中國氫能基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究

一、前 言

2017 年年末，國際氫能源委員會在麥肯錫管理咨詢公司的協(xié)助下，發(fā)布了全球首份氫能源未來發(fā)展趨勢調(diào)查報告，報告指出，到2050 年，在全球范圍內(nèi)，氫能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造3000 萬個工作崗位，減少6×10⁹ t 二氧化碳排放，創(chuàng)造2.5 萬億美元的市場價值，氫能汽車將占全世界車輛的20%~25%，承擔(dān)全球18%的能源需求。中國的氫能產(chǎn)業(yè)已進入產(chǎn)業(yè)化的快車道，尤其是從2017 年以來，在關(guān)鍵技術(shù)突破、產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長上取得一定成績，許多地方率先出臺支持政策，實現(xiàn)了小規(guī)模全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用示范，但隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模與應(yīng)用場景的增加，氫能基礎(chǔ)設(shè)施（主要為加氫站）的供氫保障問題已成為制約整個產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素。

二、中國發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的重要意義與基礎(chǔ)條件

（一）氫能是中國構(gòu)建清潔能源綜合供給系統(tǒng)的重要載體

在優(yōu)化能源系統(tǒng)方面，氫能的多種制取途徑與應(yīng)用領(lǐng)域，打破了現(xiàn)有煤電等傳統(tǒng)能源與可再生能源等清潔能源單一的能量轉(zhuǎn)換模式，可成為現(xiàn)有能源體系的互轉(zhuǎn)點與耦合中心，是實現(xiàn)大規(guī)?？稍偕茉蠢玫闹匾d體，可實現(xiàn)多異質(zhì)能源跨地域和跨季節(jié)的優(yōu)化配置，形成可持續(xù)、高彈性的創(chuàng)新型多能互補系統(tǒng)。

在提高能源安全方面，由于石油消費比重增加與自給能力不足之間的矛盾日益凸顯，2018 年我國石油對外依存度已達(dá)到了69.8% ，石油等能源緊缺及較高的對外依存度正在成為遏制我國可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，氫能配合燃料電池技術(shù)，可實現(xiàn)氫燃料電池汽車大規(guī)模應(yīng)用，有助于大幅度降低交通領(lǐng)域的石油與天然氣等能源消費量，降低石油等化石能源的對外依存度。

在提升能源使用效率方面，氫作為能源互聯(lián)媒介，可循環(huán)利用工業(yè)副產(chǎn)氫與一次富?；茉矗浜隙趸疾都c封存就地低碳轉(zhuǎn)化，將廣泛應(yīng)用于交通運輸領(lǐng)域、替代焦炭用于冶金、與二氧化碳轉(zhuǎn)化為含氧化合物和燃料、與天然氣混燒并通過燃?xì)廨啓C發(fā)電或工業(yè)供熱、或利用儲氫及燃料電池技術(shù)形成儲能裝置，通過調(diào)峰手段增加電力系統(tǒng)靈活性，彌補電力不可存儲問題，從而有效實現(xiàn)不同行業(yè)能源網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同優(yōu)化。在低碳清潔方面，氫能與燃料電池技術(shù)在排放方面具有無可比擬的優(yōu)勢，結(jié)合氫源的“綠色”制備，可實現(xiàn)“低碳生產(chǎn)，零碳使用”，有利于實現(xiàn)終端能源消費領(lǐng)域深度脫碳。

（二）氫能已成為中國能源技術(shù)與新興產(chǎn)業(yè)的重要戰(zhàn)略方向

《中國制造2025》明確支持燃料電池汽車發(fā)展；《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》提出要開發(fā)氫能、燃料電池等新一代能源技術(shù)；《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030 年）》將氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新作為重點任務(wù)，實現(xiàn)大規(guī)模、低成本氫氣的制取、存儲、運輸、應(yīng)用一體化，加氫站現(xiàn)場儲氫、制氫模式的標(biāo)準(zhǔn)化和推廣應(yīng)用。同時，《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》也提出推動車載儲氫系統(tǒng)以及氫制備、儲運和加注技術(shù)發(fā)展，推進加氫站建設(shè)，到2020 年，實現(xiàn)燃料電池汽車批量生產(chǎn)和規(guī)?；痉稇?yīng)用。

（三）中國的氫能開發(fā)與應(yīng)用已具備產(chǎn)業(yè)化條件

中國發(fā)展氫能的優(yōu)勢在于具有良好的制氫基礎(chǔ)與大規(guī)模應(yīng)用市場空間，我國現(xiàn)有工業(yè)的制氫產(chǎn)能已達(dá)到2.5×10⁷t，2018 年中國棄風(fēng)、棄光、棄水總電量約為1.0229×10¹¹kW·h，國內(nèi)化工行業(yè)還存在部分無法循環(huán)利用的副產(chǎn)氫，均可提供大規(guī)模氫源。同時，中國擁有全世界最大的汽車與新能源汽車市場，在民用車之外，礦山港口重型車、物流車、重柴油車、軌道交通、船舶及岸電設(shè)施，甚至航空器，這些都是未來氫能創(chuàng)新應(yīng)用的方向，中國已具備大規(guī)模氫能利用的供氫條件與市場空間。

近幾年來中國在氫能關(guān)鍵技術(shù)上已取得突破，初步掌握氫能基礎(chǔ)設(shè)施與燃料電池的開發(fā)應(yīng)用技術(shù)，具有產(chǎn)業(yè)裝備及燃料電池整車生產(chǎn)能力，實現(xiàn)了小規(guī)模示范運營，為氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)大規(guī)模商業(yè)化運營奠定良好的基礎(chǔ)。未來氫能的接受性與市場規(guī)模主要取決于終端用氫的價格、綠色性與安全性，制氫、儲運及加氫等基礎(chǔ)設(shè)施的配套至關(guān)重要。

三、中國氫能基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)況

（一）投入強度顯著提升，加氫站數(shù)量規(guī)模增加

自2017 年以來，中國氫能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)爆發(fā)式發(fā)展，現(xiàn)階段中國的應(yīng)用市場主要以燃料電池大巴車與物流車為主，為了滿足車輛應(yīng)用示范，各地已開始大規(guī)模規(guī)劃并建設(shè)保障性加氫站，截至2019 年3 月，中國已投產(chǎn)加氫站數(shù)量達(dá)到25 座(包括兩座內(nèi)部整改站)，較2017 年增加14 座(見圖1)。在已建成加氫站中，固定式加氫站11 座，撬裝式加氫站14 座，此外，有17 座加氫站在建，加氫站分布主要集中在廣東、江蘇、上海、湖北、河北等地。

由于目前車輛以小規(guī)模燃料電池公交及廠內(nèi)測試車輛為主，對于小儲氫量的固定站及撬裝式一體站，在車輛有序加氫及不優(yōu)先考慮加氫時間的應(yīng)用場景下，其加氫能力基本可以滿足現(xiàn)階段加氫預(yù)期，按此估算，已投運加氫站中加氫能力達(dá)500 kg 以上規(guī)模的有10 座。

（二）關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，裝備國產(chǎn)化進程加快

在制氫技術(shù)方面，國內(nèi)已擁有大規(guī)模煤制氫（制氫能力2×10⁵ m³/h 以上）、天然氣制氫（制氫能力8×10⁴ m³/h）、甲醇制氫（制氫能力4×10⁴ m³/h 以上）的工程技術(shù)集成能力與實際工程案例，并掌握氫氣液化關(guān)鍵技術(shù)。同時，堿性電解水裝置的單機制氫能力也可達(dá)1000~1200 m³/h，并擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)備制造、工藝集成能力。

在加氫站方面，國內(nèi)具有自主研發(fā)生產(chǎn)35 MPa加氫機能力，完成70 MPa 加氫機實驗樣機開發(fā)；在壓縮機方面，具備45 MPa 小流量壓縮機的完全自主研發(fā)制造能力，并可通過進口關(guān)鍵零部件，實現(xiàn)中等流量壓縮機自主集成；同時，擁有87.5 MPa壓力等級壓縮機的試驗樣機。在固定儲氫裝置方面，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的45 MPa 與98 MPa 固定儲氫容器設(shè)計與制造能力，其中，45 MPa 儲氫容器單體水容積可達(dá)到20 m³，使用壽命可達(dá)5 萬次以上，98 MPa 固定儲氫容器單體水容積可達(dá)到1 m³。此外，少數(shù)企業(yè)已擁有加氫站系統(tǒng)控制算法優(yōu)化與產(chǎn)品集成能力，目前加氫站的氫氣一次性利用率可提高到70%~75%。

（三）地方政策紛紛出臺，區(qū)域骨干供給網(wǎng)絡(luò)初顯

全國已有14 個省（市）已實質(zhì)性開展氫能產(chǎn)業(yè)布局與推廣工作，分別是廣東、山東、江蘇、湖北、河北、山西、浙江、四川、北京、天津、吉林、遼寧、安徽、河南。以上大部分地區(qū)均出臺了相關(guān)產(chǎn)業(yè)扶持政策，并落地一批燃料電池或整車產(chǎn)業(yè)，推動加氫站建設(shè)，積極開展示范運營。例如產(chǎn)業(yè)政策較為完善的廣東省佛山市，2018 年6 月廣東省發(fā)布了《關(guān)于加快新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的意見》，明確提出電解水制氫電價享受蓄冷電價的政策；佛山市南海區(qū)人民政府發(fā)布的《促進加氫站建設(shè)運營及氫能源車輛運行扶持辦法》，對加氫站補貼力度最高可達(dá)到800 萬元，對加氫站運營補貼最高可達(dá)到20 元/kg。這些地方規(guī)劃與政策的出臺，有利于國內(nèi)區(qū)域性供氫網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，加速區(qū)域氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育。

四、國外氫能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的啟示

（一）日本

日本發(fā)布的《氫能/ 燃料電池戰(zhàn)略發(fā)展路線圖》， 詳實指導(dǎo)了2014年至2040年， 日本制氫、儲運、加氫、氫能利用等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的發(fā)展目標(biāo)與路徑。在氫能基礎(chǔ)設(shè)施方面，結(jié)合日本能源稟賦，提出日本各階段制氫與加氫站建設(shè)目標(biāo)， 到2030 年日本加氫站數(shù)量要達(dá)到1000 座且成本降至2 億日元，海外制氫運輸回日本的價格將控制在30 日元/m³ 以內(nèi)。

截至2018 年年末，日本已經(jīng)建成106 座加氫站，其中80 座以上對公眾開放，其余則是專門為公交車或車隊客戶提供服務(wù)，這些加氫站成本大多在4 億~5 億日元，按照政府制定氫能基礎(chǔ)設(shè)施項目的補貼政策，補貼金額可達(dá)到目前加氫站投資水平的一半左右。

（二）德國

截至2018 年年末， 歐洲擁有152 座已運營加氫站，其中僅德國就擁有60 座對外經(jīng)營站，且2018 年度德國就投運了17 座，已成為全球擁有第二大公共加氫站數(shù)量的國家，并計劃至2023 年建成400 座加氫站，以覆蓋60% 的德國人口，2030 年達(dá)到1000 座，覆蓋德國的全部人口。

德國政府在2006 年啟動氫能和燃料電池技術(shù)國家創(chuàng)新計劃（至2016 年該計劃共支持14 億歐元），于2009 年啟動氫能供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施研究，2011 年年底發(fā)布實施路線圖。為了尋找可靠的商業(yè)推廣模式，2015 年2 月，約有27 家企業(yè)共同發(fā)起成立了H2M 公司，在德國政府的資助下，開展全國加氫基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、加氫站建設(shè)及經(jīng)營工作，目標(biāo)是建立429 個加氫站組成的覆蓋全德的加氫網(wǎng)絡(luò)，任一站點與下一站點的間距不超過90 km，并將整個計劃分為測試驗證、試驗推廣、商業(yè)推廣三個階段實施，同時，對融資、采購、運營及后期市場競爭的資產(chǎn)分配方案均做了詳細(xì)規(guī)劃，H2M 公司將持續(xù)投資運營德國的加氫站項目，直到加氫站業(yè)務(wù)開始盈利時，H2M 公司會停止投資，這些資產(chǎn)將會通過評估后由合作企業(yè)優(yōu)先回購，再次形成以市場為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。

（三）美國

自2012 年美國提出未來向能源部（DOE）在氫能及燃料電池等清潔能源研發(fā)領(lǐng)域投入63 億美元后，DOE 聯(lián)合美國高校與企業(yè)共同攻關(guān)氫能及燃料電池關(guān)鍵技術(shù)，并成立美國燃料電池和氫能聯(lián)盟，于2013 年啟動H2USA 計劃，共同對加氫站網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、融資方案、市場拓展制定詳細(xì)方案，為美國在氫能基礎(chǔ)設(shè)施方面的集成技術(shù)與裝備制造奠定了世界領(lǐng)先地位。截至目前，美國已公開對外運營加氫站達(dá)到42 座，尚有部分內(nèi)部加氫站數(shù)量未知。

（四）韓國

2019 年1 月，韓國政府發(fā)布《氫經(jīng)濟發(fā)展路線圖》，目標(biāo)是成為世界最高水準(zhǔn)的氫能經(jīng)濟國家，并以2022 年與2040 年作為時間節(jié)點，詳實地提出韓國氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展目標(biāo)與實施路徑。計劃到2022 年全國氫氣供應(yīng)量達(dá)到4.7×10⁵ t/a，供應(yīng)價格降至6000 韓元/kg，并建成310 座加氫站；到2040 年，氫氣供應(yīng)量達(dá)到5.26×10⁶ t/a，成本降至3000 韓元/kg，建成1200 座以上加氫站。同時，實現(xiàn)加氫基礎(chǔ)設(shè)施核心裝備技術(shù)完全國產(chǎn)化，并實現(xiàn)全國范圍的管道網(wǎng)絡(luò)，促進氫氣大規(guī)模運輸配送。

根據(jù)氫氣不同的供給方式，路線圖將加氫站分為氫氣管道供氫型、長管拖車供氫型、電解水制氫加氫一體型三類，對加氫站投資與運營進行補貼支持，其中建設(shè)補貼最高可達(dá)29 億韓元，運營補貼可高達(dá)2.2 億韓元。路線圖進一步完善了加氫站網(wǎng)絡(luò)布點，鼓勵把加油站與天然氣站擴建成加氫混合站，允許在限制區(qū)的公交車站安裝加氫站，并推動逐漸減小加氫站建設(shè)相關(guān)的安全距離。此外，韓國政府提出從標(biāo)準(zhǔn)化、法律、人才、國際合作、產(chǎn)業(yè)生態(tài)等方面全面提高國民對氫安全的認(rèn)知與產(chǎn)業(yè)安全管理體系。

五、中國氫能基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

（一）缺少系統(tǒng)性的發(fā)展戰(zhàn)略

在整個能源生產(chǎn)與消費體系中，氫能的定位尚未明確，將制約其在能源革命中發(fā)揮應(yīng)有的作用，也未制定氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)性的發(fā)展目標(biāo)與實施路徑，不利于發(fā)揮現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)要素效用最大化及構(gòu)建產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策保障體系。

（二）加氫站數(shù)量與性能相對落后

中國目前建成的加氫站數(shù)量約為日本的四分之一，也遠(yuǎn)落后于德國與美國。國內(nèi)大部分加氫站屬于場內(nèi)測試站與撬裝站，這些加氫站的特點就是固定儲氫量或氫氣壓縮系統(tǒng)能力較低，隨著加氫車輛規(guī)模的增加，將無法滿足加氫車輛進場時間隨機化、單次加注時間短的商業(yè)需求，尤其對于撬裝站，單次加注時間完全取決于長管拖車的氫氣壓力與系統(tǒng)壓縮能力，在長管拖車儲氫壓力下降的連續(xù)加注情景下，系統(tǒng)壓縮能力會按比例下降，導(dǎo)致車輛單次加注時間變長。

（三）關(guān)鍵技術(shù)與成本亟待突破

我國雖已具有35 MPa 加氫站關(guān)鍵技術(shù)與裝備集成能力，但在關(guān)鍵指標(biāo)與國產(chǎn)化方面，還存在很大差距。在壓縮機技術(shù)方面，完全國產(chǎn)化的45 MPa壓縮機流量較小且在實際應(yīng)用中故障率較高，其關(guān)鍵部件仍需通過進口后在國內(nèi)組裝，同時，國內(nèi)不具備生產(chǎn)商用87 MPa 壓縮機能力。

在固定式儲氫裝備方面，國內(nèi)儲氫裝置多為鋼內(nèi)筒鋼帶纏繞容器，目前45 MPa 固定儲氫容器每立方米水容積的價格超過20 萬元，98 MPa 固定儲氫容器每立方米水容積的價格超過100 萬元。在加氫機技術(shù)方面，加氫槍依賴進口，國內(nèi)70 MPa 加氫機處于試驗驗證階段，與國外商業(yè)化運營的70 MPa 加氫機指標(biāo)差距較大。此外，氫基礎(chǔ)設(shè)施的高壓管路及閥門，目前需依賴進口；加氫站的工藝控制系統(tǒng)未來還需通過實際運營進一步驗證及優(yōu)化。

（四）產(chǎn)業(yè)管理與監(jiān)管體系尚未構(gòu)建

加氫站作為城市基礎(chǔ)設(shè)施類固定資產(chǎn)投資項目，若按照投資額度，在絕大多數(shù)地區(qū)按照備案類項目管理，備案權(quán)基本下放至區(qū)縣級政府。在項目論證期，需完成環(huán)評、規(guī)劃、安評、節(jié)能、土地、維穩(wěn)等方面的論證；在報建階段，需要通過規(guī)劃、住建、消防、安監(jiān)、市監(jiān)等部門審批；在項目運營前還需通過以上事項的驗收，由于各主管部門對加氫站的評估審批缺乏實際依據(jù)與案例，也缺少自上而下的技術(shù)論證與標(biāo)準(zhǔn)支撐，導(dǎo)致“審批難、審批慢”。

（五）商業(yè)模式與持續(xù)路徑亟待探索

加氫工藝的復(fù)雜性導(dǎo)致加氫站投資及運營成本遠(yuǎn)超天燃?xì)庹?，一?00 kg 日平均加氫能力的簡易固定式加氫站，僅主要設(shè)備與土建投資就超過1000萬元，靜態(tài)總投資會達(dá)到1500萬元甚至2000萬元以上，圖2 預(yù)測了在不同靜態(tài)總投資情況下，不同規(guī)模加氫站日售氫量、氫氣價差等三個關(guān)鍵投資參數(shù)對應(yīng)的盈虧平衡線，以600 kg 加氫站為例，在滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)的理想狀態(tài)，當(dāng)靜態(tài)投資為1250 萬元時，保持氫氣售價與進場價差價為14.35 元/kg 時，可實現(xiàn)盈虧平衡，當(dāng)靜態(tài)投資達(dá)到2200 萬元時，需要將氫氣售價與進場價差控制到19.25 元/kg 才能實現(xiàn)盈虧平衡；當(dāng)加氫站規(guī)模較小、土地等非技術(shù)成本升高時，建設(shè)方以1750 萬元投資400 kg 加氫站，在滿負(fù)荷狀態(tài)，需要將售價與進場價差控制到24.35 元才能實現(xiàn)盈虧平衡。

六、中國氫能基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略思考

（一）氫能基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)與路徑

未來30 年，我國的氫能基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)總體將分成三個階段。

第一階段（當(dāng)前到2025 年）：形成頂層路線清晰、產(chǎn)業(yè)政策基本健全、安全監(jiān)管基本完善、市場競爭相對有序、商業(yè)模式不斷創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)聚集加速、加氫關(guān)鍵裝備技術(shù)基本實現(xiàn)國產(chǎn)化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢，為產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

第二階段（2025—2035 年）：形成產(chǎn)業(yè)政策健全、行業(yè)監(jiān)管完善、市場競爭有序、商業(yè)模式成熟、加氫關(guān)鍵裝備技術(shù)完全國產(chǎn)化，高效、安全、低成本的供氫網(wǎng)絡(luò)雛顯的產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢，為產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

第三階段（2035—2050 年）：形成高效低碳的氫能供給網(wǎng)絡(luò)，市場引領(lǐng)、價格調(diào)節(jié)、體制機制科學(xué)健全的高質(zhì)量發(fā)展格局。在發(fā)展路線上，以可再生能源制氫為主（包括太陽能光解水制氫技術(shù)），煤制氫（配套碳捕獲利用與封存）為輔，各地也將根據(jù)資源與工業(yè)的發(fā)展情況，因地制宜地選擇“深綠”的供氫方案，并配套包括城市管道輸氫在內(nèi)的多種運氫方案，最終實現(xiàn)供氫網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)、電力、建筑、交通行業(yè)不同程度的融合；基本形成覆蓋全國的加氫網(wǎng)絡(luò)，對外商業(yè)化運營加氫站將達(dá)到10 000 座以上，關(guān)鍵裝備及技術(shù)達(dá)到全球領(lǐng)先水平。

（二）具體建議

1. 加強氫能產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略研究；

2. 建立健全產(chǎn)業(yè)政策、安全監(jiān)管及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系；

3. 建立氫能基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與核心裝備自主化的長效機制；

4. 加大對氫能基礎(chǔ)設(shè)施全產(chǎn)業(yè)鏈的補貼政策及金融支持。

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