引领氢能发展的城市: 中国39个城市的承诺与战略

摘要

来自可再生能源的氢能具有应对气候挑战的潜力，技术进步对于推动这种能源转型至关重要。在全球范围内，越来越多的城市正在积极采用氢气战略。关于城市可持续性过渡的文献主要侧重于技术采用方面的政策创新，而对城市在促进技术创新方面的作用探讨不足。在这里，本文采用定性内容分析的方法，分析了来自中国39个氢能计划城市的122份政策文件，以弥补这一差距。研究结果显示，城市通过有针对性的政策支持和对所需技术的投资，在促进新兴氢经济中的技术创新方面发挥着众多关键作用。通过走在国家政府前面，这些早期行动者在创造早期势头和为未来规模转型奠定基础方面发挥了关键作用。本文的研究结果还指出，这些自下而上的举措显然需要更好地指导和引导向清洁氢开发，因为缺乏上层政策指导可能导致优先事项和结果的多样化。本文的研究结果呼吁在研究和政策上重新关注城市在技术创新和可持续性转型方面的积极作用，并强调让城市参与国家和国际氢经济发展的重要性。

引言

来自可再生资源的氢能具有应对气候挑战的潜力，但在降低供需双方的成本方面存在障碍，技术进步是成功的关键。许多国家正在竞相开发氢能，其主要目标是在氢技术方面处于领先地位，并获得额外的环境效益和实现能源供应的多样化。

在全球范围内，处于领先地位的城市积极参与气候保护。在新兴的氢经济格局中，一些先行者城市正在积极开发和采用氢燃料，用途各不相同。在文献中，城市可持续转型研究的焦点主要集中在城市的政策创新能力，社区主导的行动，或社会技术实验。这些研究探索了促进采用新技术以实现其过渡目标的各种创新性城市举措；强调了城市在应用和嵌入可持续性技术以实现减排目标方面的作用。然而，尽管有一些经验证明认为一个城市可能会投资于太阳能热水器等可持续性技术，但城市能否以及如何在促进可持续性研发方面发挥积极作用的问题仍有待系统地探讨。调查市政府在其管辖范围内促进技术创新的意愿和努力将加深本文对城市对可持续转型的贡献的理解。这种洞察力在氢能开发中尤为重要，因为技术进步对于帮助这种紧急转变至关重要。城市被视为知识生产和技术创新的场所。城市的创新能力与其规模呈正相关，创新周期正在加快，以保持可持续增长。在一个氢能被应用于能源系统的紧急情况下，调查城市级氢政策的驱动因素、机会、障碍和影响，将及时提供新的见解，了解城市在孵化技术创新方面的作用，并将有助于加速氢能的应用。在这项研究中，本文以中国的领先城市作为案例研究，探讨城市在实现氢燃料转型中的潜在作用。

本文试图回答这样一个问题：在新兴的氢能经济中，城市是否积极支持氢能技术的研发？如果是这样，原因和方式是什么？具体来说，本文通过研究中国39个领先城市的城市氢政策来解决四个子问题，即（1）城市层面的政策侧重于哪些价值链部分？（2）城市优先采用哪些制氢方法？（3）城市如何支持其管辖范围内的研发活动？（4）是什么促使领先的城市这样做？为了分析，本文对政策文件进行定性内容分析。

结果

氢价值链环节的城市战略重点

城市层面的氢价值链区段战略重点如图1所示。每个条代表城市的数量，颜色代表政策意图: 蓝色条代表鼓励技术发展的城市; 橙色条代表鼓励采用氢气的城市。在供应方面(包括氢气生产、储存和运输) ，支持技术创新的城市多于鼓励技术应用的城市。在加油站段观察到相反的趋势。几乎所有的城市都出台了支持加油基础设施建设的政策; 相比之下，只有一半的城市通过政策支持这一领域的技术创新。

在需求方面，城市交通部门使用氢气吸引了最多的政策关注，政策同样支持技术创新和示范。相比之下，较少的城市有政策计划推动氢能在电力、工业和建筑部门的使用; 特别是，对研发的支持很少。值得注意的是，许多城市表达了他们对未来建设氢能社会的愿景，表明了在交通以外的其他城市部门广泛使用氢能的雄心。

本文进一步研究了这些城市提出的制氢方法，如图2所示。政策文件中提到了四种方法: (1)利用化石燃料生产氢气; (2)利用碳捕获和储存(CCS)技术生产化石燃料; (3)电网发电; (4)可再生能源。这种分类对于理解城市一级的政策是否可能有利于可持续发展至关重要。图2显示了有近期氢生产计划的城市数量(到2025年)。大多数城市支持多种来源的氢生产。

调查结果显示：

（1）39个城市中有24个表示将鼓励使用可再生氢能。此外，利用工业副产品制造氢气是城市采用的另一种流行方法（39个城市中有24个城市采用了这种方法）。副产品方法有直接的好处，例如使用可能浪费的资源和提供氢供应以满足近期需求。

（2）此外，在39个城市中，有32个城市规划或实施了鼓励采用氢动力汽车和部署加油站的政策，这表明在这两个领域存在共存现象。这种确定的模式可能揭示了政府的采用策略--在推广氢动力汽车的同时推广燃料补给基础设施。

（3）所有39个城市都表示，他们倾向于在近期计划中将燃料电池汽车作为重型或公用车辆使用，例如城市公共交通(如公共汽车和运输工具)和工业车辆(如叉车和重型卡车)。一些城市计划为他们的政府车队购买氢燃料汽车。相比之下，较少的城市(39个城市中有19个)计划在短期或中期内鼓励在出租车、商务车和租赁车中使用氢动力客车。

（4）如图1所示，对技术发展的政策支持延伸到氢价值链的所有环节，表明城市不仅是将氢应用于基础设施的运营单位，而且也是技术研发的直接支持者。

（5）图1的水平轴显示了这些城市的政策发展进程。例如，在氢生产领域，34个城市制定了支持技术研发的政策目标，27个城市制定了实现这些目标的进一步路线图。一些城市将这些计划转化为政策行动: 29个城市宣布了今后要采取的政策措施，24个城市已经实施了一些政策工具。总体而言，随着城市从愿景转向行动，城市数量沿着水平轴逐渐减少。其他领域也有类似的趋势。

本文进一步检查和比较了每个城市的政策进展，如图3所示。本文确定了这些城市用于技术创新和应用的11种政策工具(详见方法部分)。在图3中，橙色条表示正在实施的策略工具类型的数量，而蓝色条表示所有计划和实施的工具类型的总数。如图3所示，城市在政策进展方面有所不同：

（1）图表右侧的7个城市只宣布了政策意图，尚未实施任何措施，而图表左侧的几个城市已经取得了进展。

（2）各个城市在氢工业基础、产业结构、财政能力和可持续发展政策方面有所不同。在氢/燃料电池发展方面处于领先地位的城市似乎已经制定了许多政策，而处于氢能源工业早期阶段的城市更有可能处于图表的右侧。这一发现可能表明，这些领先的城市投资于不同产能和投资水平的氢计划。由于这些城市在中国具有相同的政策环境，政策演进的异质性可能是由内生因素或区域因素造成的。

[技术研发和应用的政策工具]

本文进一步调查了这些城市所采用的政策工具，并在图4和图5中展示了它们在价值链各环节的分布模式。这些工具根据政策意图分为两类: （1）如图4所示促进技术发展; （2）如图5所示鼓励技术应用。蓝色条形表示计划阶段的策略; 橙色条形表示实施阶段的策略。长度表示使用每种政策工具的城市数量。

（1）城市采用了一系列政策工具来支持技术发展: 有利的制度安排、监管、杠杆投资的融资机制、示范项目、税收激励、补贴、试点地区、工业园区和研发资金。政策支持是全面的，包括财政和非财政措施。

（2）为了促进技术应用，城市采用了另一套政策工具，包括促进制度安排、监管、投资杠杆融资机制、示范项目、政府采购、试点地区、工业园区、补贴和土地使用政策。一些策略工具专门用于支持技术采用。

[城市氢战略的动机]

2020年出台了第一个专门的国家级氢能相关项目--燃料电池汽车试点城市政策，许多城市对此做出了回应，发布了当地的氢能或燃料电池汽车发展计划。然而，在39个案例城市中，本文确定了21个城市在国家层面的计划之前已经引入了相关的政策，表明这个国家政策框架可能不会直接推动这些先行者的政策发展。本文分析了这21位先行者在他们的政策文件中陈述的动机，并在图6中进行了总结。

如图6所示，上级政府是实施城市一级战略的一个影响因素。16个城市承认，它们的氢战略决定受到各种国家计划的影响。9个城市表示，它们的氢计划是对省级氢框架的响应。

关于城市气候治理的研究发现，各级政府之间的纵向联系可以促进地方一级的行动。在这些案例中，本文进一步调查了省市之间的联系。在一些城市，省级政策可能在刺激城市一级战略和鼓励城市间合作方面发挥关键作用。在其他情况下，省级计划在激励市一级政策方面可能发挥有限的作用，因为先行城市在宣布地方战略方面走在了省的前面。值得注意的是，在中国，只有少数省份发布了氢战略。因此，本研究中包括的许多领先城市在没有省级指导的情况下规划了自己的氢战略。

此外，发展氢能经济的全球势头可能会影响到这些城市，因为有12个城市在其政策文件中描述了全球趋势。此外，19个城市表达了在这一新兴领域作为国家或全球领先者发挥带头作用的雄心。对加入氢能经济的全球趋势表示出的兴趣可能意味着，如果城市能够及早采取行动，它们已经确定了未来的机会。城市在采用可持续性技术方面的领导作用。

这些政策文件也披露了内生因素。一些城市承认，作为未来氢能经济的先行者，它们的特殊禀赋提供了优势。例如，一些城市可能接近可再生能源或拥有丰富的制氢工业副产品; 一些城市可能已经建立了相关的工业基地(如汽车工业)或在这一领域实现了技术创新; 还有一些城市可能已经发现了新兴的本地市场机会。以前的研究发现，城市的某些禀赋可能提供了一个机会来启动积极的惰性，从长远来看，这可能有助于城市的可持续性实践。此外，这些文件还指出，城市之间的联系是城市加入这一趋势的动力。最后，国家/国际事件可能是一个驱动因素。

通过上述分析，本文得出结论：先行城市制定地方氢战略的动机可能受到以下因素的驱动：（1）上级政府的政策影响；（2）预期的经济效益/技术优势；（3）地方资源、市场、技术和产业禀赋；（4）其他城市的同行影响；以及（5）国家/国际事件。

讨论

首先，城市在氢能经济的技术创新中起着至关重要的作用。城市被视为创新的引擎。然而，城市与创新之间的联系既非必然，也非天然纽带。因此，城市必须在必要的政策支持下，努力提高和增强自身的创新能力。关于城市可持续性过渡的现有政策研究侧重于能够为可持续性过渡采用新技术的政策创新，而不是明确促进技术创新和发展。本文的研究表明，向氢能转型的领先城市通过一系列支持性政策积极和有目的地鼓励技术研发，这表明城市除了是新技术的采用地之外，还可能对氢经济的技术进步做出贡献。

从政策文件中发现，中国一些城市级氢能计划继承了以往/现有地方技术创新或可再生能源战略的政策支持，作为这些政策方案在氢能等特定领域的延伸。此外，如图6所示，不同城市存在不同的地方禀赋，推动政策制定，表明由于这些固有属性，城市创新能力存在异质性。一些研究还发现，不同城市的创新过程有所不同，这取决于各种因素，比如它们过去的创新轨迹，产业结构的多样性或专业化，以及人力资本禀赋。在这方面，正如本文的案例研究所揭示的，城市间合作可能通过整合合作城市的多样化优势而有利于转型。中国城市推广可再生氢能的雄心可能意味着城市对未来可持续性转型的可能贡献。在城市公共交通中采用燃料电池汽车的目标可为早期氢汽车市场开辟机会，可能有利于技术进步，并为长期大规模采用做好准备。

其次，城市在向氢燃料的过渡中扮演着实验性的角色。这项研究说明了中国氢能工业发展早期的一种自下而上的方法--领先者在国家政策方案出台之前就已经介绍了他们的氢能计划。城市政策的制定受多种因素的驱动，政策的推进方式也各不相同。后来，这些自下而上的实验得到了自上而下的指导，这些指导可能在加强合作和避免城市之间的过度竞争方面发挥协调作用。虽然缺乏上层指导可能会导致政策优先次序、细节程度和初期计划时期的多样化，但城市层面的努力已经为新兴氢经济奠定了一些基础，比如创造利基市场、孵化早期技术创新和建立产业基地。随后的自上而下的指导可以建立在这些基础之上并加快开发。早期的研究已经确定了创新的嵌套结构，即自上而下的设计会遇到自下而上的创新，并主动采用激励机制。这种治理结构可以促进跨规模和城市的政策学习。在本文的案例研究中，虽然最初的政策努力来自基层，这不同于由嵌套结构促进的设计的政策方案，但它仍然显示了嵌套结构的一些关键特征，例如促进可持续性实验和学习。重要的是，自下而上和自上而下努力的结合也可能促进氢能采用的体制发展。氢能转换可能以一种系统的方式发生，需要更换现有的能源生产、储存、分配和利用系统或将氢集成到其中。因此，向氢经济的过渡不仅需要强有力的政策支持，特别是在促进基础设施部署和技术创新方面，而且还需要增长和发展扶持机构。

总而言之，本文的研究结果表明，领先的城市可以通过有目的地支持和投资所需的技术，在促进新兴氢经济中的技术创新方面发挥潜在的关键作用。然而，本文的研究结果也指出，这些自下而上的政策显然需要更好地引导和引导到清洁氢能的开发，这反过来又可以加速可持续性的转变。