基于加氢站建设的氢能源产业链分析

王学军

（1.含氟功能膜材料国家重点实验室，山东桓台256401；2.山东东岳高分子材料有限公司，山东淄博256401）

当前，能源危机和环境污染问题日益严重，迫切需要开发洁净、经济的新能源。氢能以其特殊优势，被认为是新世纪的重要二次能源，成为各国能源战略转移和研究的重点。氢能作为新能源，除了具有燃烧产物洁净、无污染、不产生温室气体等环保性和可再生性外，还是其他清洁能源储存和转换的枢纽，且具有热值高（高效）等优势[1]。

进入21 世纪以来，随着排放要求的提升、储氢技术的发展、燃料电池技术的进步，“氢经济”逐渐进入人们的视野。氢能是大规模储存可再生能源的重要途径。氢适合各种规模的储能，在储存过程中无能量损失，可跨季度储存。氢能作为二次能源，可以成为连接化石能源和可再生能源的桥梁，将热力网、电力网和燃料供应网连于一体，使化石能源应用更清洁，使可再生能源应用更高效。同时，氢能是新一代引领产业变革的颠覆性能源技术。对中国优化能源结构，突破产业结构调整与转型升级的困境和瓶颈具有基础性作用，可显著提高经济效益。

实现“氢经济”目前最直接的着力点是氢燃料电池汽车。在氢能的众多应用领域中，汽车市场规模最大，氢燃料电池汽车有环保和续航里程长的优势，在交通工具领域被视为新能源汽车的最终绿色解决方案[2]。

氢能和燃料电池汽车技术开发是战略选择，一旦在技术上取得突破并形成产业技术，会对世界能源和交通发展格局产生重大影响。如果中国能在该领域率先市场化发展，占据研发和生产的领先优势，将产生巨大的经济效益和生态效益，中国“氢能”专利申请趋势图见图1。

1 政策引导与规划

图1 中国“氢能”专利申请趋势图[3]

进入21 世纪后，中国出台了大量政策支持民用氢能的发展[4]。2006 年，国务院发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020 年）》，在“先进能源技术”部分提出要重点研究高效低成本化石能源制氢、可再生能源制氢，以及经济高效的氢气储存和输配技术；2012 年发布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020 年）》提出燃料电池汽车、车用氢能源产业要与国际水平保持同步；2014年发布了《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》，提出要建立长期稳定的新能源汽车发展政策体系；2015 年发布的《中国制造2025》将节能与新能源汽车列为10 大重点突破领域。

2016 年前中国已经将氢能确认为未来科技发展和储备的方向，2016 年后中国则明确了氢能领域的具体发展目标。其中《国家创新驱动发展战略纲要》将氢能和燃料电池技术列为引领产业变革的颠覆性技术。《“十三五”国家科技创新规划》在“专栏8清洁高效能源技术”中将氢能作为与可再生能源并列的重要组成部分。《国家重点研发计划重点专项实施方案》在可再生能源与氢能重点专项的方向7中提出3 个重点任务：一是氢的绿色制备、高密度运输及高效利用研究；二是氢气的绿色制取与高效利用技术及示范：三是燃料电池发电技术。

《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》在重点任务（九）“氢能与燃料电池技术创新”中明确提出氢能领域发展的具体目标：在制氢方面，研究煤催化气化制氢、核能制氢等新型制氢技术；在储运方面，实现大规模、低成本氢气的制取、存储、运输、应用一体化；在燃料电池方面，开发聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）并实现在汽车领域的应用。

2018 年12 月，国家发改委与国家能源局联合印发《清洁能源消纳行动计划（2018-2020 年）》，文件指出，探索可再生能源富余电力转化为热能、冷能、氢能，实现可再生能源多途径就近高效利用。氢气的生产方式主要包括化石燃料制氢、水电解制氢、工业副产氢等。《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2018）》数据显示，2016 年中国氢气产量约为2 100 万t，其中煤制氢占比62%，为主要的氢气来源；天然气制氢其次，占比19%。

近年来中国还出台了氢能发展相关补贴政策[5]。2014 年颁布的《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》，对符合国家技术标准且日加氢能力不少于200 kg 的新建燃料电池汽车加氢站每个站奖励400 万元；2015 年出台的《关于2016-2020 年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》表示，2017-2020 年非燃料电池电动车补贴将逐渐退坡，而燃料电池乘用车补贴仍将保持不变，为20 万元/辆。在补贴政策上，燃料电池汽车是新能源汽车中唯一一种到2020 年享受补贴不退坡特殊优惠政策的车型，中国支持氢能和氢燃料电池中长期发展相关政策文件见表1。

2 加氢站简介

加氢站是氢能供应的重要保障。燃料电池汽车的发展和商业化离不开加氢站基础设施的建设。氢燃料电池汽车能否快速投入市场且被大众所接纳，建设和发展便捷、安全、低成本加氢站起到重要作用。由于储存技术的限制，目前的加氢站主要是高压压缩氢气加氢站，包括氢源、纯化系统、压缩系统、储氢系统、加注系统、安全及控制系统。

高压压缩氢气加氢站按氢源的不同，可以分为外供氢（off-site）加氢站和站内供氢（on-site）加氢站（见图2）。根据建站方式的不同，加氢站分为加氢单站和加氢合建站。前者站内只具备加氢功能，可以是外供氢加氢站，也可以是内供氢加氢站。而后者是指在原有或新的加油站、加气站、充电站的基础上再加入加氢功能设施，加氢功能设施与外供氢和内供氢加氢设施相同，使站具有加油、加气、充电和加氢的多种功能。加氢合建站的建设需要遵守《加氢站与加油站、加气站的合建技术规范》，中国该标准已经制定，正待出台和实施。混站建设的主要优势就是利用现有加油、加气站的土地，不占用新的土地资源，节约成本。加氢合建站将成为未来发展趋势。2018 年1 月，由中国石化广东云浮石油与云浮新兴县国资办合资打造的全国首个加氢加油混合站项目奠基，总投资4 500 万元。加氢站设计规模为三级站，加注压力35 MPa，日供氢能力为400 kg，每天可为100～250 辆物流车和40～100 辆公交大巴提供加注服务。加油站设计规模亦为三级站，日供油能力为15 000 kg，每天可为700 辆汽车提供加注服务。

表1 中国支持氢能和氢燃料电池中长期发展的相关政策文件

图2 2 种加氢站系统

根据氢气储存相态不同，加氢站有气氢储运加氢站和液氢储运加氢站之分[6]。全球近400 座加氢站中，有1/3 以上为液氢储运加氢站，绝大多数在美国和日本。相比气氢储运加氢站，液氢储运加氢站建设成本更低，同时液氢储存量更大，充装更快，是面对未来更大加氢需求下的更优选择。当前中国液氢工厂的技术还没有规模化，这是制约中国液氢加氢站推广的重要原因之一。

3 国内外加氢站建设现状

3.1 国外加氢站情况

欧美、日本高度重视加氢站建设，逐渐从起步进入一个快速发展阶段。自1999 年世界上第一座加氢站在德国慕尼黑国际机场建成，此后世界各国相继开始推动加氢站的建设。加氢站分布数量最多的国家是日本、德国和美国。同时，日本、美国和德国都有加氢合建站的范例，如戴姆勒、壳牌和林德公司合作建立的不莱梅市加氢站也是加氢合建站的范例，该加氢站也是在壳牌加油站的基础上改造的。

据资料显示，截至2017 年底，欧洲拥有139 座正在运行的加氢站，亚洲拥有118 座，北美拥有68 座，南美拥有1 座，澳大利亚拥有1 座。阿拉伯联合酋长国是氢气社区的新成员，在迪拜设有一个私人加氢站。在全球369 个加油站中，有273 个是公共加油站可以像传统加油站一样，不需预约直接使用；24 座需要预约才可使用，其余的加油站保留给封闭的用户群并供应例如公共汽车或车队车辆。

截至2018 年底，日本已建成106 座，预计2020年达到160 座。德国有60 个加氢站，其中近50 座是公共加氢站，仅次于日本，成为全球拥有加氢基础设施第二多的国家。公开资料显示，未来5 年，全球主要国家将加快加氢站建设，到2020 年，全球加氢站保有量将超过435 座，2025 年有望超过1 000 座，日本、德国和美国分别有320、400 和100 座。挪威、意大利和加拿大等国均有5～7 座加氢站处于规划之中。

3.2 中国国内加氢站情况

2016 年10 月，中国标准化研究院资源与环境分院和中国电器工业协会发布的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）》首次提出了中国氢能产业的发展路线图。对中国中长期加氢站和燃料电池车辆发展目标进行了规划。主要包括：到2020 年，加氢站数量达到100 座；燃料电池车辆达到10 000 辆；氢能轨道交通车辆达到50 列；到2030 年，加氢站数量达到1 000 座，燃料电池车辆保有量达到200 万辆；到2050 年，加氢站网络构建完成，燃料电池车辆保有量达到1 000 万辆。

事实上，中国加氢站的进展，远落后氢燃料汽车进展的速度。资料显示，目前中国已建成及在建的加氢站共有33 座，正在运营的加氢站仅有十几座，但多数仅供示范车辆加注使用，暂未实现全商业化运营。即使不考虑其中实地考察已停运的个例，这十几座加氢站仍无法满足燃料电池汽车大规模商业化应用的发展规划，距离2020 年目标建成100 座还相差较大，国内已建成加氢站（不完全统计）见表2。

表2 国内已建成加氢站（不完全统计）