基于加氫站建設的氫能源產業鏈分析

王學軍

（1.含氟功能膜材料國家重點實驗室，山東桓臺256401；2.山東東岳高分子材料有限公司，山東淄博256401）

當前，能源危機和環境污染問題日益嚴重，迫切需要開發潔凈、經濟的新能源。氫能以其特殊優勢，被認為是新世紀的重要二次能源，成為各國能源戰略轉移和研究的重點。氫能作為新能源，除了具有燃燒產物潔凈、無污染、不產生溫室氣體等環保性和可再生性外，還是其他清潔能源儲存和轉換的樞紐，且具有熱值高（高效）等優勢[1]。

進入21 世紀以來，隨著排放要求的提升、儲氫技術的發展、燃料電池技術的進步，“氫經濟”逐漸進入人們的視野。氫能是大規模儲存可再生能源的重要途徑。氫適合各種規模的儲能，在儲存過程中無能量損失，可跨季度儲存。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、電力網和燃料供應網連于一體，使化石能源應用更清潔，使可再生能源應用更高效。同時，氫能是新一代引領產業變革的顛覆性能源技術。對中國優化能源結構，突破產業結構調整與轉型升級的困境和瓶頸具有基礎性作用，可顯著提高經濟效益。

實現“氫經濟”目前最直接的著力點是氫燃料電池汽車。在氫能的眾多應用領域中，汽車市場規模最大，氫燃料電池汽車有環保和續航里程長的優勢，在交通工具領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開發是戰略選擇，一旦在技術上取得突破并形成產業技術，會對世界能源和交通發展格局產生重大影響。如果中國能在該領域率先市場化發展，占據研發和生產的領先優勢，將產生巨大的經濟效益和生態效益，中國“氫能”專利申請趨勢圖見圖1。

1 政策引導與規劃

圖1 中國“氫能”專利申請趨勢圖[3]

進入21 世紀后，中國出臺了大量政策支持民用氫能的發展[4]。2006 年，國務院發布了《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020 年）》，在“先進能源技術”部分提出要重點研究高效低成本化石能源制氫、可再生能源制氫，以及經濟高效的氫氣儲存和輸配技術；2012 年發布的《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020 年）》提出燃料電池汽車、車用氫能源產業要與國際水平保持同步；2014年發布了《關于加快新能源汽車推廣應用的指導意見》，提出要建立長期穩定的新能源汽車發展政策體系；2015 年發布的《中國制造2025》將節能與新能源汽車列為10 大重點突破領域。

2016 年前中國已經將氫能確認為未來科技發展和儲備的方向，2016 年后中國則明確了氫能領域的具體發展目標。其中《國家創新驅動發展戰略綱要》將氫能和燃料電池技術列為引領產業變革的顛覆性技術。《“十三五”國家科技創新規劃》在“專欄8清潔高效能源技術”中將氫能作為與可再生能源并列的重要組成部分。《國家重點研發計劃重點專項實施方案》在可再生能源與氫能重點專項的方向7中提出3 個重點任務：一是氫的綠色制備、高密度運輸及高效利用研究；二是氫氣的綠色制取與高效利用技術及示范：三是燃料電池發電技術。

《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》在重點任務（九）“氫能與燃料電池技術創新”中明確提出氫能領域發展的具體目標：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；在儲運方面，實現大規模、低成本氫氣的制取、存儲、運輸、應用一體化；在燃料電池方面，開發聚合物電解質膜燃料電池（PEMFC）并實現在汽車領域的應用。

2018 年12 月，國家發改委與國家能源局聯合印發《清潔能源消納行動計劃（2018-2020 年）》，文件指出，探索可再生能源富余電力轉化為熱能、冷能、氫能，實現可再生能源多途徑就近高效利用。氫氣的生產方式主要包括化石燃料制氫、水電解制氫、工業副產氫等。《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書（2018）》數據顯示，2016 年中國氫氣產量約為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%。

近年來中國還出臺了氫能發展相關補貼政策[5]。2014 年頒布的《關于新能源汽車充電設施建設獎勵的通知》，對符合國家技術標準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站獎勵400 萬元；2015 年出臺的《關于2016-2020 年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知》表示，2017-2020 年非燃料電池電動車補貼將逐漸退坡，而燃料電池乘用車補貼仍將保持不變，為20 萬元/輛。在補貼政策上，燃料電池汽車是新能源汽車中唯一一種到2020 年享受補貼不退坡特殊優惠政策的車型，中國支持氫能和氫燃料電池中長期發展相關政策文件見表1。

2 加氫站簡介

加氫站是氫能供應的重要保障。燃料電池汽車的發展和商業化離不開加氫站基礎設施的建設。氫燃料電池汽車能否快速投入市場且被大眾所接納，建設和發展便捷、安全、低成本加氫站起到重要作用。由于儲存技術的限制，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、壓縮系統、儲氫系統、加注系統、安全及控制系統。

高壓壓縮氫氣加氫站按氫源的不同，可以分為外供氫（off-site）加氫站和站內供氫（on-site）加氫站（見圖2）。根據建站方式的不同，加氫站分為加氫單站和加氫合建站。前者站內只具備加氫功能，可以是外供氫加氫站，也可以是內供氫加氫站。而后者是指在原有或新的加油站、加氣站、充電站的基礎上再加入加氫功能設施，加氫功能設施與外供氫和內供氫加氫設施相同，使站具有加油、加氣、充電和加氫的多種功能。加氫合建站的建設需要遵守《加氫站與加油站、加氣站的合建技術規范》，中國該標準已經制定，正待出臺和實施。混站建設的主要優勢就是利用現有加油、加氣站的土地，不占用新的土地資源，節約成本。加氫合建站將成為未來發展趨勢。2018 年1 月，由中國石化廣東云浮石油與云浮新興縣國資辦合資打造的全國首個加氫加油混合站項目奠基，總投資4 500 萬元。加氫站設計規模為三級站，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。加油站設計規模亦為三級站，日供油能力為15 000 kg，每天可為700 輛汽車提供加注服務。

表1 中國支持氫能和氫燃料電池中長期發展的相關政策文件

圖2 2 種加氫站系統

根據氫氣儲存相態不同，加氫站有氣氫儲運加氫站和液氫儲運加氫站之分[6]。全球近400 座加氫站中，有1/3 以上為液氫儲運加氫站，絕大多數在美國和日本。相比氣氫儲運加氫站，液氫儲運加氫站建設成本更低，同時液氫儲存量更大，充裝更快，是面對未來更大加氫需求下的更優選擇。當前中國液氫工廠的技術還沒有規模化，這是制約中國液氫加氫站推廣的重要原因之一。

3 國內外加氫站建設現狀

3.1 國外加氫站情況

歐美、日本高度重視加氫站建設，逐漸從起步進入一個快速發展階段。自1999 年世界上第一座加氫站在德國慕尼黑國際機場建成，此后世界各國相繼開始推動加氫站的建設。加氫站分布數量最多的國家是日本、德國和美國。同時，日本、美國和德國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上改造的。

據資料顯示，截至2017 年底，歐洲擁有139 座正在運行的加氫站，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。阿拉伯聯合酋長國是氫氣社區的新成員，在迪拜設有一個私人加氫站。在全球369 個加油站中，有273 個是公共加油站可以像傳統加油站一樣，不需預約直接使用；24 座需要預約才可使用，其余的加油站保留給封閉的用戶群并供應例如公共汽車或車隊車輛。

截至2018 年底，日本已建成106 座，預計2020年達到160 座。德國有60 個加氫站，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設施第二多的國家。公開資料顯示，未來5 年，全球主要國家將加快加氫站建設，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、德國和美國分別有320、400 和100 座。挪威、意大利和加拿大等國均有5～7 座加氫站處于規劃之中。

3.2 中國國內加氫站情況

2016 年10 月，中國標準化研究院資源與環境分院和中國電器工業協會發布的《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書（2016）》首次提出了中國氫能產業的發展路線圖。對中國中長期加氫站和燃料電池車輛發展目標進行了規劃。主要包括：到2020 年，加氫站數量達到100 座；燃料電池車輛達到10 000 輛；氫能軌道交通車輛達到50 列；到2030 年，加氫站數量達到1 000 座，燃料電池車輛保有量達到200 萬輛；到2050 年，加氫站網絡構建完成，燃料電池車輛保有量達到1 000 萬輛。

事實上，中國加氫站的進展，遠落后氫燃料汽車進展的速度。資料顯示，目前中國已建成及在建的加氫站共有33 座，正在運營的加氫站僅有十幾座，但多數僅供示范車輛加注使用，暫未實現全商業化運營。即使不考慮其中實地考察已停運的個例，這十幾座加氫站仍無法滿足燃料電池汽車大規模商業化應用的發展規劃，距離2020 年目標建成100 座還相差較大，國內已建成加氫站（不完全統計）見表2。

表2 國內已建成加氫站（不完全統計）