淩文院士：中國氫能基礎設施産業發展戰略研究

氫能是構建以清潔能源爲主的綜合能源供給系統的重要載體，開發利用氫能已成爲中國能源技術發展的重要戰略方向，中國的氫能基礎設施發展滞後是制約氫能大規模應用推廣的重要因素。本文分析瞭(le)中國氫能基礎設施（以加氫站爲主）的發展現況與趨勢，剖析瞭(le)氫能基礎設施産業（以加氫站爲主）發展方面存在的困難與挑戰，結合國外部分發達國家的先進經驗，提出瞭(le)我國氫能基礎設施産業發展的總體目标及發展路徑，針對體制保障與政策提出相關建議，本文的研究結果可爲我國推進氫能産業發展指導政策的制定提供參(cān)考。

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助下，發布瞭全球首份氫能源未來發展趨勢調查報告，報告指出，到2050 年，在全球範圍内，氫能産業将創造3000 萬個工作崗位，減少6×10⁹ t 二氧化碳排放，創造2.5 萬億美元的市場價值，氫能汽車将占全世界車輛的20%~25%，承擔全球18%的能源需求。中國的氫能産業已進入産業化的快車道，尤其是從2017 年以來，在關鍵技術突破、産業規模增長上取得一定成績，許多地方率先出台支持政策，實現瞭小規模全産業鏈應用示範，但随著産業規模與應用場景的增加，氫能基礎設施（主要爲加氫站）的供氫保障問題已成爲制約整個産業持續發展的重要因素。

二、中國發展氫能産業的重要意義與基礎條件

（一）氫能是中國構建清潔能源綜合供給系統的重要載體

在優化能源系統方面，氫能的多種制取途徑與應用領域，打破瞭(le)現有煤電等傳統能源與可再生能源等清潔能源單一的能量轉換模式，可成爲現有能源體系的互轉點與耦合中心，是實現大規模可再生能源利用的重要載體，可實現多異質能源跨地域和跨季節的優化配置，形成可持續、高彈性的創新型多能互補(bǔ)系統。

在提高能源安全方面，由於(yú)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到瞭(le)69.8% ，石油等能源緊缺及較高的對外依存度正在成爲遏制我國可持續發展的瓶頸，氫能配合燃料電池技術，可實現氫燃料電池汽車大規模應用，有助於(yú)大幅度降低交通領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，氫作爲能源互聯媒介，可循環利用工業副産氫與一次富裕化石能源，配合二氧化碳捕集與封存就地低碳轉化，将廣泛應用於(yú)交通運輸領域、替代焦炭用於(yú)冶金、與二氧化碳轉化爲含氧化合物和燃料、與天然氣混燒並(bìng)通過燃氣輪機發電或工業供熱、或利用儲氫及燃料電池技術形成儲能裝置，通過調峰手段增加電力系統靈活性，彌補電力不可存儲問題，從而有效實現不同行業能源網絡之間的協同優化。在低碳清潔方面，氫能與燃料電池技術在排放方面具有無可比拟的優勢，結合氫源的“綠色”制備，可實現“低碳生産，零碳使用”，有利於(yú)實現終端能源消費領域深度脫碳。

（二）氫能已成爲中國能源技術與新興産業的重要戰略方向

《中國制造2025》明確(què)支持燃料電池汽車發展；《國家創新驅動發展戰略綱要》提出要開發氫能、燃料電池等新一代能源技術；《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030 年）》将氫能與燃料電池技術創新作爲重點任務，實現大規模、低成本氫氣的制取、存儲、運輸、應用一體化，加氫站現場儲氫、制氫模式的标準化和推廣應用。同時，《“十三五”國家戰略性新興産業發展規劃》也提出推動車載儲氫系統以及氫制備(bèi)、儲運和加注技術發展，推進加氫站建設，到2020 年，實現燃料電池汽車批量生産和規模化示範應用。

（三）中國的氫能開發與應用已具備産業化條件

中國發展氫能的優勢在於具有良好的制氫基礎與大規模應用市場空間，我國現有工業的制氫産能已達到2.5×10⁷t，2018 年中國棄風、棄光、棄水總電量約爲1.0229×10¹¹kW·h，國内化工行業還存在部分無法循環利用的副産氫，均可提供大規模氫源。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、船舶及岸電設施，甚至航空器，這些都是未來氫能創新應用的方向，中國已具備大規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鍵技術上已取得突破，初步掌握氫能基礎設施與燃料電池的開發應用技術，具有産業裝備及燃料電池整車生産能力，實現瞭(le)小規模示範運營，爲氫能及燃料電池産業大規模商業化運營奠定良好的基礎。未來氫能的接受性與市場規模主要取決於(yú)終端用氫的價格、綠色性與安全性，制氫、儲運及加氫等基礎設施的配套至關重要。

三、中國氫能基礎設施産業發展現況

（一）投入強度顯著提升，加氫站數量規模增加

自2017 年以來，中國氫能産業呈現爆發式發展，現階段中國的應用市場主要以燃料電池大巴車與物流車爲主，爲瞭(le)滿足車輛應用示範，各地已開始大規模規劃並(bìng)建設保障性加氫站，截至2019 年3 月，中國已投産加氫站數量達到25 座(包括兩座内部整改站)，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。

由於(yú)目前車輛以小規模燃料電池公交及廠内測(cè)試車輛爲主，對於(yú)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先考慮加氫時間的應用場景下，其加氫能力基本可以滿足現階段加氫預期，按此估算，已投運加氫站中加氫能力達500 kg 以上規模的有10 座。

（二）關鍵技術不斷突破，裝備國産化進程加快

在制氫技術方面，國内已擁有大規模煤制氫（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）的工程技術集成能力與實際工程案例，並掌握氫氣液化關鍵技術。同時，堿性電解水裝置的單機制氫能力也可達1000~1200 m³/h，並擁有完全自主知識産權的設備制造、工藝集成能力。

在加氫站方面，國内具有自主研發生産35 MPa加氫機能力，完成70 MPa 加氫機實驗樣機開發；在壓縮機方面，具備45 MPa 小流量壓縮機的完全自主研發制造能力，並可通過進口關鍵零部件，實現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，擁有完全自主知識産權的45 MPa 與98 MPa 固定儲氫容器設計與制造能力，其中，45 MPa 儲氫容器單體水容積可達到20 m³，使用壽命可達5 萬次以上，98 MPa 固定儲氫容器單體水容積可達到1 m³。此外，少數企業已擁有加氫站系統控制算法優化與産品集成能力，目前加氫站的氫氣一次性利用率可提高到70%~75%。

（三）地方政策紛紛出台，區域骨幹供給網絡初顯

全國已有14 個省（市）已實質性開展氫能産業布局與推廣工作，分别是廣東、山東、江蘇、湖北、河北、山西、浙江、四川、北京、天津、吉林、遼甯、安徽、河南。以上大部分地區均出台瞭(le)相關産業扶持政策，並(bìng)落地一批燃料電池或整車産業，推動加氫站建設，積極開展示範運營。例如産業政策較爲完善的廣東省佛山市，2018 年6 月廣東省發布瞭(le)《關於加快新能源汽車産業創新發展的意見》，明確提出電解水制氫電價享受蓄冷電價的政策；佛山市南海區人民政府發布的《促進加氫站建設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到800 萬元，對加氫站運營補貼最高可達到20 元/kg。這些地方規劃與政策的出台，有利於國内區域性供氫網絡的構建，加速區域氫能産業生态培育。

四、國外氫能基礎設施發展的啓示

（一）日本

日本發布的《氫能/ 燃料電池戰略發展路線圖》， 詳實指導瞭2014年至2040年， 日本制氫、儲運、加氫、氫能利用等産業鏈各環節的發展目标與路徑。在氫能基礎設施方面，結合日本能源禀賦，提出日本各階段制氫與加氫站建設目标， 到2030 年日本加氫站數量要達到1000 座且成本降至2 億日元，海外制氫運輸回日本的價格将控制在30 日元/m³ 以内。

截至2018 年年末，日本已經建成106 座加氫站，其中80 座以上對公衆開放，其餘則是專門爲公交車(chē)或車(chē)隊客戶提供服務，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設施項目的補(bǔ)貼政策，補(bǔ)貼金額可達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 座對外經營站，且2018 年度德國就投運瞭(le)17 座，已成爲全球擁有第二大公共加氫站數量的國家，並(bìng)計劃至2023 年建成400 座加氫站，以覆蓋60% 的德國人口，2030 年達到1000 座，覆蓋德國的全部人口。

德國政府在2006 年啓動氫能和燃料電池技術國家創新計劃（至2016 年該計劃共支持14 億歐元），於2009 年啓動氫能供應基礎設施研究，2011 年年底發布實施路線圖。爲瞭(le)尋找可靠的商業推廣模式，2015 年2 月，約有27 家企業共同發起成立瞭(le)H2M 公司，在德國政府的資助下，開展全國加氫基礎設施網絡規劃、加氫站建設及經營工作，目标是建立429 個加氫站組成的覆蓋全德的加氫網絡，任一站點與下一站點的間距不超過90 km，並(bìng)将整個計劃分爲測試驗證、試驗推廣、商業推廣三個階段實施，同時，對融資、採購、運營及後期市場競争的資産分配方案均做瞭(le)詳細規劃，H2M 公司将持續投資運營德國的加氫站項目，直到加氫站業務開始盈利時，H2M 公司會停止投資，這些資産将會通過評估後由合作企業優先回購，再次形成以市場爲主導的産業發展模式。

（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領域投入63 億美元後，DOE 聯合美國高校與企業共同攻關氫能及燃料電池關鍵技術，並(bìng)成立美國燃料電池和氫能聯盟，於2013 年啓動H2USA 計劃，共同對加氫站網絡規劃、融資方案、市場拓展制定詳細方案，爲美國在氫能基礎設施方面的集成技術與裝備制造奠定瞭(le)世界領先地位。截至目前，美國已公開對外運營加氫站達到42 座，尚有部分内部加氫站數量未知。

（四）韓國

2019 年1 月，韓國政府發布《氫經濟發展路線圖》，目标是成爲世界最高水準的氫能經濟國家，並以2022 年與2040 年作爲時間節點，詳實地提出韓國氫能全産業鏈發展目标與實施路徑。計劃到2022 年全國氫氣供應量達到4.7×10⁵ t/a，供應價格降至6000 韓元/kg，並建成310 座加氫站；到2040 年，氫氣供應量達到5.26×10⁶ t/a，成本降至3000 韓元/kg，建成1200 座以上加氫站。同時，實現加氫基礎設施核心裝備技術完全國産化，並實現全國範圍的管道網絡，促進氫氣大規模運輸配送。

根據氫氣不同的供給方式，路線圖将加氫站分爲氫氣管道供氫型、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，其中建設補貼最高可達29 億韓元，運營補貼可高達2.2 億韓元。路線圖進一步完善瞭(le)加氫站網絡布點，鼓勵把加油站與天然氣站擴建成加氫混合站，允許在限制區的公交車站安裝加氫站，並(bìng)推動逐漸減小加氫站建設相關的安全距離。此外，韓國政府提出從标準化、法律、人才、國際合作、産業生态等方面全面提高國民對氫安全的認知與産業安全管理體系。

五、中國氫能基礎設施産業面臨的挑戰

（一）缺少系統性的發展戰略

在整個能源生産與消費體系中，氫能的定位尚未明確(què)，将制約其在能源革命中發揮應有的作用，也未制定氫能與燃料電池産業系統性的發展目标與實施路徑，不利於(yú)發揮現有産業要素效用最大化及構建産業發展政策保障體系。

（二）加氫站數量與性能相對落後

中國目前建成的加氫站數量約爲日本的四分之一，也遠落後於(yú)德國與美國。國内大部分加氫站屬於(yú)場内測試站與撬裝站，這些加氫站的特點就是固定儲氫量或氫氣壓縮系統能力較低，随著(zhe)加氫車輛規模的增加，将無法滿足加氫車輛進場時間随機化、單次加注時間短的商業需求，尤其對於(yú)撬裝站，單次加注時間完全取決於(yú)長管拖車的氫氣壓力與系統壓縮能力，在長管拖車儲氫壓力下降的連續加注情景下，系統壓縮能力會按比例下降，導緻車輛單次加注時間變長。

（三）關鍵技術與成本亟待突破

我國雖已具有35 MPa 加氫站關鍵技術與裝備(bèi)集成能力，但在關鍵指标與國産(chǎn)化方面，還存在很大差距。在壓縮機技術方面，完全國産(chǎn)化的45 MPa壓縮機流量較小且在實際應用中故障率較高，其關鍵部件仍需通過進口後在國内組裝，同時，國内不具備(bèi)生産(chǎn)商用87 MPa 壓縮機能力。

在固定式儲氫裝備(bèi)方面，國内儲氫裝置多爲鋼内筒鋼帶纏繞容器，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。在加氫機技術方面，加氫槍依賴進口，國内70 MPa 加氫機處於(yú)試驗驗證階段，與國外商業化運營的70 MPa 加氫機指标差距較大。此外，氫基礎設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未來還需通過實際運營進一步驗證及優化。

（四）産業管理與監管體系尚未構建

加氫站作爲城市基礎設施類固定資産投資項目，若按照投資額度，在絕大多數地區按照備案類項目管理，備案權基本下放至區縣級政府。在項目論證期，需完成環評、規劃、安評、節能、土地、維穩等方面的論證；在報(bào)建階段，需要通過規劃、住建、消防、安監、市監等部門審批；在項目運營前還需通過以上事項的驗收，由於(yú)各主管部門對加氫站的評估審批缺乏實際依據與案例，也缺少自上而下的技術論證與标準支撐，導緻“審批難、審批慢”。

（五）商業模式與持續路徑亟待探索

加氫工藝的複雜性導緻加氫站投資及運營成本遠超天燃氣站，一座600 kg 日平均加氫能力的簡易固定式加氫站，僅主要設備(bèi)與土建投資就超過1000萬元，靜态總投資會達到1500萬元甚至2000萬元以上，圖2 預測瞭(le)在不同靜态總投資情況下，不同規模加氫站日售氫量、氫氣價差等三個關鍵投資參數對應的盈虧平衡線，以600 kg 加氫站爲例，在滿負荷運轉的理想狀态，當靜态投資爲1250 萬元時，保持氫氣售價與進場價差價爲14.35 元/kg 時，可實現盈虧平衡，當靜态投資達到2200 萬元時，需要将氫氣售價與進場價差控制到19.25 元/kg 才能實現盈虧平衡；當加氫站規模較小、土地等非技術成本升高時，建設方以1750 萬元投資400 kg 加氫站，在滿負荷狀态，需要将售價與進場價差控制到24.35 元才能實現盈虧平衡。

六、中國氫能基礎設施産業戰略思考

（一）氫能基礎設施産業的發展目标與路徑

未來30 年，我國的氫能基礎(chǔ)設施産(chǎn)業總體将分成三個階段。

第一階段（當前到2025 年）：形成頂層(céng)路線清晰、産業政策基本健全、安全監管基本完善、市場競争相對有序、商業模式不斷創新、産業聚集加速、加氫關鍵裝備(bèi)技術基本實現國産化的産業發展态勢，爲産業健康持續發展奠定基礎。

第二階段（2025—2035 年）：形成産(chǎn)業政策健全、行業監管完善、市場競争有序、商業模式成熟、加氫關鍵裝備(bèi)技術完全國産(chǎn)化，高效、安全、低成本的供氫網絡雛顯的産(chǎn)業發展形勢，爲産(chǎn)業高質量持續發展奠定基礎。

第三階段（2035—2050 年）：形成高效低碳的氫能供給網絡，市場引領、價格調節、體制機制科學健全的高質量發展格局。在發展路線上，以可再生能源制氫爲主（包括太陽能光解水制氫技術），煤制氫（配套碳捕獲利用與封存）爲輔，各地也将根據資源與工業的發展情況，因地制宜地選擇“深綠”的供氫方案，並(bìng)配套包括城市管道輸氫在内的多種運氫方案，最終實現供氫網絡與工業、電力、建築、交通行業不同程度的融合；基本形成覆蓋全國的加氫網絡，對外商業化運營加氫站将達到10 000 座以上，關鍵裝備(bèi)及技術達到全球領先水平。

（二）具體建議

1. 加強(qiáng)氫能産(chǎn)業戰略研究；

2. 建立健全産(chǎn)業政策、安全監(jiān)管及技術标準體系；

3. 建立氫能基礎設施關鍵技術攻關與核心裝備(bèi)自主化的長(zhǎng)效機制；

4. 加大對氫能基礎設施全産(chǎn)業鏈的補(bǔ)貼政策及金融支持。

     四川蜀泰化工科技有限公司

     聯系電話:0828-7880085

     公司官網：www.sbg03.cn

【上一篇：中國氫能基礎設施産業發展戰略研究】

【下一篇：我國石化化工行業的“進”與“退”】