王學(xué)軍

（1.含氟功能膜材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(dāng)前，能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，迫切需要開發(fā)潔凈、經(jīng)濟(jì)的新能源。氫能以其特殊優(yōu)勢，被認(rèn)為是新世紀(jì)的重要二次能源，成為各國能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移和研究的重點(diǎn)。氫能作為新能源，除了具有燃燒產(chǎn)物潔凈、無污染、不產(chǎn)生溫室氣體等環(huán)保性和可再生性外，還是其他清潔能源儲存和轉(zhuǎn)換的樞紐，且具有熱值高（高效）等優(yōu)勢[1]。

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，隨著排放要求的提升、儲氫技術(shù)的發(fā)展、燃料電池技術(shù)的進(jìn)步，“氫經(jīng)濟(jì)”逐漸進(jìn)入人們的視野。氫能是大規(guī)模儲存可再生能源的重要途徑。氫適合各種規(guī)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(wǎng)、電力網(wǎng)和燃料供應(yīng)網(wǎng)連于一體，使化石能源應(yīng)用更清潔，使可再生能源應(yīng)用更高效。同時，氫能是新一代引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性能源技術(shù)。對中國優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，突破產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與轉(zhuǎn)型升級的困境和瓶頸具有基礎(chǔ)性作用，可顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。

實(shí)現(xiàn)“氫經(jīng)濟(jì)”目前最直接的著力點(diǎn)是氫燃料電池汽車。在氫能的眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，汽車市場規(guī)模最大，氫燃料電池汽車有環(huán)保和續(xù)航里程長的優(yōu)勢，在交通工具領(lǐng)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(shù)開發(fā)是戰(zhàn)略選擇，一旦在技術(shù)上取得突破并形成產(chǎn)業(yè)技術(shù)，會對世界能源和交通發(fā)展格局產(chǎn)生重大影響。如果中國能在該領(lǐng)域率先市場化發(fā)展，占據(jù)研發(fā)和生產(chǎn)的領(lǐng)先優(yōu)勢，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，中國“氫能”專利申請趨勢圖見圖1。

1 政策引導(dǎo)與規(guī)劃

圖1 中國“氫能”專利申請趨勢圖[3]

進(jìn)入21 世紀(jì)后，中國出臺了大量政策支持民用氫能的發(fā)展[4]。2006 年，國務(wù)院發(fā)布了《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020 年）》，在“先進(jìn)能源技術(shù)”部分提出要重點(diǎn)研究高效低成本化石能源制氫、可再生能源制氫，以及經(jīng)濟(jì)高效的氫氣儲存和輸配技術(shù)；2012 年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020 年）》提出燃料電池汽車、車用氫能源產(chǎn)業(yè)要與國際水平保持同步；2014年發(fā)布了《關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，提出要建立長期穩(wěn)定的新能源汽車發(fā)展政策體系；2015 年發(fā)布的《中國制造2025》將節(jié)能與新能源汽車列為10 大重點(diǎn)突破領(lǐng)域。

2016 年前中國已經(jīng)將氫能確認(rèn)為未來科技發(fā)展和儲備的方向，2016 年后中國則明確了氫能領(lǐng)域的具體發(fā)展目標(biāo)。其中《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》將氫能和燃料電池技術(shù)列為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)?！丁笆濉眹铱萍紕?chuàng)新規(guī)劃》在“專欄8清潔高效能源技術(shù)”中將氫能作為與可再生能源并列的重要組成部分?！秶抑攸c(diǎn)研發(fā)計劃重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施方案》在可再生能源與氫能重點(diǎn)專項(xiàng)的方向7中提出3 個重點(diǎn)任務(wù)：一是氫的綠色制備、高密度運(yùn)輸及高效利用研究；二是氫氣的綠色制取與高效利用技術(shù)及示范：三是燃料電池發(fā)電技術(shù)。

《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016—2030年）》在重點(diǎn)任務(wù)（九）“氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新”中明確提出氫能領(lǐng)域發(fā)展的具體目標(biāo)：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(shù)；在儲運(yùn)方面，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本氫氣的制取、存儲、運(yùn)輸、應(yīng)用一體化；在燃料電池方面，開發(fā)聚合物電解質(zhì)膜燃料電池（PEMFC）并實(shí)現(xiàn)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。

2018 年12 月，國家發(fā)改委與國家能源局聯(lián)合印發(fā)《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(zhuǎn)化為熱能、冷能、氫能，實(shí)現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用。氫氣的生產(chǎn)方式主要包括化石燃料制氫、水電解制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫等。《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書（2018）》數(shù)據(jù)顯示，2016 年中國氫氣產(chǎn)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(fā)展相關(guān)補(bǔ)貼政策[5]。2014 年頒布的《關(guān)于新能源汽車充電設(shè)施建設(shè)獎勵的通知》，對符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(guān)于2016-2020 年新能源汽車推廣應(yīng)用財政支持政策的通知》表示，2017-2020 年非燃料電池電動車補(bǔ)貼將逐漸退坡，而燃料電池乘用車補(bǔ)貼仍將保持不變，為20 萬元/輛。在補(bǔ)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(bǔ)貼不退坡特殊優(yōu)惠政策的車型，中國支持氫能和氫燃料電池中長期發(fā)展相關(guān)政策文件見表1。

2 加氫站簡介

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

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(nèi)供氫（on-site）加氫站（見圖2）。根據(jù)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(nèi)只具備加氫功能，可以是外供氫加氫站，也可以是內(nèi)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(chǔ)上再加入加氫功能設(shè)施，加氫功能設(shè)施與外供氫和內(nèi)供氫加氫設(shè)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(shè)需要遵守《加氫站與加油站、加氣站的合建技術(shù)規(guī)范》，中國該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定，正待出臺和實(shí)施?；煺窘ㄔO(shè)的主要優(yōu)勢就是利用現(xiàn)有加油、加氣站的土地，不占用新的土地資源，節(jié)約成本。加氫合建站將成為未來發(fā)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(xiàng)目奠基，總投資4 500 萬元。加氫站設(shè)計規(guī)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(wù)。加油站設(shè)計規(guī)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(wù)。

表1 中國支持氫能和氫燃料電池中長期發(fā)展的相關(guān)政策文件

圖2 2 種加氫站系統(tǒng)

根據(jù)氫氣儲存相態(tài)不同，加氫站有氣氫儲運(yùn)加氫站和液氫儲運(yùn)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(yùn)加氫站，絕大多數(shù)在美國和日本。相比氣氫儲運(yùn)加氫站，液氫儲運(yùn)加氫站建設(shè)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(yōu)選擇。當(dāng)前中國液氫工廠的技術(shù)還沒有規(guī)?；?，這是制約中國液氫加氫站推廣的重要原因之一。

3 國內(nèi)外加氫站建設(shè)現(xiàn)狀

3.1 國外加氫站情況

歐美、日本高度重視加氫站建設(shè)，逐漸從起步進(jìn)入一個快速發(fā)展階段。自1999 年世界上第一座加氫站在德國慕尼黑國際機(jī)場建成，此后世界各國相繼開始推動加氫站的建設(shè)。加氫站分布數(shù)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(chǔ)上改造的。

據(jù)資料顯示，截至2017 年底，歐洲擁有139 座正在運(yùn)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(lián)合酋長國是氫氣社區(qū)的新成員，在迪拜設(shè)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(tǒng)加油站一樣，不需預(yù)約直接使用；24 座需要預(yù)約才可使用，其余的加油站保留給封閉的用戶群并供應(yīng)例如公共汽車或車隊(duì)車輛。

截至2018 年底，日本已建成106 座，預(yù)計2020年達(dá)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(chǔ)設(shè)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(shè)，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(guī)劃之中。

3.2 中國國內(nèi)加氫站情況

2016 年10 月，中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院資源與環(huán)境分院和中國電器工業(yè)協(xié)會發(fā)布的《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書（2016）》首次提出了中國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線圖。對中國中長期加氫站和燃料電池車輛發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行了規(guī)劃。主要包括：到2020 年，加氫站數(shù)量達(dá)到100 座；燃料電池車輛達(dá)到10 000 輛；氫能軌道交通車輛達(dá)到50 列；到2030 年，加氫站數(shù)量達(dá)到1 000 座，燃料電池車輛保有量達(dá)到200 萬輛；到2050 年，加氫站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成，燃料電池車輛保有量達(dá)到1 000 萬輛。

事實(shí)上，中國加氫站的進(jìn)展，遠(yuǎn)落后氫燃料汽車進(jìn)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(yùn)營的加氫站僅有十幾座，但多數(shù)僅供示范車輛加注使用，暫未實(shí)現(xiàn)全商業(yè)化運(yùn)營。即使不考慮其中實(shí)地考察已停運(yùn)的個例，這十幾座加氫站仍無法滿足燃料電池汽車大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展規(guī)劃，距離2020 年目標(biāo)建成100 座還相差較大，國內(nèi)已建成加氫站（不完全統(tǒng)計）見表2。

表2 國內(nèi)已建成加氫站（不完全統(tǒng)計）