閆志勝 杜艷

摘要：隨著當前全球能源消費結(jié)構(gòu)的不斷改變，可再生能源已經(jīng)取代了我們傳統(tǒng)的化石能源，氫能被廣泛認為已經(jīng)是未來現(xiàn)代能源技術(shù)發(fā)展的一個重要趨勢，最終極有可能成為提供終極能源解決模式方案。氫能在全產(chǎn)業(yè)鏈投入商業(yè)化運行，需要我們解決的更多問題是提高我國社會公眾對于利用氫能的正確認知，及時地突破了目前氫能在全產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用瓶頸。借此，本文對我國氫能產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀作出分析，對商業(yè)化運作需解決的問題進行闡述。

關(guān)鍵詞：氫能 ?現(xiàn)狀 ?商業(yè)模式

一、氫能產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

目前，我國已發(fā)展成為產(chǎn)氫大國，全球名列前茅。主要以各種工業(yè)原料的生產(chǎn)經(jīng)營為主，銷售業(yè)務(wù)規(guī)模仍然較小。從氫氣產(chǎn)量分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，截至2018年年底，全球氫氣產(chǎn)量已經(jīng)累計達到6500萬噸，48%的氫被廣泛應(yīng)用在石油煉化、43%氫氣被廣泛應(yīng)用在氨的生產(chǎn)上。其中目前我國每年利用氫開發(fā)總產(chǎn)量約2100萬噸，目前占全球氫氣總開發(fā)產(chǎn)量的百分之三十，彰顯了目前我國已經(jīng)發(fā)展成為目前全球氫生產(chǎn)第一能源大國的重要戰(zhàn)略發(fā)展優(yōu)勢，為積極深入推動我國進一步深入氫能開發(fā)、充分利用新型清潔能源、加快推動我國進入氫能新時代提供了很好的基礎(chǔ)條件。預計2030年中國對氫市場需求量將逐步增長會快速擴大，甚至達到3500萬噸，2050年將進一步快速擴大甚至達到6000萬噸，產(chǎn)業(yè)鏈上的產(chǎn)品年產(chǎn)值規(guī)模預計約12萬億元。

氫能全產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)成本主要包括基于制氫、儲運和加氫站設(shè)施建設(shè)，從目前情況來看，制氫建設(shè)成本結(jié)構(gòu)占比最高，達到55%，儲運占比高達30%，加氫成本占比15%。

截止2020年12月底，中國已經(jīng)累計建成加氫站118座，其中，已經(jīng)投入運營的加氫站101座，待運營17座，投用比例超過85%。目前，國內(nèi)大部分的氫氣加注站主要是內(nèi)部測試及撬裝站，這些加氫站點所存在的不足之處，就是固定式儲氫系統(tǒng)的儲量或采用壓縮系統(tǒng)進行壓縮氫氣能力低，隨著國內(nèi)加氫車輛生產(chǎn)數(shù)量以及行業(yè)規(guī)模的發(fā)展不斷擴大，將不能完全能夠滿足車輛進站后的隨時加注氫氣及車輛持續(xù)加注工作時間短的加氫需求，特別是對于內(nèi)部撬裝站，無固定式的儲氫控制系統(tǒng)，車輛持續(xù)加注后的加注時間完全由長管拖車的瓶組壓力及壓縮系統(tǒng)的能力所影響決定，隨著長管拖車的儲氫壓力逐漸下降，加注持續(xù)時間有所增加。

二、氫能商業(yè)化運作的瓶頸

目前，氫燃料電池汽車造價高、加氫站少且項目建設(shè)費用高、關(guān)鍵核心技術(shù)未突破等已經(jīng)成為制約氫能電池汽車行業(yè)發(fā)展的一個重要原因。

（一）加氫站建設(shè)投資成本高

經(jīng)查，目前我國日加氫能力在1000公斤以上的加氫站的項目建設(shè)總成本大約1600萬元左右（不包括土地費用）。加氫站的生產(chǎn)工藝設(shè)備主要產(chǎn)品包括氫氣壓縮機、儲氫罐（瓶組）、氫氣加注機、站級控制管理系統(tǒng)等，其中氫氣壓縮機占總設(shè)備造價的40%，氫氣加注機占總設(shè)備造價的13%。目前我國建設(shè)加氫站設(shè)備設(shè)施的主要零部件基本上都是以國外進口為主，導致其建設(shè)費用居高不下，設(shè)備費用約占加氫站工程建設(shè)費用的56%～60%。隨著我國加氫站建設(shè)的數(shù)量越來越多，國內(nèi)設(shè)備制造商和技術(shù)的進步，加氫站建設(shè)的設(shè)施成本將會有很大的下降。

（二）制氫成本高

總體而言，制氫工藝主要分為兩種，分別是水電解制氫技術(shù)和化石能源制氫技術(shù)?？稍偕茉粗茪浼夹g(shù)主要有天然氣、蒸汽重整制氫和煤制氫等。目前國內(nèi)的氫能主要通過化石能源制取，由煤、天然氣、石油等化石能源所制取的氫占比高達70%左右，工業(yè)副氫占比30%左右，水電解制氫占比低于1%。目前在我國化石能源制氫中采用煤制氫占比已經(jīng)大大超過了其他制氫方法，當前在我國煤制氫產(chǎn)業(yè)較為成熟的大環(huán)境背景下，煤制氫產(chǎn)量大且資源分布應(yīng)用范圍廣。但在利用煤制氫的生產(chǎn)過程中會直接產(chǎn)生大量的CO2，因此我們需要對大量碳進行捕集、封存加以控制。煤、天然氣制氫工藝最為成熟，在目前我國煤制氫工藝具有較大的成本優(yōu)勢，煤氣化制氫工藝成本約每公斤10元，天然氣制氫工藝成本約每公斤18元，但采用上述制氫方法所制得的"灰氫"并沒有符合能源向低碳轉(zhuǎn)型的綠色經(jīng)濟發(fā)展要求;電解水制氫技術(shù)可以生產(chǎn)出"綠氫"，不存在CO2排放，能源效率高，但是生產(chǎn)制取費用成本相對較高，每公斤約40元，經(jīng)濟性相對較差。

（三）終端客戶少，全產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成規(guī)模效應(yīng)

我國燃料電池汽車以商用車為主，主要是在城市公交車和物流車領(lǐng)域發(fā)展應(yīng)用。主要有兩方面的原因：第一，燃料電池汽車內(nèi)的核心部件和材料缺乏相應(yīng)的生產(chǎn)技術(shù)支撐，主要原材料未實現(xiàn)國產(chǎn)化，質(zhì)子交換膜、炭紙、催化劑等原材料需從國外進口，多數(shù)原材料被外國壟斷，價格相對較高，造成了車輛制造費用過高，導致銷售價格居高不下，一輛氫燃料電池汽車在國內(nèi)銷售的價格基本上幾十萬、上百萬;第二，運營費用成本高，加氫站銷售的氫氣每公斤70元左右，按照普通小轎車百公里消費氫1公斤測算，小轎車百公里燃料費用成本應(yīng)該為70元;而小轎車以每升汽油作為主要燃料，按照百公里油耗7升，每升銷售價格7元來測算，燃料費用成本為49元，氫燃料電池汽車就沒有什么優(yōu)勢。這主要由于氫能產(chǎn)業(yè)鏈相對不成熟，加氫站以及氫能應(yīng)用車輛較少，導致氫氣的使用價格較高。

三、推進氫能商業(yè)化運作的措施

氫能電池要快速投入商業(yè)化運作，首先要造價便宜，目前我國氫能電池產(chǎn)業(yè)還不經(jīng)濟，氫能作為燃料電池最理想的清潔燃料，我國要盡快實現(xiàn)氫燃料電池的快速發(fā)展應(yīng)用，必須大大降低氫燃料電池和加氫站的成本，同時還要帶動加氫站配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

（一）加強頂層設(shè)計

國家需要盡快制訂國家計劃和頒布相關(guān)的技術(shù)標準。地方人民政府及其有關(guān)主管部門應(yīng)當進一步切實加大對財政、土地項目建設(shè)的政策扶持，明確各地的審批審核環(huán)節(jié)及辦理流程。近年來，國家先后制定出臺了部分相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策和國家發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，大力鼓勵支持發(fā)展氫能及其燃料動力電池應(yīng)用相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，尤其是氫能及燃料動力電池電動汽車。今后，應(yīng)將利用氫能與燃料電池技術(shù)列入作為引領(lǐng)新一代能源產(chǎn)業(yè)革命的一項重要顛覆性創(chuàng)新技術(shù)，明確要求積極開展基于氫能相關(guān)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的系統(tǒng)、零部件、設(shè)備、材料及技術(shù)平臺等系列相關(guān)技術(shù)研究，將利用氫能、燃料電池等系列新一代再生能源技術(shù)產(chǎn)品作為具體的發(fā)展規(guī)劃，以進一步地加強保障推動氫能作為核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

（二）加快配套設(shè)施建設(shè)

加氫站基礎(chǔ)設(shè)施工程將成為推動氫氣和燃料電池行業(yè)實現(xiàn)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模商業(yè)化的一項重要技術(shù)依托。在推動我國氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展上，加氫站是連接制氫廠和氫燃料電池汽車應(yīng)用的重要紐帶。如果沒有配套完善的加氫站相關(guān)基礎(chǔ)配套設(shè)施，將難以有效支撐帶動起氫能燃料電池汽車應(yīng)用領(lǐng)域市場規(guī)模的快速健康發(fā)展，加氫站相關(guān)基礎(chǔ)配套設(shè)施項目建設(shè)不僅是推動我國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展的重要基礎(chǔ)技術(shù)設(shè)施基礎(chǔ)，也是當前推動我國氫能電池產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展快速走向成熟的重要一環(huán)。"從美、日、歐等發(fā)達國家推進氫能產(chǎn)業(yè)綜合發(fā)展實踐經(jīng)驗分析來看，加氫站以及基礎(chǔ)設(shè)施配套建設(shè)能力不足也將會嚴重制約我國氫能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。"加氫站建設(shè)成本高的原因主要在于關(guān)鍵設(shè)備依賴進口，需要持續(xù)推進加氫站關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化，降低成本，促進國內(nèi)整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。加氫站的快速和大量部署有利于帶動氫能產(chǎn)業(yè)上下游快速發(fā)展，提高社會和民眾對氫作為新能源的認識。同時，加氫站網(wǎng)絡(luò)的形成，有利于降低加氫成本，促進氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成良性循環(huán)。

（三）降低制氫成本

氫能產(chǎn)業(yè)和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)正處于商業(yè)化發(fā)展的初級階段，低成本、低碳提取制氫等新技術(shù)應(yīng)用是我們實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要關(guān)鍵，氫的生產(chǎn)企業(yè)要不斷提高制造工藝，達到低碳制氫的經(jīng)濟性，開展工業(yè)副氫的研究及可再生能源低碳制氫等新一代技術(shù)的推廣應(yīng)用。近期市場分析結(jié)果來看，工業(yè)副產(chǎn)氫應(yīng)用成本相對較低，具有較強市場競爭優(yōu)勢，可以有效帶動我國氫能消費市場的進一步健康發(fā)展，我國煤炭資源豐富且煤炭價格相對便宜，因此將來利用煤炭制氫很可能成為我國推動氫能產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)商業(yè)化快速發(fā)展的主要產(chǎn)品供應(yīng)方式。隨著碳達峰、碳中和工作的深入開展，制氫技術(shù)領(lǐng)域目前面臨的挑戰(zhàn)將會是如何實現(xiàn)無碳或碳中性（"綠氫"或"藍氫"）的技術(shù)（目前已經(jīng)通過電解水制取"綠氫"來替代），并將這些技術(shù)以更廣泛的規(guī)模推廣應(yīng)用，進而減少生產(chǎn)成本，產(chǎn)生更多的經(jīng)濟效益。

（四）優(yōu)化運輸方式

目前，氫能的運輸方式較多，但從發(fā)展的趨勢來看，加氫站主要以氣氫長管拖車運輸、液氫罐車運輸兩種運氫方式為主。兩種氫能運輸方式中以液氫罐車運輸成本最低，但若同時考慮氫氣液化成本，采用氣氫長管拖車運輸則是目前較為高效經(jīng)濟的運輸方式。但在長途運輸過程中，由于運輸液氫所需要消耗的能量小，氣氫長管拖車長距離運輸能耗高，因此它不適合遠距離運輸。氣氫長管拖車運輸適合規(guī)模小、距離短運輸; 氣氫管道運輸適合大規(guī)模、短距離運輸; 液氫罐車運輸適合長距離運輸。

（五）找準切入點，逐步擴展市場領(lǐng)域

根據(jù)目前中國的實際情況，中國氫能應(yīng)用在交通行業(yè)發(fā)展應(yīng)遵循氫燃料電池商用車先推進，氫燃料電池乘用車后發(fā)展的思路。在產(chǎn)業(yè)補助及國家政策支持等一系列措施激勵下，中國氫燃料電池客車、物流車等商用車的發(fā)展已遠領(lǐng)先于其它氫燃料電池車型。商用車燃料電池系統(tǒng)與儲氫系統(tǒng)的價格，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大可大幅降低。從國際氫燃料電池汽車市場發(fā)展來看，豐田、本田、現(xiàn)代等大型跨國企業(yè)均推出了成熟的燃料電池乘用車。我國限于企業(yè)技術(shù)水平、政策方針導向、市場需求和配套能源基礎(chǔ)設(shè)施等諸多因素，我國更適合優(yōu)先發(fā)展商用車型。

在我國，電動汽車制造行業(yè)起步較早，在小型乘用車制造應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛。相比而言，氫燃料電池汽車的特點主要是電池續(xù)航能力強、行駛時間里程長，氫氣加注過程持續(xù)時間短，而且電池能夠持久耐低溫，這些車的優(yōu)點與其特性比較來說更加的適合于作為物流運輸專用車、長途旅行出租車或者說公交專用車來推廣使用，更適合用來做商用車，這正好與電動汽車可以形成優(yōu)勢互補。隨著質(zhì)子交換膜燃料電池的技術(shù)突破于規(guī)模效應(yīng)帶來的成本下降，氫燃料電池重卡、乘用車等車型的市場化進程將加快，并為氫能在中國交通領(lǐng)域的重要組成部分。這正好與電動汽車形成互補。隨著質(zhì)子交換膜燃料電池的技術(shù)突破于規(guī)模效應(yīng)帶來的成本下降，氫燃料電池重卡、乘用車等車型的市場化進程將加快，并為氫能在中國交通領(lǐng)域的重要組成部分。因此，我國現(xiàn)階段率先發(fā)展推廣氫燃料電池商用汽車是一個很好的氫能發(fā)展戰(zhàn)略路徑，待今后條件成熟再將其擴展推廣到氫能乘用車這個領(lǐng)域。

結(jié)束語

目前，世界能源和環(huán)境問題日益加重，汽車能源結(jié)構(gòu)即將或正在發(fā)生重大變革。其中，氫能作為新能源汽車的理想能源，各國政府和企業(yè)都在積極推動燃料電池汽車的研發(fā)。積極探索新型清潔能源有助于促進我國碳達峰、碳中和工作的加速進行，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。地方政府及企業(yè)積極探索氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，初步建立包括技術(shù)、裝備、運輸、應(yīng)用等各個環(huán)節(jié)在內(nèi)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

參考文獻

[1]張志蕓，張國強，劉艷秋，等.我國加氫站建設(shè)現(xiàn)狀與前景 [J].節(jié)能，2018（6）：16–19

[2]許渝峰.加氫站行業(yè)發(fā)展的機遇與問題分析.當代石油石化.2020–08

[3]馬建新，劉紹軍，周偉，潘相敏.加氫站氫氣運輸方案比選.同濟大學學報（自然科學版），2008-5

[4]洪浩，煤炭制氫經(jīng)濟適用性分析.能源與節(jié)能，2020-12

[5]林漢辰.中國氫能產(chǎn)業(yè)鏈白皮書 2019.亞化咨詢. 2019–10.

[6]宋超，謝淑賢，徐瑞峰.氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景及其在中國的發(fā)展路徑.化工管理.2021-2