加氫基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀與展望＊

于蓬，譚文娜*，王健，呂永健

（1.山東明宇新能源技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250000；2.山東交通學(xué)院，山東 濟(jì)南 250000；3.上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 200090）

前言

當(dāng)前，我國(guó)能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題突出，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高能效的壓力進(jìn)一步擴(kuò)大，能源的發(fā)展隨之面臨著一系列的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。其中，氫能源具有無(wú)污染、零排放、噪音低、可持續(xù)、只生成水的特殊優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是新世紀(jì)重要二次能源，成為各國(guó)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移和研究的重點(diǎn)[1]。同時(shí)，氫能源作為二十一世紀(jì)的新能源，除了具有燃燒產(chǎn)物潔凈、無(wú)污染等環(huán)保性和可再生性外，還具有熱值高等優(yōu)勢(shì)。在氫能應(yīng)用的眾多領(lǐng)域中，汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模最大，氫燃料電池汽車(chē)具有環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，氫燃料電池汽車(chē)的出現(xiàn)對(duì)優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整轉(zhuǎn)型升級(jí)具有基礎(chǔ)性作用，能夠顯著提高我國(guó)的經(jīng)濟(jì)效益，并且產(chǎn)生巨大的生態(tài)效益。加氫站是氫能源供應(yīng)的重要保障[2]?？傮w而言，加氫站建設(shè)將成為我國(guó)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)[3]。

1 加氫站

1.1 加氫站工作原理

通常，氫氣加注是通過(guò)將不同來(lái)源的氫氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓，然后儲(chǔ)存在站內(nèi)的高壓儲(chǔ)罐中，再通過(guò)氫氣加氣機(jī)為燃料電池汽車(chē)加注氫氣，其加注流程如圖1 所示[4]。實(shí)際操作中，氫氣的儲(chǔ)罐是由不同壓力級(jí)別的儲(chǔ)罐組成，先將低氣壓儲(chǔ)罐進(jìn)行氫氣加注，使低氣壓儲(chǔ)罐與車(chē)載容器達(dá)到壓力平衡，再用高氣壓儲(chǔ)罐進(jìn)行氫氣加注，以此類(lèi)推，若仍未加滿， 則啟動(dòng)壓縮機(jī)增壓進(jìn)行氫氣加注。

對(duì)于外供氫加氫站內(nèi)儲(chǔ)存氫氣時(shí)，壓縮機(jī)分別按高、中、低壓儲(chǔ)氫瓶組的順序進(jìn)行充入；加氫站對(duì)外向氫燃料電池汽車(chē)加注氫氣時(shí)，則按低、中、高壓儲(chǔ)氣瓶組的順序進(jìn)行加注[4]。

圖1 加氫站工作流程示意圖

1.2 加氫站類(lèi)型

目前加氫站根據(jù)是否現(xiàn)場(chǎng)制氫，分為外供氫加氫站和站內(nèi)制氫加氫站兩種[4]。

外供氫加氫站在站內(nèi)無(wú)制氫裝置，氫氣通過(guò)長(zhǎng)管拖車(chē)、液氫槽車(chē)或者管道運(yùn)輸至加氫站后，在站內(nèi)進(jìn)行壓縮、存儲(chǔ)、加注等步驟。如圖2 所示。

圖2 外供氫加氫站

站內(nèi)制氫加氫站（如圖3 所示）是在加氫站內(nèi)配備了制氫系統(tǒng)，制氫后經(jīng)過(guò)純化、壓縮后進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)儲(chǔ)罐進(jìn)行加注。站內(nèi)制氫包括天然氣制氫、甲醇重整制氫、電解水制氫等，站內(nèi)制氫可以省去高額的氫氣運(yùn)輸費(fèi)，但同時(shí)也增加了整站的復(fù)雜性及建站成本和運(yùn)營(yíng)成本。

圖3 站內(nèi)制氫加氫站（水電解）

2 國(guó)內(nèi)外加氫站發(fā)展情況

2.1 國(guó)外加氫站發(fā)展

（1）國(guó)外政策支持：加氫站建設(shè)是推動(dòng)燃料電池汽車(chē)的成功關(guān)鍵，作為提供氫氣給燃料電池汽車(chē)的基礎(chǔ)設(shè)施，加氫站的數(shù)量在不斷增加，據(jù)國(guó)外H2stations.org 全球加氫站統(tǒng)計(jì)報(bào)告中公布的數(shù)據(jù)顯示，截至2017 年底，全球共有328 座加氫站，其中，歐洲有139 座、亞洲118 座、北美有68 座[5]。從全球代表性國(guó)家加氫站的建設(shè)情況來(lái)看，國(guó)外加氫站設(shè)施建設(shè)更為完善，發(fā)展迅速。目前大力發(fā)展加氫站的國(guó)家主要有日本、德國(guó)、韓國(guó)等。日本出臺(tái)的主要有《新能源開(kāi)發(fā)法》《節(jié)能技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃》（70 年代）、《新能源引進(jìn)大綱》《關(guān)于新能源利用等的促進(jìn)基本方針》（90 年代），德國(guó)出臺(tái)的主要有《燃料電池研究發(fā)展示范計(jì)劃》（1990）、《燃料電池公共汽車(chē)示范項(xiàng)目》（2001）、《clean energy partership 項(xiàng)目》（2002）、《氫能和燃料電池技術(shù)國(guó)家創(chuàng)新計(jì)劃》（2006）、《氫燃料和燃料電池聯(lián)合技術(shù)發(fā)展計(jì)劃》（2008）、 《HyCity(氫能城市）計(jì)劃》（2013）、《氫和燃料電池技術(shù)2016-2016》（2016）、《Autostack Industry 項(xiàng)目》（2017），韓國(guó)出臺(tái)的主要有《綠色新政項(xiàng)目》（2009）、《百萬(wàn)綠色家庭項(xiàng)目》（2010），2017年交通運(yùn)輸部發(fā)文自2017 年9 月到2020 年，氫燃料電池汽車(chē)高速公路通行費(fèi)減半，計(jì)劃將2.6 萬(wàn)輛公交車(chē)改為氫能源車(chē)。

（2）典型國(guó)家建設(shè)情況：日本現(xiàn)狀截止2018 年底，已有96 座商業(yè)化加氫站投入運(yùn)行。目標(biāo)計(jì)劃2020 年建成加氫站160 座，2025 年達(dá)到320 座，2030 年增加到900 個(gè)。如圖4 所示。

圖4 日本加氫站建設(shè)情況

韓國(guó)截止2018 年底，加氫站總數(shù)為16 座。到2020 年建設(shè)目標(biāo)到168 座，2025 年建設(shè)目標(biāo)到200 座，2030 年建設(shè)目標(biāo)到500 余座。如圖5 所示。

圖5 韓國(guó)加氫站建設(shè)情況

德國(guó)截止2018 年底，加氫站總數(shù)為60 座。目標(biāo)計(jì)劃2019年建設(shè)到100 座，2023 年到400 座，2025 年計(jì)劃在氫能和燃料電池技術(shù)上投資大于20 億歐，高速路上每隔90 公里就有一座加氫站，每個(gè)城市區(qū)將至少有10 座加氫站。如圖6 所示

圖6 德國(guó)加氫站建設(shè)情況

2.2 國(guó)內(nèi)加氫站發(fā)展

2.2.1 國(guó)內(nèi)政策支持方面

隨著氫能源的逐漸發(fā)展，我國(guó)在節(jié)能減排和新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，對(duì)氫能和新能源汽車(chē)提供政策支持，如今，氫能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展到另一個(gè)風(fēng)口，那就是加氫站的建設(shè)，國(guó)務(wù)院及各地政府也制定了一些相關(guān)政策，具體如下；

2018 年4 月，佛山市南海區(qū)人民政府印發(fā)了《佛山市南海區(qū)促進(jìn)加氫站建設(shè)運(yùn)營(yíng)及氫能源車(chē)輛運(yùn)行扶持辦法（暫行）》；2018 年11 月，中山市南頭鎮(zhèn)人民政府發(fā)布《中山市關(guān)于廣東省新能源汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施財(cái)政補(bǔ)貼專(zhuān)項(xiàng)資金管理實(shí)施細(xì)則》；2018 年9 月，山東省人民政府公布了《山東省新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2018—2028 年）》；2019 年3 月，濟(jì)南先行區(qū)制定《先行區(qū)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展十條政策》，最高給與建設(shè)企業(yè)900 萬(wàn)元建設(shè)補(bǔ)貼；2019 年3 月，濰坊市政府會(huì)議原則同意《關(guān)于做好全市汽車(chē)加氫站規(guī)劃建設(shè)運(yùn)營(yíng)管理工作的意見(jiàn)》。

2.1.2 國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)情況

目前國(guó)內(nèi)有12 座加氫站在運(yùn)營(yíng)中，分別是北京永豐加氫站、上海安亭加氫站、上海驅(qū)動(dòng)加氫站、鄭州宇通加氫站、中山沙朗加強(qiáng)站、新源大連加氫站、思勞加氫站、瑞輝加氫站、豐田加氫站、南通百應(yīng)加氫站、東風(fēng)特氣加氫站、郫都區(qū)加氫站等，主要為各個(gè)單位研發(fā)的燃料電池汽車(chē)、城市公共示范汽車(chē)提供加氫服務(wù)，雖用戶量較少，但已實(shí)施全商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。其中，佛山瑞輝加氫站是全國(guó)首個(gè)全商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的加氫站。

2.1.3 國(guó)內(nèi)加氫相關(guān)企業(yè)

加氫站主要核心設(shè)備有壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫罐、加氫機(jī)、控制系統(tǒng)等，目前，加氫站所需的關(guān)鍵設(shè)備自主產(chǎn)品發(fā)展不成熟，主要依賴于國(guó)外進(jìn)口，同時(shí)，國(guó)內(nèi)從事核心設(shè)備研發(fā)的企業(yè)也比較少，主要有上海渦卷、北京天高、成都華氣厚普、上海舜華、北京海德利森、石家莊安瑞科，這也是造成加氫站建設(shè)成本比較高主要原因。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)目前從事加氫相關(guān)企業(yè)并不多，重點(diǎn)約21 家，比如：上海渦卷、上海舜華、上海氫楓、上海驛藍(lán)、中國(guó)華能、中國(guó)神華、北京久安通、北京海珀?duì)?、北京海德利森、石家莊安瑞科、北京天高、深圳氫楓、中石油、中石化、青島氫楓、國(guó)達(dá)新能源、安徽明天氫能等，這些企業(yè)主要分布在廣東、川陜和華東，其中北京、上海和江蘇地區(qū)分布企業(yè)數(shù)量比較多，從事加氫行業(yè)企業(yè)數(shù)量多的省份也是氫燃料電池發(fā)展比較快的省份[4]。

3 國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)流程

3.1 加氫站建設(shè)流程

氫能作為一種高效、環(huán)保的新興能源，相繼氫燃料電池汽車(chē)及配套基礎(chǔ)設(shè)施屬于新興產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)加氫站審批流程復(fù)雜且政策不一致，比如：在申請(qǐng)建設(shè)加氫站時(shí)，應(yīng)申請(qǐng)建設(shè)在商業(yè)用地上如建設(shè)在工業(yè)用地或者其他用地，加氫站本身只能用于自身的產(chǎn)品或?qū)嶒?yàn)，則無(wú)法公開(kāi)進(jìn)行商業(yè)運(yùn)營(yíng)。這也是導(dǎo)致加氫站建設(shè)緩慢的因素之一。

另外，佛山市加氫站的建設(shè)是其重要的配套基礎(chǔ)建設(shè)、管理的規(guī)定，根據(jù)佛山市等各地實(shí)際情況，借鑒有關(guān)經(jīng)驗(yàn)做法，總結(jié)如下（如圖7 所示）。

圖7 國(guó)內(nèi)加氫站審批流程圖

4 國(guó)內(nèi)加氫站發(fā)展的問(wèn)題與分析

4.1 成本問(wèn)題

目前我國(guó)燃料電池汽車(chē)運(yùn)營(yíng)車(chē)輛數(shù)目較少，燃料電池汽車(chē)未進(jìn)入商業(yè)化階段，加氫站建設(shè)的推動(dòng)力不足。其次，國(guó)內(nèi)從事加氫站核心設(shè)備研發(fā)的企業(yè)較少，技術(shù)不成熟，導(dǎo)致建站所需要的關(guān)鍵零部件需要進(jìn)口，建設(shè)成本高。

4.2 安全問(wèn)題

氫具有易燃、易爆、易泄漏等特性，從而決定了它不同于其他常規(guī)的能源，因此氫氣的使用還沒(méi)有普及，使用者在心理上接受存在很大問(wèn)題。同時(shí)，與加氫站相關(guān)的高壓氫氣運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)和燃料電池汽車(chē)充氫壓力的問(wèn)題也沒(méi)有良好的解決方法[6]。

4.3 制度標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題

加氫站的審批流程復(fù)雜，且無(wú)據(jù)可依。目前各地政府扶持制度不統(tǒng)一，加氫站布局散亂，規(guī)模效應(yīng)不明顯，導(dǎo)致過(guò)度依賴政府扶持，無(wú)政策支持地區(qū)發(fā)展較為緩慢。

5 我國(guó)加氫站建設(shè)的發(fā)展前景與展望

當(dāng)前，我國(guó)將氫能作為國(guó)家能源構(gòu)架中的重要組成部分，將燃料電池作為汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的主流方向。然而，我國(guó)燃料電池車(chē)運(yùn)營(yíng)車(chē)輛少，氫燃料電池汽車(chē)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不完善，制氫、運(yùn)氫、儲(chǔ)氫、加氫等方面氫能產(chǎn)業(yè)鏈薄弱。加氫站的建設(shè)問(wèn)題已成為制約氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵因素。從目前來(lái)看，國(guó)家仍需要攻克各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)難點(diǎn)，促進(jìn)燃料電池汽車(chē)發(fā)展，加強(qiáng)加氫站基設(shè)施的建設(shè)，從而推動(dòng)我國(guó)氫能源的健康發(fā)展。從國(guó)家層面來(lái)講，加大加氫站的補(bǔ)貼力度，改變補(bǔ)貼形式，加強(qiáng)企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，從而降低加氫站建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本，完善相關(guān)政策，細(xì)化更新各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，完善審批流程，降低審批難度。

如今，我國(guó)加氫站的建設(shè)運(yùn)營(yíng)相比國(guó)外要落后很多，要解決技術(shù)的落后、高成本的投資、短期收益低以及缺乏運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)等問(wèn)題，需要各方配合運(yùn)營(yíng)，共同減輕各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)，確保加氫站的安全運(yùn)營(yíng)?，F(xiàn)階段，我國(guó)加氫站領(lǐng)域適合局部的商業(yè)化突破，2019 年氫能被寫(xiě)入政府工作報(bào)告及各地政府相繼推出關(guān)于氫能源的扶持政策，綜合政府、產(chǎn)業(yè)、技術(shù)、企業(yè)等多方面，可以預(yù)計(jì)我國(guó)加氫站的建設(shè)將進(jìn)入快速發(fā)展階段。