欧洲能源转型路线及我国对欧合作的建议

2022-03-08苏杨

海峡科技与产业 2022年11期

苏杨

中核战略规划研究总院，北京 100048

1 欧洲能源创新概况

欧洲是全球应对气候变化、减少温室气体排放行动的有力倡导者。近年来，在履行《巴黎协定》承诺的同时，欧盟发布了“2050能源路线图”，提出通过提高能源利用效率、发展可再生能源、有效利用核能及采用碳捕集与封存（CCS）技术4种路径来实现2050年碳排放量下降目标。

需要特别关注的是，英国在脱欧后，独立开展了低碳战略创新计划，但相关计划并未与欧盟接轨[1]。英国针对低碳创新发布了《工业能源转型基金（IETF）计划》，并于2019年宣布投入3.15亿英镑的基金投资。2021年开展了第二批低碳创新项目申报，目前正在进行立项评估。英国IETF计划与欧盟正在推行的“2050能源路线图”所关注的核心技术基本一致，但不包含绿色矿产、绿色农业、绿色水文、石油与天然气开采等，主要原因是相关领域的能源利用效率和脱碳措施不符合英国制定的标准。

2 欧洲能源创新转型的问题

欧盟成员国虽然普遍达成广泛共识以推动其能源转型，但也存在一些问题。

一是各国利益诉求不同影响欧洲能源转型整体进程。2019年欧盟委员会正式发布《欧洲绿色协议》，但遭到波兰、捷克等目前经济发展依然严重依赖化石燃料国家的强烈抵制。

二是德国率先发起“去核化”，全力扶持风电、光电等新能源的技术创新，但由于风光电受自然环境影响较大，具有不稳定性，导致德国弃核后，没有稳定的新能源体系能够填补核电的缺口，反而更依赖天然气等化石燃料。同时去核化也影响了以核电为主的部分国家的能源战略。目前欧盟内部至少拥有143座核电站，这些核电站所属国在其他新能源领域的技术水平相对薄弱，已经导致以法国为首的原核电大国出现新的能源缺口。

三是受到俄乌冲突的影响，尤其受“北溪”管道泄漏事件影响，整个欧洲能源转型进程发生了重大变化。欧盟内部对于核能、天然气能源等原先认定的非绿色能源重新评估，最终重新认定核能和天然气为过渡性绿色能源，期望以此暂时缓解能源转型面临的问题。

3 欧洲“双碳”进展

2021年欧盟发布的《全球温室气体排放报告》显示，2017—2021年，各国合作共享减排任务，碳排放量整体下降。未来各国减排任务排放量与过去的趋势将保持一致。

综合来看，包括奥地利、保加利亚、比利时、芬兰、丹麦等16个欧洲国家减排任务排放量明显下降。克罗地亚、塞浦路斯、捷克、希腊、爱尔兰等9个欧盟成员国减排任务排放量有所增长，而立陶宛、卢森堡和马耳他3个成员国排放量基本保持不变。

4 目前欧洲主要发展的新能源技术领域

4.1 氢能领域

氢能技术是欧洲最关注的绿色能源技术。欧盟目前正在制定氢气制造、生产、贸易的规则、标准和治理方式，形成连贯、透明的规则和规范，以促进其在欧盟成员国间、欧洲与其他地区之间的部署。与此同时，欧盟正在努力抢占氢能标准制高点，以摆脱对俄罗斯天然气和美国其他新能源技术的依赖。

根据生产方式和清洁能力，欧盟将氢能分为“绿氢”和“蓝氢”两个领域，绿氢是指通过可再生电力驱动水的电解产生的氢，即通过风能、光伏（PV）太阳能、核电等生产的氢气；蓝氢是指利用碳捕集、利用与封存（CCUS）技术生产的氢气[2]。按照欧盟的计划，未来20年内，绿氢是主流，蓝氢是辅助。

因此，欧盟重点关注的氢能领域核心技术包括以下几个方面。

4.1.1 电解器技术

欧洲在传统电解器制造业中占有优势技术地位。目前大约有一半的电解器国际专利都在欧洲，但受限于成本和应用范围，尽管欧洲拥有最强的制造能力，但中国才是当今世界范围内电解器国际出货量的领导者。为了占据更多市场份额，欧盟相关公司正在投资研发更具创新技术的电解器，如质子交换膜、固体氧化物和加压的碱性电解器，希望利用此类创新和新兴技术重塑电解器国际市场和制造格局。

4.1.2 氢燃料电池技术

氢燃料电池是用电化学方法将氢气转化为电的装置，本质上是反向工作的电解器，不是用水和电来制造氢，而是用氢来制造电和水。燃料电池可以部署在大型发电厂，也可以应用于运输工具上，如燃料电池电动汽车、卡车、公共汽车、叉车、船舶以及飞机等。目前大部分燃料电池产能被亚洲垄断，中国已经是全球最大的产氢国及最大的燃料电池商用车市场，其加氢站拥有量全球第一。日本已安装了超过40万台（套）住宅氢燃料电池系统。韩国预计到2040年将达到15 GW的氢燃料电池生产规模。因此，欧盟在氢燃料电池技术和制备方面落后于亚洲地区。为实现逆转，欧洲承诺到2030年部署多达10万辆氢燃料电池重型卡车，到2025年有200个氢能源站，并接受与亚洲地区的广泛合作。

4.1.3 储氢技术

常用的储氢技术主要包括高压气态储氢、低温液态储氢和金属氢化物储氢等。虽然目前欧盟在金属氢化物储氢研究方面已经处于世界先进水平，但要实现产业化，仍需开展大量基础研究。因此，储氢技术将是欧盟在未来一段时间内重点关注的核心技术。

4.1.4 氢气科技外交

由于欧盟在氢能的战略决策上已经落后于亚洲部分国家，通过技术创新在短时间内难以降低研发成本，也难以推动技术应用，因此，一些国家已经在寻求通过科技外交途径来推进其氢气战略。例如，德国设立了专门的氢外交办公室，已与多个国家达成了双边氢气协议，包括澳大利亚、智利、摩洛哥、纳米比亚、突尼斯和乌克兰，支持关于全球氢气创新的国际对话，还向 H2全球基金会（H2Global Foundation）划拨了近10亿欧元，鼓励绿氢及其衍生物的研发与国际合作；荷兰是第一个任命专门的氢气特使的国家，将智利、纳米比亚、葡萄牙和乌拉圭等国家作为潜在的合作方，通过氢气科技外交实现在这些地区搭建工厂的目标，以此降低本国的生产成本；比利时寻求在智利、纳米比亚和阿曼等国建立大规模氢气生产基地，并与新加坡签订协议，共同研究从拉丁美洲出发的全球氢供应路线的可行性。

4.2 天然气领域

2021年12月，欧盟峰会决定将天然气重新纳入绿色能源范畴，并与美国、俄罗斯签订了新的天然气供应合同。但俄乌冲突导致欧盟天然气供应不足。因此，2022年3月，欧盟紧急重启天然气管道利用计划，重新绘制了全球天然气管道传输图，并在世界范围内开展天然气贸易洽谈，试图在一定程度上维持现有的天然气供应。目前欧盟重点关注的天然气领域核心技术包括如下方面。

4.2.1 天然气替代技术

欧盟有充足的备用再气化能力，因此具备短期内扩大生物甲烷研发与生产的能力[3]。欧盟现有生物甲烷产业具备完整的创新链，能够在一定程度上实现欧盟各国的天然气替代，具备广阔的发展空间。

4.2.2 热泵技术

为确保房屋供暖，取代天然气锅炉，欧盟目前计划通过创新研发，提高全境热泵安装率，并有针对性地推动热泵技术与房屋建造技术相结合，增加能源使用效率并降低成本。

4.3 风电领域

欧洲一向是大型风电技术和中小型风电技术的领跑地区，丹麦、荷兰等国家风能资源丰富，大型风电技术处于国际领先地位。依托相关技术基础，欧盟针对风电领域不断进行研发创新，具有代表性的是欧盟“地平线2020”计划资助的“生态之翼”（ECOSWING）项目，代表了风力涡轮发电机高温超导技术应用的最高水平[4]。

因此，考虑到欧盟能源减排的需求，风电势必在未来30年内成为欧盟主要的电力能源供给方式。因此，欧盟计划在巩固现有风电技术的基础上，持续增加力度支持新一代风电研发。

4.4 光伏技术领域

考虑到光伏产业的绿色发展前景，欧洲光伏产业协会的法国、德国、爱尔兰、意大利、西班牙和瑞典等成员国的相关企业希望欧盟确保光伏价值链弹性战略，并重点关注几个重点研发领域。

4.4.1 多晶硅原材料提炼技术

欧洲在多晶硅原材料提炼技术方面处于国际领先地位，为保障欧盟始终领跑国际光伏产业，欧洲相关企业不仅投入了大量的研发经费，更新现有工艺和技术基础，还加强了多晶硅原材料提炼技术的保护力度，尤其针对亚洲、非洲等需求旺盛的地区，更是增加了合作壁障。

4.4.2 光伏系统应用技术

主要涉及光伏建筑一体化和大型光伏电站两个领域。光伏建筑一体化是“新能源建筑”的典型代表，在欧洲已被广泛应用，光电幕墙和光电屋顶已成为欧盟重要的科技外交展示手段。欧盟认为利用大型光伏电站可开展大规模商业化发电，并期望其成为欧洲主流的电力工业。

4.4.3 太阳能电池制造技术

太阳能电池制造技术种类较多，欧盟主要关注以下几种类型。一是钙钛矿薄膜技术，英国牛津光伏太阳能公司（Oxford PV）早在2018年便实现了在硅上涂钙钛矿太阳能电池，使光电转换效率达到了27.3%。二是有机钙钛矿太阳能电池技术，由于该技术与碲化镉、硒化铜铟镓等传统光伏技术具有竞争关系，因此需要实现成本效益、高性能、高效和稳定等特性才能够立足市场。德国在这方面的技术处于世界领先地位，2020年8月慕尼黑技术大学（TUM）完成的钙钛矿有机太阳能电池首次在太空中进行测试，测试结果显示，太阳能电池不仅性能良好，而且比目前使用的电池更薄、更轻，甚至可以吸收从地球反射回来的漫反射光，这是传统的太阳能电池无法做到的，该电池具有良好的应用前景。三是MWT（金属电极绕通）电池技术，目前欧洲众多企业正在全力研发新一代MWT的激光打孔产品，并已经开展了背接触电池铺设机及背接触电池组件自动封装线研发。四是异质结电池技术，欧盟现有产能和量产效率不如日本。德国、意大利等欧盟成员国开展了中试线和产业化运营，量产化异质结电池光电转换效率超过23%，为争夺国际领先地位，欧盟在近年的“地平线2020”计划中重点投入了相关经费，并全力支持欧盟成员国与日本相关企业进行技术合作。

4.5 水电领域

欧洲依旧重视水电领域发展，虽然近年来欧洲水电站建设方面发展缓慢，但是在技术创新方面，欧盟各国依旧十分关注，尤其是抽水蓄能电站技术、灵活的水风光电耦合技术、迷你水电站技术等。

在能源生产领域，水电仍然是支持能源转型和抵御全球变暖的重要支撑力量。水电站的水库除了可以提供灵活的电力供应，还具备其他功能，如防洪、抗旱、粮食保障和水的供应，从而可以为水—能源—粮食的纽带关系管理以及实现联合国可持续发展目标做出更多贡献。但欧洲的水电开发面临诸多来自环境、社会、技术和商业等方面的挑战。因此，欧盟也在寻求新的解决方案以进一步提高社会和环境对水电的可接受性，在能源转型的大趋势中拥有一席之地。

4.6 核电技术

在新冠肺炎疫情、俄乌冲突的背景下，欧洲出现了天然气价格飙升、大范围能源短缺等问题，欧盟内部对核电的态度也发生了较大转变。法国提出了新的核反应堆建设计划，荷兰也确定了50亿欧元的反应堆新建计划。保加利亚、克罗地亚、捷克、芬兰、匈牙利、波兰、罗马尼亚、斯洛伐克、斯洛文尼亚和瑞典等其他欧洲国家也对核电表示了支持。

此外，核电还可用于制氢、工业供热、区域供暖、海水淡化、合成燃料和化工产品生产、冷却与制冷以及热电联产。特别是利用小型模块堆和先进反应堆实现核技术应用，这也是欧洲目前关注的核心技术。

4.7 CCUS与CCS技术

2021年10月，欧盟委员会举办高层论坛，将CCUS与CCS技术作为实现欧洲2030年和2050年的脱碳目标的重要手段，强调未来10年推进相关项目的开发和部署计划。因此，CCUS与CCS技术的发展与应用等方面是欧盟关注的两个焦点。

4.7.1 CCUS产业集群

欧盟认为，CCUS产业集群具有碳运输和存储共享的特色，能够带动小型CCUS项目，满足储碳需求，又能推动相关产业的基础设施投资，是未来主要发展方向。各国应加强储碳能力设计，缩短CCUS项目的研发周期，尽快实现产业集群。

4.7.2 CCS与负排放技术

根据国际能源署（IEA）的报告，负排放技术中的生物能和直接空气捕集（DAC）技术辅以碳存储是非常有效的碳减排手段。因此，以挪威、芬兰为主的北欧各国十分重视CCS和负排放技术，德国、英国和西班牙等国非常关注DAC技术、CCS土地管理技术、海洋富化利用和生物能存储等技术发展，并开始投入经费开展研发工作。

5 欧洲新能源技术发展的问题与解决方案

5.1 存在的问题

欧洲虽然在新能源技术领域走在世界前列，但是发展过程中仍然存在一些技术问题。

一是传统可再生能源技术（风能、水能、光伏等）不够稳定，受地球环境和气候变化影响巨大。虽然该技术可以提供巨大能源，但受限于储能技术缺陷，该技术全面替代化石燃料依然需要很长时间。

二是氢能和生物质能技术能源产量不足。目前欧洲虽然开展了大面积氢能和生物质能研发，也已经率先形成了以此为主的发电设施，但总体来看，其占输入欧洲电力市场的能源比例极低，以此为能源主流的愿景短期内无法实现。

三是CCUS与CCS技术发展不全面。目前在欧洲仅北欧地区具备完善的CCUS技术，整体技术水平与美国相当，但欧洲大多数地区依旧在CCS技术领域徘徊，碳利用的相关技术较弱，还不能实现产业化和产品化链条。

5.2 解决方案

一是欧洲建立了电力市场，欧洲所有国家的电力能源均来自电力市场，如果某一国家自产能源出现浮动和短缺，随时可在电力市场中购买，这就弥补了传统可再生能源技术输电不稳定的问题[5]。

二是2016年欧盟委员会发布了《面向所有欧洲人的清洁能源一揽子计划》，该计划包括能效、可再生能源、电力市场设计、电力供应安全与治理等方面的立法建议。该计划的主要目标之一是把能源效率放在首位，强调节约能源和提高能源效率对可持续能源转型的重要性，也提出了相应的补贴手段，这在一定程度上促进了欧洲地区对清洁能源的创新热情，对各种新能源技术的推进产生了积极作用。

三是欧盟加强了能源市场的对外尺度。例如，与周边国家保持能源市场和监管框架一体化，建立双边和多边可靠伙伴关系等。这些行动在一定程度上吸收了世界范围的先进技术，也将欧盟自有技术变现为产业化合作，加速了产业化链条的形成。

6 对我国能源转型的借鉴

我国长期目标无疑是致力于实现低碳能源转型，但短期内仍存在诸多问题。一是能源需求量继续快速增长，化石燃料短期内无法被替代，尤其部分地区“拉闸限电”进一步凸显了燃煤需求的重要性。二是省级和国家目标之间的不一致问题。由于很多省份的煤炭产能与地方财政活力挂钩，因此地方政府对新能源改革持谨慎态度。三是氢能技术、CCUS与CCS、生物质能技术等新能源技术发展速度较慢，水能、核能、风能等依旧是长期新能源主流。

因此，我国在实现“双碳”目标的过程中，应利用国际科技合作手段，快速响应，全面发展新能源技术，将新能源有步骤、分区域地逐步替代工业产能用化石燃料。

7 对欧合作的建议

欧洲已走在能源转型的前列，我国相关企业和科研机构若想实现新能源领域的快速发展，应加强与欧洲相关国家合作。以欧洲现行对外合作政策来看，虽然欧洲整体受美国影响较大，但是总体愿意接受与我国的相关合作。因此，在能源领域开展纯技术合作或经贸合作均有可行性，具体建议如下。

7.1 根据欧洲各国政策，开展针对性合作

我国应根据欧盟各国政府对新能源技术的需求清单，针对各国不同政策情况，开展不同的合作模式。首先，与对我国友好国家开展政府间磋商，以双边政府间合作模式率先开展技术合作，关注氢能、生物质能、CCUS与CCS等重要前沿技术合作，打通合作成果的国际产业化、试验化渠道。其次，争取与对我国有部分技术限制的国家进行洽谈，以应对气候变化的能源转型为抓手，争取实现专项技术合作。最后，对其他国家，如波兰、捷克、瑞典等，跟踪其政策情况，视具体情况考虑合作方向。

7.2 重点技术合作

在我国实现“双碳”目标的过程中，由于化石燃料依旧是能源主流，因此，需要关注清洁煤技术、核能技术等领域合作。在清洁煤领域，欧洲具备开发高效率、低污染、低能耗、低造价的火力发电设备能力，实现了无二氧化碳排放的火力发电装置研发，对我国现阶段的发展有重要参考意义；在核电领域，法国、德国、英国均是核电大国，其在核电安全性、核废料处理等方面的技术处于世界领先地位，对我国现阶段核电升级和安全性保障具有重要参考作用。

由于欧洲普遍开始“退煤去核”的能源转型，原有煤电、核电领域的相关设备、技术、人才将处于空置阶段，这也将是我国一次产业技术提升的重大契机。

7.2.1 氢能领域

一是在制氢方面，我国需要探索电解水制氢等低碳制氢技术，可以与欧洲国家合作。例如，法国电力公司与道达尔目前都在投资布局氢气生产和储运技术，具备合作机遇。二是在储运氢方面，可以学习欧洲输氢管道建设经验。欧洲有1500 km 的输氢管道，而中国目前仅有100 km输氢管道。法国相关技术已实现向天然气网注入掺入6%氢气的天然气，掺混率20%，德国TransHyDE项目也在积极探索氢气安全运输问题以降低大量生产和运输氢能的成本。三是在基础设施方面，可以与欧盟在加氢站技术方面合作，中国以高压氢气站为主，欧洲大多数加氢站则采用电解水方式制氢，因此具备合作共赢基础，实现优势互补。四是在氢能应用方面，我国的氢燃料电池运输工具起步较晚，与国外先进技术仍有较大差距，可以与技术较为先进的国家开展广泛深入的合作交流。

7.2.2 风电领域

一是开展风电软件开发合作，这方面最需要向国外尤其是丹麦等技术领先国家学习。利用双边和多边合作，共同开发基于中国的风电技术软件，培养风电技术软件开发专业人员，是尽快实现关键设计软件国产化的重要手段。二是海上风电技术合作。我国正处于近海规模化、深海试点化的关键阶段，现阶段应根据我国海上固定式风机的发展研究经验，与北欧及荷兰等国展开深入合作，借鉴和利用欧洲浮式风机开发特点，从点到面推进浮式风机基础设施的建设，并在特定场址积极进行浮式样机试验风场建设，带动浮式风电产业链的发展。三是大型机组、零部件设计制作。丹麦和德国采取了许多政策措施培育国内市场，已有成熟的技术体系，在全球风电整机制造商市场份额中处于领跑地位，因此可以与相关公司进行合作交流，学习其大型机组及整个产业链的先进技术。

7.2.3 光伏技术领域

中国新能源产业链居于全球领导地位，在光伏行业，中国是全球唯一具备从上游材料到中游组件再到下游电站投资能力的国家。中国企业拥有全球60%～70%的光伏产业链资源，是全球发展新能源必不可少的重要资源。但部分关键技术水平不高。

一是硅料制备工艺。我国硅料制备一般采用改良西门子法，但其成本下降的空间已到极限。欧盟在2014年以后逐步应用流化床法，其电力成本较改良西门子法降低约50%。所以在硅料制备工艺方面我国存在国际合作需求。二是硅片制备环节。我国单晶拉棒环节的工艺和设备均已较为成熟，但相关的替代技术尚未取得突破，尤其是多晶硅锭的铸锭工艺，所以在单晶拉棒替代技术、新多晶硅锭铸造工艺和新切片技术的创新方向有国际合作需求。三是多晶硅与太阳能电池技术。英国牛津光伏太阳能公司、德国慕尼黑技术大学等机构所研制的新型钙钛矿电池技术，芬兰阿尔托大学研发的纳米结构黑硅光电设备等新型技术为光伏设备提高了光电转换效率，并降低了成本。该类技术一直是我国光伏产业尚未掌握的关键技术，应加强与相关国家的合作，实现技术革新与进步。

7.2.4 水电技术领域

我国水电技术已经处于世界领先水平，对于大型水电机组设计、水电站建造技术、水轮机制造技术等关键性技术的更新换代速度快，我国与欧洲地区相比，基本处于持平状态。因此，应在合作方向上更多地取长补短，学习国外水电技术的实践经验，在高坝等建造技术中，采纳国外类似地理结构和条件布局的优秀成果，加强合作交流，促进开发广泛共识。

7.2.5 核电技术领域

核能国际合作宜注重战略利益、战略遏制、战略主动等“一国一策”的推进思路。在目标国的选择上，优先考虑有助于我国综合效益提升的国家。在合作方式上，可分为3类：一是项目有直接经济收益，且风险基本可控的，以企业主导、国家支持的方式推进；二是合作项目经济收益不明显，但其他方面有获益的，采取企业、国家共同发力；三是合作项目有明显经济风险，但其他收益明显大于项目经济利益的，应以政府主导、企业参与的方式开展合作。在欧洲区域合作方面，宜开展“短平快”项目的合作，加大对全球核治理体系与规则制定上的合作。在与国际能源类组织的合作深度与广度方面，聚焦理性、协调、并进的核安全观，充分利用国际原子能机构（IAEA）、世界核电运营者协会（WANO）、国际核能合作框架（IFNEC）等组织机构的核领域多边论坛/机构的作用扩大中国的影响力。