基于加氫站建設(shè)的氫能源產(chǎn)業(yè)鏈分析

王學(xué)軍

（1.含氟功能膜材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東桓臺(tái)256401；2.山東東岳高分子材料有限公司，山東淄博256401）

當(dāng)前，能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，迫切需要開發(fā)潔凈、經(jīng)濟(jì)的新能源。氫能以其特殊優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是新世紀(jì)的重要二次能源，成為各國(guó)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移和研究的重點(diǎn)。氫能作為新能源，除了具有燃燒產(chǎn)物潔凈、無污染、不產(chǎn)生溫室氣體等環(huán)保性和可再生性外，還是其他清潔能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換的樞紐，且具有熱值高（高效）等優(yōu)勢(shì)[1]。

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，隨著排放要求的提升、儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展、燃料電池技術(shù)的進(jìn)步，“氫經(jīng)濟(jì)”逐漸進(jìn)入人們的視野。氫能是大規(guī)模儲(chǔ)存可再生能源的重要途徑。氫適合各種規(guī)模的儲(chǔ)能，在儲(chǔ)存過程中無能量損失，可跨季度儲(chǔ)存。氫能作為二次能源，可以成為連接化石能源和可再生能源的橋梁，將熱力網(wǎng)、電力網(wǎng)和燃料供應(yīng)網(wǎng)連于一體，使化石能源應(yīng)用更清潔，使可再生能源應(yīng)用更高效。同時(shí)，氫能是新一代引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性能源技術(shù)。對(duì)中國(guó)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，突破產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與轉(zhuǎn)型升級(jí)的困境和瓶頸具有基礎(chǔ)性作用，可顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。

實(shí)現(xiàn)“氫經(jīng)濟(jì)”目前最直接的著力點(diǎn)是氫燃料電池汽車。在氫能的眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，汽車市場(chǎng)規(guī)模最大，氫燃料電池汽車有環(huán)保和續(xù)航里程長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，在交通工具領(lǐng)域被視為新能源汽車的最終綠色解決方案[2]。

氫能和燃料電池汽車技術(shù)開發(fā)是戰(zhàn)略選擇，一旦在技術(shù)上取得突破并形成產(chǎn)業(yè)技術(shù)，會(huì)對(duì)世界能源和交通發(fā)展格局產(chǎn)生重大影響。如果中國(guó)能在該領(lǐng)域率先市場(chǎng)化發(fā)展，占據(jù)研發(fā)和生產(chǎn)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，中國(guó)“氫能”專利申請(qǐng)趨勢(shì)圖見圖1。

1 政策引導(dǎo)與規(guī)劃

圖1 中國(guó)“氫能”專利申請(qǐng)趨勢(shì)圖[3]

進(jìn)入21 世紀(jì)后，中國(guó)出臺(tái)了大量政策支持民用氫能的發(fā)展[4]。2006 年，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020 年）》，在“先進(jìn)能源技術(shù)”部分提出要重點(diǎn)研究高效低成本化石能源制氫、可再生能源制氫，以及經(jīng)濟(jì)高效的氫氣儲(chǔ)存和輸配技術(shù)；2012 年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020 年）》提出燃料電池汽車、車用氫能源產(chǎn)業(yè)要與國(guó)際水平保持同步；2014年發(fā)布了《關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，提出要建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的新能源汽車發(fā)展政策體系；2015 年發(fā)布的《中國(guó)制造2025》將節(jié)能與新能源汽車列為10 大重點(diǎn)突破領(lǐng)域。

2016 年前中國(guó)已經(jīng)將氫能確認(rèn)為未來科技發(fā)展和儲(chǔ)備的方向，2016 年后中國(guó)則明確了氫能領(lǐng)域的具體發(fā)展目標(biāo)。其中《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》將氫能和燃料電池技術(shù)列為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)?！丁笆濉眹?guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》在“專欄8清潔高效能源技術(shù)”中將氫能作為與可再生能源并列的重要組成部分?！秶?guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施方案》在可再生能源與氫能重點(diǎn)專項(xiàng)的方向7中提出3 個(gè)重點(diǎn)任務(wù)：一是氫的綠色制備、高密度運(yùn)輸及高效利用研究；二是氫氣的綠色制取與高效利用技術(shù)及示范：三是燃料電池發(fā)電技術(shù)。

《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016—2030年）》在重點(diǎn)任務(wù)（九）“氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新”中明確提出氫能領(lǐng)域發(fā)展的具體目標(biāo)：在制氫方面，研究煤催化氣化制氫、核能制氫等新型制氫技術(shù)；在儲(chǔ)運(yùn)方面，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本氫氣的制取、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、應(yīng)用一體化；在燃料電池方面，開發(fā)聚合物電解質(zhì)膜燃料電池（PEMFC）并實(shí)現(xiàn)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。

2018 年12 月，國(guó)家發(fā)改委與國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《清潔能源消納行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020 年）》，文件指出，探索可再生能源富余電力轉(zhuǎn)化為熱能、冷能、氫能，實(shí)現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用。氫氣的生產(chǎn)方式主要包括化石燃料制氫、水電解制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫等?！吨袊?guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書（2018）》數(shù)據(jù)顯示，2016 年中國(guó)氫氣產(chǎn)量約為2 100 萬t，其中煤制氫占比62%，為主要的氫氣來源；天然氣制氫其次，占比19%。

近年來中國(guó)還出臺(tái)了氫能發(fā)展相關(guān)補(bǔ)貼政策[5]。2014 年頒布的《關(guān)于新能源汽車充電設(shè)施建設(shè)獎(jiǎng)勵(lì)的通知》，對(duì)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)且日加氫能力不少于200 kg 的新建燃料電池汽車加氫站每個(gè)站獎(jiǎng)勵(lì)400 萬元；2015 年出臺(tái)的《關(guān)于2016-2020 年新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政支持政策的通知》表示，2017-2020 年非燃料電池電動(dòng)車補(bǔ)貼將逐漸退坡，而燃料電池乘用車補(bǔ)貼仍將保持不變，為20 萬元/輛。在補(bǔ)貼政策上，燃料電池汽車是新能源汽車中唯一一種到2020 年享受補(bǔ)貼不退坡特殊優(yōu)惠政策的車型，中國(guó)支持氫能和氫燃料電池中長(zhǎng)期發(fā)展相關(guān)政策文件見表1。

2 加氫站簡(jiǎn)介

加氫站是氫能供應(yīng)的重要保障。燃料電池汽車的發(fā)展和商業(yè)化離不開加氫站基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。氫燃料電池汽車能否快速投入市場(chǎng)且被大眾所接納，建設(shè)和發(fā)展便捷、安全、低成本加氫站起到重要作用。由于儲(chǔ)存技術(shù)的限制，目前的加氫站主要是高壓壓縮氫氣加氫站，包括氫源、純化系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、加注系統(tǒng)、安全及控制系統(tǒng)。

高壓壓縮氫氣加氫站按氫源的不同，可以分為外供氫（off-site）加氫站和站內(nèi)供氫（on-site）加氫站（見圖2）。根據(jù)建站方式的不同，加氫站分為加氫單站和加氫合建站。前者站內(nèi)只具備加氫功能，可以是外供氫加氫站，也可以是內(nèi)供氫加氫站。而后者是指在原有或新的加油站、加氣站、充電站的基礎(chǔ)上再加入加氫功能設(shè)施，加氫功能設(shè)施與外供氫和內(nèi)供氫加氫設(shè)施相同，使站具有加油、加氣、充電和加氫的多種功能。加氫合建站的建設(shè)需要遵守《加氫站與加油站、加氣站的合建技術(shù)規(guī)范》，中國(guó)該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定，正待出臺(tái)和實(shí)施?；煺窘ㄔO(shè)的主要優(yōu)勢(shì)就是利用現(xiàn)有加油、加氣站的土地，不占用新的土地資源，節(jié)約成本。加氫合建站將成為未來發(fā)展趨勢(shì)。2018 年1 月，由中國(guó)石化廣東云浮石油與云浮新興縣國(guó)資辦合資打造的全國(guó)首個(gè)加氫加油混合站項(xiàng)目奠基，總投資4 500 萬元。加氫站設(shè)計(jì)規(guī)模為三級(jí)站，加注壓力35 MPa，日供氫能力為400 kg，每天可為100～250 輛物流車和40～100 輛公交大巴提供加注服務(wù)。加油站設(shè)計(jì)規(guī)模亦為三級(jí)站，日供油能力為15 000 kg，每天可為700 輛汽車提供加注服務(wù)。

表1 中國(guó)支持氫能和氫燃料電池中長(zhǎng)期發(fā)展的相關(guān)政策文件

圖2 2 種加氫站系統(tǒng)

根據(jù)氫氣儲(chǔ)存相態(tài)不同，加氫站有氣氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站和液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站之分[6]。全球近400 座加氫站中，有1/3 以上為液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站，絕大多數(shù)在美國(guó)和日本。相比氣氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站，液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站建設(shè)成本更低，同時(shí)液氫儲(chǔ)存量更大，充裝更快，是面對(duì)未來更大加氫需求下的更優(yōu)選擇。當(dāng)前中國(guó)液氫工廠的技術(shù)還沒有規(guī)?；?，這是制約中國(guó)液氫加氫站推廣的重要原因之一。

3 國(guó)內(nèi)外加氫站建設(shè)現(xiàn)狀

3.1 國(guó)外加氫站情況

歐美、日本高度重視加氫站建設(shè)，逐漸從起步進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展階段。自1999 年世界上第一座加氫站在德國(guó)慕尼黑國(guó)際機(jī)場(chǎng)建成，此后世界各國(guó)相繼開始推動(dòng)加氫站的建設(shè)。加氫站分布數(shù)量最多的國(guó)家是日本、德國(guó)和美國(guó)。同時(shí)，日本、美國(guó)和德國(guó)都有加氫合建站的范例，如戴姆勒、殼牌和林德公司合作建立的不萊梅市加氫站也是加氫合建站的范例，該加氫站也是在殼牌加油站的基礎(chǔ)上改造的。

據(jù)資料顯示，截至2017 年底，歐洲擁有139 座正在運(yùn)行的加氫站，亞洲擁有118 座，北美擁有68 座，南美擁有1 座，澳大利亞擁有1 座。阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)是氫氣社區(qū)的新成員，在迪拜設(shè)有一個(gè)私人加氫站。在全球369 個(gè)加油站中，有273 個(gè)是公共加油站可以像傳統(tǒng)加油站一樣，不需預(yù)約直接使用；24 座需要預(yù)約才可使用，其余的加油站保留給封閉的用戶群并供應(yīng)例如公共汽車或車隊(duì)車輛。

截至2018 年底，日本已建成106 座，預(yù)計(jì)2020年達(dá)到160 座。德國(guó)有60 個(gè)加氫站，其中近50 座是公共加氫站，僅次于日本，成為全球擁有加氫基礎(chǔ)設(shè)施第二多的國(guó)家。公開資料顯示，未來5 年，全球主要國(guó)家將加快加氫站建設(shè)，到2020 年，全球加氫站保有量將超過435 座，2025 年有望超過1 000 座，日本、德國(guó)和美國(guó)分別有320、400 和100 座。挪威、意大利和加拿大等國(guó)均有5～7 座加氫站處于規(guī)劃之中。

3.2 中國(guó)國(guó)內(nèi)加氫站情況

2016 年10 月，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院資源與環(huán)境分院和中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書（2016）》首次提出了中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線圖。對(duì)中國(guó)中長(zhǎng)期加氫站和燃料電池車輛發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行了規(guī)劃。主要包括：到2020 年，加氫站數(shù)量達(dá)到100 座；燃料電池車輛達(dá)到10 000 輛；氫能軌道交通車輛達(dá)到50 列；到2030 年，加氫站數(shù)量達(dá)到1 000 座，燃料電池車輛保有量達(dá)到200 萬輛；到2050 年，加氫站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成，燃料電池車輛保有量達(dá)到1 000 萬輛。

事實(shí)上，中國(guó)加氫站的進(jìn)展，遠(yuǎn)落后氫燃料汽車進(jìn)展的速度。資料顯示，目前中國(guó)已建成及在建的加氫站共有33 座，正在運(yùn)營(yíng)的加氫站僅有十幾座，但多數(shù)僅供示范車輛加注使用，暫未實(shí)現(xiàn)全商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。即使不考慮其中實(shí)地考察已停運(yùn)的個(gè)例，這十幾座加氫站仍無法滿足燃料電池汽車大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展規(guī)劃，距離2020 年目標(biāo)建成100 座還相差較大，國(guó)內(nèi)已建成加氫站（不完全統(tǒng)計(jì)）見表2。

表2 國(guó)內(nèi)已建成加氫站（不完全統(tǒng)計(jì)）