躁動的氫能

文 | 本刊記者 李帥

作為一種可以連接所有能源形式的“萬能能源”，氫能正在全球主要國家迅速生長。這個被稱為下一代的基礎性能源，能否帶來新一輪的產業革命？

隨著能源轉型的快速推進，氫能的戰略價值進一步凸顯。

氫氣是國際公認最理想的能量載體和清潔能源提供者，被譽為“21世紀的終極能源”。在溫室氣體排放壓力日益加大的今天，氫能以熱值高、清潔綠色和零排放的獨特優勢，成為了國際社會發展的共識。

國際氫能委員會發布的《氫能源未來發展趨勢調研報告》顯示，到2050年，氫能源需求將是目前的10倍，全球能源需求的18%將來自氫能源。

在專家看來，能源結構從碳氫化合物能源為主轉向氫能源為主是大勢所趨，氫能源將成為下一代的基礎能源，而這種基礎性能源可能引起新一輪的產業革命。

隨著氫能的廣泛應用，氫能下游的燃料電池汽車，被看成是汽車行業未來發展的主流方向之一。提早布局相關技術及研發，將有利于在下一代工業體系爭奪中占據重要位置。

相關專家表示，如果說中國目前的氫能發展處于2.0階段，韓國則為2.5，而日本已經達到了3.1。盡管還有較大差距，但氫能正在我國政策層面越來越受到關注，而相關產業的應用也逐步走向普通民眾的生活。

中國作為世界第一的能源消費國，在氫能發展上擁有眾多優勢，例如，中國是目前氫能產能最大的國家，也是氫能分布最廣泛的國家。但在技術上，尤其是在氫能高端的裝備制造、燃料電池的基礎研究等領域，我國與日本、德國、韓國等還有較大的差距。

在氫氣獲取上，目前氫氣來源更多地來自化石能源，未來如何清潔地、低成本地獲取氫氣仍然是一個重要的課題；在交通方面，目前氫燃料汽車越來越多，但是加氫站建設相對緩慢，涉及規范、技術等等因素；更大的問題則在于，業界“一窩蜂”地把目光放在交通領域的汽車上面，對氫能在發電、儲能和建筑方面的應用顯然不夠重視。

盡管聲勢浩大，但氫能作為一種能源產業來講仍然十分弱小，缺乏國家實質性支持以及相應的規劃。換言之，氫能雖然已經呈現出洶涌噴發之勢，但同時也呈現著美好和坎坷的兩面性。

冬奧之地的氫能驅動

從衛星地圖上看，河北省張家口市幾乎都是連綿的群山，地形較為平緩的中心是被清水河一分為二的橋西區和橋東區。在被周圍的群山擠壓后，看起來像一個上小下大的“沙漏”，清水河如同那一縷細沙緩緩流下。

張家口市一年四季分明，冬季寒冷而漫長，被譽為“東方達沃斯”。2015年7月，中國北京-張家口擊敗哈薩克斯坦阿拉木圖成為2022年冬奧會的舉辦城市。綠色、環保無疑是每一屆冬奧會的重要理念，而對于張家口市公交系統，同樣在追求出行的清潔化，即用電動汽車和氫燃料電池汽車更新傳統的燃油車。

2月22日清晨，《能源》記者在首發站百貨大樓站坐上了23路公交車，不同于純電動公交車在冬天會出現電量不足的窘況，空調開放有限，氫燃料電池公交車上則十分暖和，僅過了幾站，車上便擠滿了人。

作為張家口市第一批投運的氫燃料電池公交車——23路、33路公交車，其運行路線便是從市區“沙漏”的上半部分緩慢走過中間的狹窄部分走到“沙漏”的下端，整個過程耗時一個小時。

目前已經有74輛這樣的車在這個“沙漏”內來回穿行，張家口市也成為全國擁有氫燃料電池公交車數量最多的城市。而在2019年，張家口市還計劃新增170輛氫燃料電池公交車，到2020年該市將投入使用的氫燃料電池公交車、物流車、出租車預計達到1800輛，氫已然成為張家口市冬奧會外的另一張名片。

在張家口，北京億華通科技股份有限公司（下簡稱“億華通”）已經建設了利用風電的制氫廠，項目由其控股的海珀爾新能源科技有限公司負責。這個位于張家口市中部橋東區的項目包括1座制氫站和配套加氫站，總投資5億元，計劃分兩期建設完成，其中一期設計產能2000Nm3/天（約4噸氫氣/天），建成后每天可以為300輛氫燃料電池大巴拱氫。

由于制氫廠還沒有真正產氫，所以，目前張家口市區內公交車所使用的氫氣均為外地運送而來的工業副產氫，價格相對較貴?！爸茪鋸S一期建設在2018年就已完成，具備產氫能力。但是受11·28張家口爆燃事故影響，目前正在做調整、準備工作?！眱|華通一位工作人員告訴記者。

目前張家口市僅有一座簡易的撬裝式加氫站，加氫站的站長告訴記者：“目前的加氫站有三套加氫設備，氫氣由長管拖車運送而來，74輛氫燃料電池公交車均在此補充氫氣，一次加氫時間在15分鐘上下?！?/p>

據悉，2019年張家口市還計劃將新建5座加氫站，到2020年將累計建成加氫站21座，重點布局在高速公路、奧運賽區等地，提升對冬奧會的交通保障水平。

根據張家口市公交總公司車技部部長霍俊青的描述：“張家口市有豐富的氫能和太陽能進行低成本氫氣的制備，大大降低了氫氣的使用成本。目前，市內氫氣價格為30元/公斤，在全國屬最低。雖然這批氫燃料公交車在車輛采購、維護保養等方面比傳統車貴，但是隨著制造成本的不斷降低，這些問題都會好轉?！?/p>

事實上，不僅僅是張家口市，近年來，氫能在全各地如雨后春筍般出現。在京津冀、長三角、珠三角、華中、西北、西南、東北，有關氫能的規劃都在密集發布，或是氫氣制取，或是氫燃料電池汽車，“氫都”、“氫谷”林立的局面已然形成。

氫能熱潮倒逼國家戰略

正月初八，北京下起了大雪，雖然已經是年后上班的第二天，但是街上的人并不多。同樣的情形也發生在高校清華大學里，校園里只是偶爾能夠見到幾個拖著行李箱的學生，但是在能科樓卻有一位老者早早地便開始了工作。

“學校還在放假，學生們大都還沒有回來。我年前正好去日本東京理工大學參加了第四屆氫能研討會，所以也想和你聊一聊國外對氫能發展的重視。”記者見到清華大學核能與新能源技術研究院教授，同時也是國際氫能協會副主席的毛宗強時，年過七旬的他看起來依然精力充沛。

毛宗強認為：“目前，中國支持氫能發展是無疑的，也出臺了一些文件，但是作為領導人針對氫能明確的表態還沒有看到，不像韓國、日本等國家，作為國家領導人的總統或首相在講演中大力倡導氫能。中國如果決定要大力發展氫能，那么也需要經過深入的討論，在國家領導人層面有一個明確的態度?！?/p>

2018年5月，國務院總理李克強在日本首相安倍晉三陪同下參觀了豐田汽車的氫燃料電池車，這是中國國家領導人與氫最為接近的時刻。

早在2017年12月，日本便正式發布了“氫能源基本戰略”，主要目標包括到2030年左右實現氫能源發電商用化，以削減碳排放并提高能源自給率。

韓國更是將氫能上升到國家戰略層面。2019年1月，韓國總統文在寅在蔚山市政府大樓發布“氫能經濟發展路線圖”，計劃到2019年底，在國內普及4000輛以上氫燃料電池汽車；到2025年，建立年產量達10萬輛氫燃料電池汽車的生產體系；到2040年，將分階段生產620萬輛氫燃料電池汽車。

截至目前，日本和韓國氫燃料電池汽車的數量均在2000輛的水平。而根據中國電動汽車百人會執行副理事長、中國科學院院士歐陽明高在2018年11月的一次公開講話，國內現在也已經有2000多輛氫燃料電池汽車。

就在記者采訪毛宗強的前一天，江蘇常熟發布了《常熟市氫燃料電池汽車產業發展規劃》，依托于奇瑞捷豹路虎、觀致汽車、豐田研發中心的汽車及核心零部件產業集群的優勢，常熟也將加入氫能發展的大潮。

全球各國出臺燃料電池產業政策及發展目標

同濟大學原汽車學院院長、中國氫能源及燃料電池產業創新戰略聯盟（下簡稱“中國氫能聯盟”）專家委員會主任余卓平告訴記者：“現在的問題是沒有國家的整體規劃。各個地方都結合自己的資源開始規劃設計，這是一個好事情，但實際上作為一個能源結構的專業階段，并不是一個地方的事情，而是國家的事情，現在迫切需要的是國家的總體規劃?！?/p>

2018年2月，國家能源集團牽頭，同濟大學、中國鋼研、中船重工、國家電網、中國一汽、東方電氣、航天科技、東風汽車、寶武鋼鐵、中國中車、三峽集團等多家央企和科研機構參與的中國氫能聯盟成立。國務院國資委主任肖亞慶，科技部部長萬鋼（時任），工信部部長苗圩，國家能源局相關負責人等紛紛出席成立大會，規格不可謂不高。

中國氫能聯盟幾乎是由國家能源集團一手促成的，總經理凌文親自掛帥為氫能奔走呼號。毋庸置疑，名噪一時的中國氫能聯盟的首要任務就是說服國家將氫能的國家戰略地位坐實。

余卓平告訴記者，在清潔能源行動計劃里面，只是對氫能有所提及，但是沒有全面的布局。 國家能源局現在已經越來越重視氫能，國家將很快做出最終的抉擇。

電動汽車的接棒者？

2017年，科技部部長萬鋼指出：“在未來車用能源中，氫燃料與電力將并存互補，共同支撐新能源汽車產業發展?！痹陔妱悠囇a貼退坡的階段，氫燃料電池汽車或許會成為新能源汽車的另一亮點。

2018年2月，財政部發布《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》，電動汽車補貼退坡力度空前，續航里程短、能量密度低的踢出補貼隊伍。但是對于燃料電池汽車，補貼的力度并沒有改變。

事情的發展大抵如此，電動汽車雖然還未取得最終的勝利，但是氫燃料電池汽車，尤其是在公交、物流等商用車領域已經蔚然成風。

不知從何時起，氫燃料電池汽車“十城千輛”計劃的聲音越來越多，而這也是電動汽車的成長軌跡。若最終該計劃得到落實，那么電動汽車補貼退坡之后，氫燃料電池汽車必將復制電動汽車的發展路線。

“十城千輛”，全稱為“十城千輛節能與新能源汽車示范推廣應用工程”，2009年由科技部、財政部、發改委、工業和信息化部聯合啟動，即通過提供財政補貼，計劃用3年左右的時間，每年發展10個城市，每個城市推出1000輛新能源汽車開展示范運行，涉及這些大中城市的公交、出租、公務、市政、郵政等領域，力爭使全國新能源汽車的運營規模到2012年占到汽車市場份額的10%。

雖然此前的“十城千輛”也包含氫燃料電池汽車，但是發展的基本上都是電動汽車，而新一輪的發展或將是氫燃料電池汽車的時代。

余卓平告訴記者：“國家大力推動氫燃料電池的發展最早是從汽車開始的，在國家科技部“十五”的電動汽車重大專項中提出“三縱三橫”的布局中就包含了燃料電池。大家對燃料電池一直報以很大的期望，但在2015年也面臨很多質疑，對它的壽命、成本等等，需要消耗鉑金這種貴金屬?！?/p>

但是近幾年來燃料電池的技術進步非?？欤貏e是日本豐田在2014年推出第一代商用的燃料電池汽車——Mirai之后，本田Clarity、現代Nexo也都是量產版氫燃料電池汽車，氫燃料電池汽車的技術日趨成熟，成本也在不斷下降。

不同于國外，國內推動燃料電池汽車的發展重點在商用車市場并非是乘用車市場。余卓平解釋稱：“以公交車為例，因為有固定的運行線路，所以一個加氫站便可以滿足一大批的車輛。但是對于乘用車，由于分散在各個角落，要求更為廣泛的加氫站。因此，初期的氫燃料電池汽車基本上以商用車為主?！?/p>

此外，根據補貼政策，乘用車的補貼標準每輛可補20萬元，而商用車達到了50萬元，這無疑也是吸引大家都將目光鎖定在商用車的關鍵所在。

而在補貼之外，技術上的差距也不容忽視。氫燃料電池本身主要由兩塊技術組成，即電堆部分和輔助動力系統部分（bop），國內很多企業都是先從輔助動力系統部分入手，比如空壓機等設備的開發。而對于電堆的技術發展，主要依賴于基礎研發的投入，甚至說是材料科學的發展。

作為張家口市所有氫燃料電池公交車動力系統的提供商，億華通自2004年以來即專注于燃料電池發動機的研發與商業化應用，是國內最早開始研究氫燃料電池的企業，公司采取國際合作+自主研發的模式，目前在兼收并蓄基礎上，已經開發出全新自主40千瓦、80千瓦的國產燃料電池發動機，性能參數達到國際水平。

億華通將自己的發展模式稱之為“剝洋蔥”，從最外層的整車制造，向內部的輔助動力系統，電堆，雙極板的核心由易入難，一步步深入核心領域。

無獨有偶，深圳國氫新能源科技有限公司總裁王成林也對記者表示：“氫燃料電池的技術和成本下降還需要一個過程，從商業化階段來講，國內和國外先進技術差距還比較大，可能要5到8年。我們的路線是從bop部分向電堆部分發展。先使用全球商業化比較成熟，有過很長行駛里程，有安全保障的電堆，合作做動力系統。在這個過程中隨著自身技術的不斷進步，以及對電堆和材料深入了解，再去做自己的電堆。”

國家隊快速入場

與風電、光伏不同，氫能在最開始的階段雖然也吸引了數以千計的民企入場，圍繞氫燃料電池汽車的方方面面尋找機會，但是最引人注目的則是能源央企和國企的迅速入場。

國家能源集團煤化工板塊年產超過400萬噸氫氣；同煤集團也拋出了5000噸/年煤制氫項目規劃；在2019年1月組建山東氫能源與燃料電池產業聯盟中，兗礦集團便是聯盟的發起方，董事長李希勇透露：“兗礦已編制氫能源產業三年行動方案，聚焦氫能、甲醇、合成氣、燃料電池發電技術等領域，構建智慧氫能產業鏈。”

2017年10月，國家電投研究院與遼寧省朝陽市人民政府簽約共建氫能源產業基地，項目一期總投資11.3億元，其中便包括風電制氫應用示范及產業化項目；2018年3月，三峽集團子公司三峽資本公司與美國普頓公司在濰坊高新區技術產業開發區簽署氫能產業合作協議，就制氫、儲氫和加氫先進裝備的研發和生產達成一致意見。

直接征收行為因直接干涉了投資者的財產所有權，因而對直接征收的認定標準較為明確；而以間接方式影響投資者財產權的間接征收行為具有隱蔽性，認定間接征收較為困難，由此亦引起了較多的案件糾紛。

我國正在運營加氫站情況

伴隨著氫能發展持續發酵，這樣的消息屢見不鮮。

根據2018年10月發布的《中國氫能源與燃料電池產業發展研究報告》，目前國內氫氣主要有四個來源，即煤氣化制氫約1000萬噸，天然氣制氫300萬噸以上，石油制氫300萬噸，工業副產氫約800萬噸，電解水制氫100萬噸。

根據中國的能源特點，當下用煤制氫是最經濟的方式，這也是包括國家能源集團、同煤集團以及兗礦集團等國內重量級煤炭集團紛紛投身氫能的一個重要原因。即便是考慮到碳排放問題，未來的氫氣來源將是利用可再生能源電量電解水制氫，幾大電力集團也無疑將擔當主力。

相比氫氣的來源，由于處于氫能發展的初期階段，氫氣的運輸和加注被公認為是下一步氫能發展的瓶頸環節。其中氫氣儲存方面，氣瓶技術停留在35MPa的階段，離國際上70MPa的水平仍有差距，同時加氫站數量少，加氫困難的問題也逐漸凸顯。

截至2017年底，日本已經建成91座公用加氫站，美國加州加氫站數量為40座，德國也建成了56座加氫站，其中45座為公用加氫站。

反觀國內，2017年9月，全國首個市場化運作的加氫站在佛山市南海區丹灶鎮投入使用，該加氫站是一個三級站，共投入1550萬元建設而成，儲氫能力達360公斤。據不完全統計，國內正在運營的加氫站數量僅為18座，還有超過40座的規劃和在建加氫站。

但是，隨著氫能發展的不斷深入，國家隊的企業已經越來越多的開始參與到加氫站建設中，比如國家能源集團和中石化。

國家能源集團在成立氫能聯盟之時，便已將目光放到了氫能利用的各個環節，這其中就包括加氫站。2018年11月，神華如皋加氫站建成投產，該加氫站計劃安裝兩臺氫氣壓縮機，日加氫能力達到1000公斤。

而為了降低用地成本，油氫共建成為建設加氫站的重要形式，“三桶油”之一的中石化也已經越來越多地參與進來，比如說國內首個實施加氫加油合建站改造的加油站——廣東佛山西樵樟坑（青龍）加油站。

一位知情人士告訴記者：“2018年2月，加油加氫站便開始策劃，當時是以地方政府能源更新的名義，做前期的技術調研和站點確定，現在設備選型初步方案已經確定，進入報建階段?！?/p>

上述人士還透露，整個項目基本上屬于自主建站，如果剔除場地費用，只算設備和配套機械，以加氫站的安全技術標準大概在1400萬元左右。出于安全及穩定性的考慮，許多核心的設備采購都是進口設備，比如說壓縮機。

截至目前，中石化已經完成近10個油氫混建站的選址工作，除了上述廣東地區的項目之外，中石化在京津冀地區對于加氫站也有越來越多的部署。

“一窩蜂”造車之外的視角

目前，國內氫能發展的所有注意力幾乎都集中在汽車方面。但是，如果把氫能作為一種能源，從更大的角度來看，或許能夠更全面的發掘氫能的價值和潛力。

余卓平認為：“在我國，以煤炭利用為主，石油、天然氣嚴重依賴進口的能源利用形式不可持續，能源結構調整面臨巨大的挑戰。國家的能源結構迫切需要找到新的機會去轉變，這個機會就是可再生能源，但是由于可再生能源的波動性，又使得整個電力結構不穩定。”

實現可再生能源的大規模利用，氫能作為一種高效的媒介，可以將可再生能源的電變得可儲存。從這方面來看，作為二次能源，氫能是一個非常好的補充。

根據氫能理事會發布的報告，氫能如果作為一種能源，在減少二氧化碳排放上發揮的作用將體現在多個方面。

首先，發展氫能可以促進大規模可再生能源的整合和消納，當電能過剩時，可以通過電解將多余的電能轉化為氫氣。產生的氫可以在電力供應不足時提供備用電力，也可以用于其他能源消耗領域，如交通運輸、工業或居民等，通過這種方式充分利用過剩電能。

此外，氫能是長期性的零碳季節性儲能的最佳整體解決方案。雖然蓄電池、超級電容以及壓縮空氣儲能也有助于實現電量平衡，但它們缺乏解決季節性不平衡所需的蓄電容量和蓄能周期。

報告還指出，長距離電力傳輸會造成能量損失，但通過管道運輸氫氣幾乎可以達到100%的效率。這種優勢使氫能在大規模和遠距離運輸可再生能源時非常具有經濟競爭力。

余卓平告訴記者：在氫氣儲運方面，目前氣態運輸在技術上相對較為成熟。短距離的氣態儲運一公斤氫氣在150公里的范圍內運輸的成本略高于2元，這個成本在整個氫氣鏈條中占比大概10%，這是可以接受的。而對于氫氣的長途運輸，如果大規模執行，不可避免地要談到氫氣的輸送管道問題。從初步的測算來看，氫氣管道運輸整個的成本在2.5元左右，總地來講也是可控的。未來加強對氫氣液態運輸方面的研究和開發也是非常重要的。

最為典型的日本，其實現自身氫能戰略的方向便是從海外獲取氫氣資源，為了降低運輸成本，也在千方百計的發展儲氫技術，比如零下253度的超低溫將氫氣冷卻液化運輸，利用基于甲苯與甲基環己烷可逆反應，以及氨、甲烷等能源載體的儲氫技術。

當然，氫能在交通領域的應用是這一輪熱潮的源頭，高效且沒有二氧化碳的排放，氫能對于交通領域的環保作用毋庸置疑。與此同時，工業過程中大量消耗天然氣、煤炭和石油等化石能源，產生了全球20%的二氧化碳排放，未來隨著技術進步，成本下降，氫能對于工業領域的脫碳同樣可以發揮重要作用。

事實上，日本除了聞名于世的豐田Mirai氫燃料電池汽車，還有氫燃料電池的家用熱電聯供（ENE-FARM）計劃，也就是說在提供電能的同時也提供熱能，滿足電力需求的同時將發電過程中產生的熱能加以利用向用戶供熱。

在政府補貼的大力支持下，日本從2009年開始推廣家用氫燃料電池系統的商業化應用，2017年，日本共安裝了約25萬套，成本進一步下降。