业和交通运输领域的应用。

国际合作与进口战略

德国仅靠国内生产无法满足其氢气需求。因此，进口战略和国际合作至关重要。联邦研究部长贝蒂娜·斯塔克-瓦茨格强调，德国无法独自满足其氢气需求，因此制定进口战略是下一步的重要举措。

根据麦肯锡的一项研究，到2030年，进口氢气有望具备竞争力。预计来自沙特阿拉伯的绿色氢气在鹿特丹的供应价格将为每公斤3.10美元，而通过管道从阿尔及利亚进口的价格甚至可以低至每公斤1.90美元。这些进口途径有望显著满足德国的氢气需求。

然而，在制定进口战略时，必须谨慎避免对单一供应国造成严重的依赖。如果欧盟和德国从个别非欧盟国家采购关键零部件或整套电解装置，则可能造成这种依赖，进而导致欧盟内部价值链的流失。

保障欧洲价值创造

随着绿色氢能市场的蓬勃发展，氢能正成为构建安全可靠的可再生能源经济的重要能源载体。这有望催生一个庞大的氢能技术市场，并在欧盟创造多达540万个新的就业岗位。因此，当务之急是创造有利条件，使欧洲制造商能够在全球竞争中占据领先地位。

一个挑战是，欧盟以外的竞争对手目前能够以比欧洲制造商低50%的价格提供氢能技术。这通常是由于劳动力和能源成本较低，或是巨额政府补贴加上当地市场激励措施所致。为了保障欧洲的价值创造，德国氢能协会（DWV）因此呼吁欧盟公共资金机制中纳入韧性标准。

联邦经济部长罗伯特·哈贝克强调，对氢能的投资“就是对我们未来的投资——对气候保护、高技能就业和能源安全的投资”。国家氢能战略为与欧洲和国际伙伴的密切合作指明了方向。

针对经济的具体行动建议

为了加速绿色氢能的市场推广并提升其竞争力，产业界和政策制定者都需要采取切实措施。德国氢能协会（DWV）在其《2030年氢能指南》中制定了共计85项措施，旨在促进工业、化工、交通运输、能源和供热等领域对绿色氢能产品的生产、应用和市场需求。

一项关键建议是加快氢能项目的规划和审批流程。必须消除氢能市场经济发展中存在的现有障碍。另一点也很重要，即结合国内生产和战略性进口，以确保绿色氢能的充足供应。

在过渡阶段，应采取技术中立的方法，允许使用蓝氢（通过二氧化碳捕集天然气制取）作为过渡方案，直至绿氢能够以足够的数量和具有竞争力的价格供应。在绿氢具备竞争力之前，蓝氢的使用将不可或缺。

另一项重要措施是协调氢能价值链上的所有利益相关者。生产商、网络运营商、消费者和政策制定者必须紧密合作，朝着同一个方向努力，以加速氢能经济的发展。

氢能竞争力的展望

氢能有望成为气候中和经济的关键能源载体。然而，目前氢能市场仍处于起步阶段，绿色氢能的成本远高于化石燃料替代能源。尽管如此，一些令人鼓舞的发展趋势表明，未来几年氢能的竞争力将不断提升。

根据麦肯锡的一项研究，到2030年，欧盟海上风能制氢以及进口氢气有望具备竞争力。2035年后，氢气终端用户价格可能会下降，并接近天然气的价格。然而，这一积极发展取决于政策框架能否与氢气市场的增长保持持续协调一致，以及在生产、基础设施和应用方面进行必要的投资。

在德国和欧洲发展氢能经济，为可持续经济增长和创造就业机会提供了巨大机遇。与此同时，我们也面临着重大挑战，尤其是在国际竞争方面。至关重要的是，既要确保欧洲的价值创造，又要充分利用全球氢能经济的优势。

如果德国政府抓住一切机遇，迅速发展氢能市场经济，那么最早在2030年，绿色氢能就能得到充分供应。德国政府必须通过明确的战略方针和具体可验证的目标，重点发展可再生能源及其制氢技术。这将为所有利益相关者带来规划上的确定性。

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