氫能開(kāi)發(fā)利用經(jīng)濟(jì)性研究綜述

徐東，劉巖，李志勇，丁世強(qiáng)，陳樹(shù)宏

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國(guó)石油國(guó)際勘探開(kāi)發(fā)有限公司；3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司規(guī)劃計(jì)劃部；4.中石油煤層氣有限責(zé)任公司）

0 引言

氫能是指氫氣和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，氫氧原子生成水分子過(guò)程中，釋放的化學(xué)能。氫能產(chǎn)生的過(guò)程中，不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫、煙塵等污染物，是最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉春投文茉?。一段時(shí)間以來(lái)，世界各國(guó)對(duì)于發(fā)展氫能都十分重視，但氫能發(fā)展戰(zhàn)略、生產(chǎn)技術(shù)狀況、消費(fèi)狀況及其相關(guān)支持政策不盡相同，相應(yīng)的投資和運(yùn)營(yíng)成本等數(shù)據(jù)也有所差異，我國(guó)如果加大開(kāi)展氫能產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)利用，必須深入總結(jié)、梳理和研究現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外研究文獻(xiàn)的既有成果，針對(duì)氫能投入產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)性分析等投資決策和投資管理的核心問(wèn)題提出方法和策略。

1 國(guó)內(nèi)外氫能發(fā)展戰(zhàn)略、支持政策和綜合現(xiàn)狀研究進(jìn)展

經(jīng)過(guò)數(shù)十年持之以恒的嘗試，自2019年起，氫能作為能量載體的發(fā)展定位終于被世界大多數(shù)國(guó)家及能源、油氣公司所接受。國(guó)內(nèi)研究學(xué)者在氫能發(fā)展戰(zhàn)略、支持政策以及生產(chǎn)技術(shù)、利用和消費(fèi)現(xiàn)狀方面開(kāi)展了卓有成效的研究。

1.1 氫能發(fā)展戰(zhàn)略

符冠云等［1］88-89在開(kāi)展日本、德國(guó)、美國(guó)氫能發(fā)展模式研究時(shí)，得出：日本發(fā)展氫能的戰(zhàn)略基點(diǎn)是提升能源安全，鞏固產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，聚焦于氫能在交通和建筑領(lǐng)域的應(yīng)用；德國(guó)的戰(zhàn)略出發(fā)點(diǎn)是促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，開(kāi)展深度減排，將落腳點(diǎn)置于常規(guī)技術(shù)不能解決的碳減排領(lǐng)域；美國(guó)發(fā)展氫能是為了儲(chǔ)備戰(zhàn)略技術(shù)。

吳善略等［2］在開(kāi)展世界主要國(guó)家氫能發(fā)展規(guī)劃研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，2019年1月，韓國(guó)政府發(fā)布了《氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展路線圖》，謀劃以氫燃料汽車和燃料電池為核心，成為世界最高水平的氫能經(jīng)濟(jì)利用國(guó)家；2019年2月，歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織發(fā)布了《歐洲氫能路線圖：歐洲能源轉(zhuǎn)型的可持續(xù)發(fā)展路徑》，指出氫能是歐洲國(guó)家在工業(yè)、建筑、交通與運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)大規(guī)模實(shí)施減碳、低碳和脫碳的最佳選擇；繼 2017年出臺(tái)《氫能基本戰(zhàn)略》后，日本在 2019年 3月又公布《氫能利用進(jìn)度表》，明確了至 2030年的應(yīng)用氫能關(guān)鍵發(fā)展目標(biāo)，包括有效降低氫燃料汽車價(jià)格、增加加氫站數(shù)量，以及持續(xù)降低氫氣供應(yīng)成本等。

張震等［3］58認(rèn)為，日本氫能產(chǎn)業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展中居于領(lǐng)先，明確的國(guó)家政策導(dǎo)向和初具體系的產(chǎn)業(yè)發(fā)展是最為重要的驅(qū)動(dòng)因素。

符冠云等［4］在總結(jié)全球主要國(guó)家氫能發(fā)展實(shí)踐時(shí)，總結(jié)出了四種典型發(fā)展模式，即：視氫能為實(shí)現(xiàn)深度減排的重要工具的德國(guó)模式；將氫能作為戰(zhàn)略新型產(chǎn)業(yè)落腳點(diǎn)的日本模式；將氫能作為中長(zhǎng)期技術(shù)儲(chǔ)備的美國(guó)模式；將氫能作為出口創(chuàng)匯來(lái)源的澳洲模式。

2020年 11月，智利宣布了醞釀已久的國(guó)家綠氫戰(zhàn)略，致力于發(fā)展綠氫產(chǎn)業(yè)，助推智利在 2040年前轉(zhuǎn)變?yōu)榫G氫強(qiáng)國(guó)。2021年初，美國(guó)能源部發(fā)布《氫能計(jì)劃發(fā)展規(guī)劃》，更新了2002年發(fā)布的《國(guó)家氫能路線圖》和2004年啟動(dòng)的“氫能計(jì)劃”，提出了美國(guó)未來(lái)十年及更長(zhǎng)時(shí)期的氫能研究、開(kāi)發(fā)和示范總體戰(zhàn)略框架。

符冠云［5］15提出，針對(duì)我國(guó)能源體系現(xiàn)狀，氫能將發(fā)揮“清潔高效的二次能源、靈活智慧的能源載體、綠色低碳的工業(yè)原料”等三重戰(zhàn)略定位。符冠云等［6］發(fā)現(xiàn)，2019年起我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)布局發(fā)生了深刻變化，逐漸形成了以“培育市場(chǎng)聚集產(chǎn)業(yè)”的珠三角模式、“建設(shè)氫能走廊，串聯(lián)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作網(wǎng)絡(luò)”的長(zhǎng)三角模式和“打造明星工程”的京津冀模式。2019年3月，氫能源首次寫(xiě)入《政府工作報(bào)告》，明確將推動(dòng)加氫等設(shè)施建設(shè)；2020年4月，國(guó)家能源局發(fā)布《中華人民共和國(guó)能源法（征求意見(jiàn)稿）》，氫能被列為能源范疇；2020年6月，氫能先后被寫(xiě)入《2020年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃》《2020年能源工作指導(dǎo)意見(jiàn)》。

以上研究表明，世界主要國(guó)家根據(jù)自身的資源稟賦和能源發(fā)展、轉(zhuǎn)型計(jì)劃，制定了不同的氫能戰(zhàn)略和發(fā)展路線圖，并根據(jù)內(nèi)外部環(huán)境變化予以動(dòng)態(tài)更新和調(diào)整。個(gè)別國(guó)家將氫能規(guī)劃提升到國(guó)家能源戰(zhàn)略高度，規(guī)劃建設(shè)“氫能社會(huì)”等［5］19。也有部分研究學(xué)者提出中國(guó)氫能發(fā)展定位和戰(zhàn)略設(shè)想，但由于存在技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)鏈體系、相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)體系方面的制約，我國(guó)氫能發(fā)展戰(zhàn)略和路線圖總體模糊。隨著我國(guó)做出2030年“碳達(dá)峰”和2060年實(shí)現(xiàn)“碳中和”的承諾，氫能在我國(guó)整體能源格局中的發(fā)展定位、發(fā)展戰(zhàn)略和施工路線圖的研究和分析需要進(jìn)一步深化，助力形成我國(guó)氫能發(fā)展戰(zhàn)略和各地區(qū)發(fā)展規(guī)劃。

1.2 氫能開(kāi)發(fā)利用支持政策

符冠云等［1］86-87發(fā)現(xiàn)，德國(guó)推進(jìn)氫能開(kāi)發(fā)利用的政策主要聚焦在政府提供資金支持研發(fā)示范和市場(chǎng)開(kāi)拓；美國(guó)則是由能源部每年為氫能和燃料電池的開(kāi)發(fā)利用提供 1×108～3×108美元不等的支持，加利福尼亞州為加氫站和氫燃料電動(dòng)車提供補(bǔ)貼，紐約州采取綠色金融扶持政策，佛羅里達(dá)州出臺(tái)了稅收優(yōu)惠政策。

張震等［3］60發(fā)現(xiàn)，日本針對(duì)加氫站建設(shè)、家庭用燃料電池系統(tǒng)、燃料電池以及購(gòu)買燃料電池汽車的消費(fèi)者開(kāi)展持續(xù)補(bǔ)貼。

可以看出，世界上氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展較好的國(guó)家都出臺(tái)了針對(duì)性較強(qiáng)的補(bǔ)貼和資金支持政策。由于目前我國(guó)的氫能產(chǎn)業(yè)尚處于早期發(fā)展階段，缺少相關(guān)的發(fā)展、扶持和激勵(lì)政策，因此有關(guān)的研究文獻(xiàn)也相應(yīng)缺乏。未來(lái)在明確頂層設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，按照助力實(shí)現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)，有望在研發(fā)資金、產(chǎn)業(yè)推廣、消費(fèi)補(bǔ)貼、試點(diǎn)示范等諸多方面制定和出臺(tái)更多適宜的支持政策和發(fā)展機(jī)制。

1.3 氫能生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀

氫能產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，包括生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和利用等諸多環(huán)節(jié)。氫氣可以直接從化石能源制氫得到，稱之為灰氫；也可以通過(guò)化石能源配套 CCUS（碳捕獲、利用與封存）工藝技術(shù)產(chǎn)生，稱之為藍(lán)氫；還可以通過(guò)使用可再生能源或核能來(lái)全程無(wú)碳生產(chǎn)，這樣得到的氫氣叫綠氫。曹勇［7］1統(tǒng)計(jì)得出，2017年全球 96%的氫氣來(lái)自化石能源直接加工產(chǎn)生，其中，天然氣、石油和煤制氫分別占比49%、29%和18%，僅4%來(lái)自電解氫或工業(yè)副產(chǎn)品制氫。黃格省等［8］認(rèn)為，全球工業(yè)化用氫主要來(lái)自天然氣路線，我國(guó)以煤制氫生產(chǎn)路線為主。

洪虹等［9］2認(rèn)為，我國(guó)的氫氣主要來(lái)源于以煤、石油、天然氣為原料的化石能源，目前有比較成熟的生產(chǎn)工藝并建有工業(yè)生產(chǎn)裝置。但是其他副產(chǎn)制氫、傳統(tǒng)電解水法制氫、可再生能源制氫等技術(shù)也在不斷成熟和進(jìn)展。以2018年的數(shù)據(jù)為例，我國(guó)生產(chǎn)氫氣2 000 t，99%為化石能源轉(zhuǎn)換得到，電解法制氫量不足1%［10］2。也有統(tǒng)計(jì)表明，中國(guó)工業(yè)副產(chǎn)氫約800×104t/a，大部分被直接排放或燃燒處置；電網(wǎng)無(wú)法消納的可再生能源“棄電”可轉(zhuǎn)化的氫能大約為200×104t/a。

我國(guó)典型制氫工藝技術(shù)路線的技術(shù)成熟度及優(yōu)缺點(diǎn)分析詳見(jiàn)表1。

表1 我國(guó)典型制氫工藝技術(shù)路線

由表1可以看出，生產(chǎn)氫氣的工藝路線較多，多數(shù)也相對(duì)技術(shù)成熟。但是生產(chǎn)環(huán)節(jié)如何與資源稟賦、消費(fèi)指向等因素密切結(jié)合，以較好的經(jīng)濟(jì)性出現(xiàn)在市場(chǎng)和用戶面前需要進(jìn)一步深化研究。

1.4 氫能利用和消費(fèi)現(xiàn)狀

氫能是全球未來(lái)構(gòu)建以清潔能源為主的多元能源供給系統(tǒng)的重要載體，其開(kāi)發(fā)與利用已經(jīng)成為新一輪世界能源技術(shù)變革的主流方向。

根據(jù)曹勇［7］1的研究，2017年全球氫氣消費(fèi)量為6 905×104t，99%是作為工業(yè)原料和還原劑，其中，應(yīng)用于化工領(lǐng)域的占比66%，使用在煉油工業(yè)的占比26%，用于冶金和玻璃加工行業(yè)的占比7%，僅有不到1×104t、大約1%比例作為燃料用于交通、建筑等領(lǐng)域。

全球氫氣消費(fèi)75%在歐洲、中東和美國(guó)，剩下25%左右的消費(fèi)量集中在中國(guó)。在過(guò)去十年中，全球氫氣年需求一直穩(wěn)步攀升至 8 000×104t，直到2020年才有所下降。2020年與新冠肺炎疫情大流行有關(guān)的旅行限制減少了煉油廠的運(yùn)營(yíng)，從而減少了氫需求，而氫氣制氨生產(chǎn)化肥需求的減少也導(dǎo)致了氫氣需求的下降。然而，全球氫氣需求市場(chǎng)預(yù)計(jì)在2022年將全面反彈，年度需求將恢復(fù)增長(zhǎng)。

洪虹等［9］1指出，國(guó)際氫能委員會(huì)預(yù)測(cè)，到2050年，氫能在全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比將升至18%，氫經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2.5×1012美元。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，氫能在 2030年將占能源消費(fèi)總量的5%，在2050年在中國(guó)的終端能源中占比達(dá)到10%。

根據(jù)黃宣旭等［10］2的研究，2018年中國(guó)氫氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，合成氨、甲醇、石油煉化占比99%以上，其他用于交通燃料電池等消費(fèi)不足0.1%。根據(jù)《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)》，到21世紀(jì)中葉，氫能在中國(guó)的消費(fèi)量將達(dá)到1.1×108t，在終端能源體系占比將達(dá)到10%，約5×108t標(biāo)準(zhǔn)煤；全國(guó)加氫站達(dá)到10 000座以上，交通運(yùn)輸、工業(yè)等領(lǐng)域?qū)?shí)現(xiàn)氫能普及應(yīng)用。

以上研究表明，氫能作為最為清潔的潛力能源，在我國(guó)具有一定的發(fā)展前景。目前我國(guó)氫氣消費(fèi)主要集中在化工領(lǐng)域作為原料或化學(xué)劑，如何在交通領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域擴(kuò)大應(yīng)用，為我國(guó)盡早實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目標(biāo)貢獻(xiàn)力量，應(yīng)該做進(jìn)一步研究。

2 氫能產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟(jì)性綜述

從目前全球氫能開(kāi)發(fā)利用情況看，氫能產(chǎn)業(yè)鏈由制氫、氫氣儲(chǔ)運(yùn)和氫氣利用三部分組成（見(jiàn)圖1）。與之相對(duì)應(yīng)，終端氫能成本由制氫、氫氣儲(chǔ)運(yùn)和氫氣利用三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成。

圖1 氫能產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D

在制氫端，長(zhǎng)期來(lái)看，利用可再生能源電解水制氫方法是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，但由于當(dāng)下技術(shù)和成本等因素限制，在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，我國(guó)氫能依然需要依賴化石能源。

氫氣儲(chǔ)運(yùn)主要包括高壓儲(chǔ)運(yùn)、氣氫管道液氫儲(chǔ)運(yùn)、固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)和有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)，目前氫氣主要是壓縮氣態(tài)或低溫液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)，但隨著氫能產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展，未來(lái)氣氫管道會(huì)是氫氣儲(chǔ)運(yùn)新的發(fā)展方向。

從目前氫氣利用來(lái)看，除了化工消耗，以燃料汽車為代表的氫氣利用逐步受到各國(guó)重視，未來(lái)交通領(lǐng)域的氫氣利用預(yù)計(jì)會(huì)得到大幅提升。

2.1 氫能生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性現(xiàn)狀

2.1.1 煤制氫

與其他工藝相比，國(guó)內(nèi)煤制氫工藝原料成本低，但裝置規(guī)模大，初始設(shè)備投資大，因此適合產(chǎn)氫規(guī)模大于8×104m3/h的制氫項(xiàng)目。張彩麗［15］95以煉油廠所需獨(dú)立制氫裝置的最小規(guī)模9 000 m3/h為例，采用水煤漿技術(shù)工藝的制氫項(xiàng)目，其建設(shè)投資為12.4×108元，在煤炭?jī)r(jià)格為450元/t條件下，制氫成本為 9.903元/kg；尹忠輝［16］以 20×104m3/h的制氫項(xiàng)目為研究對(duì)象，當(dāng)原料煤價(jià)格為600元/t時(shí)，制氫成本為10.513元/kg。綜合國(guó)內(nèi)煤制氫成本數(shù)據(jù)，根據(jù)不同裝置工藝、規(guī)模和原料價(jià)格水平，單位煤制氫成本大多在9～11元/kg。

2.1.2 天然氣制氫

相對(duì)于煤制氫，天然氣制氫設(shè)備投資略低，但原料成本高，一般適合1 000 m3/h以上的中等制氫規(guī)模。據(jù)王周［17］48研究，以制氫規(guī)模1 000 m3/h的天然氣裂解制氫為例，項(xiàng)目總投資1 528×104元，當(dāng)天然氣價(jià)格為3.2元/m3時(shí)，氫氣成本25.9元/kg；張彩麗等［15］96以煉油廠所需獨(dú)立制氫裝置的最小規(guī)模9 000 m3/h為例，建設(shè)投資為6×108元，當(dāng)天然氣價(jià)格為2.5元/m3時(shí)，天然氣制氫成本12.83元/kg。綜合看來(lái)，不同裝置工藝、規(guī)模和原料價(jià)格水平下天然氣制氫的投資額度和成本差異明顯，其成本區(qū)間為10～26元/kg。

2.1.3 甲醇制氫

甲醇制氫項(xiàng)目投資較低且投產(chǎn)速度較快，但現(xiàn)階段由于受到技術(shù)、原料價(jià)格變動(dòng)等因素限制，尚未能進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，目前的工藝只適合不大于5 000 m3/h的小型規(guī)模制氫。張佩蘭等［12］56的研究表明，生產(chǎn)規(guī)模為4 000 m3/h條件下，甲醇制氫工藝的設(shè)備投資約1 500×104元，煤基甲醇的市場(chǎng)價(jià)格在2 500元/t時(shí)，制氫成本為19.45元/kg；根據(jù)王周等［17］49研究，以制氫規(guī)模1 000 m3/h的甲醇裂解制氫為例，項(xiàng)目總投資為1 058×104元，當(dāng)甲醇價(jià)格為2 200元/t時(shí)，對(duì)應(yīng)的制氫成本21.23元/kg。

2.1.4 工業(yè)副產(chǎn)氫

以氯堿和焦化工業(yè)為代表的化工副產(chǎn)氫氣提純被認(rèn)為是現(xiàn)階段最有可能提供大規(guī)模廉價(jià)氫源的制氫方式。苗軍等［18］統(tǒng)計(jì)，由于工業(yè)副產(chǎn)氫成本僅需考慮原料消耗、少量制造費(fèi)用和氫氣提純成本，測(cè)算的副產(chǎn)氣體用于燃料氫的綜合成本為5～6元/kg。劉海軍［19］統(tǒng)計(jì)，焦?fàn)t煤氣占據(jù)工業(yè)副產(chǎn)氫總量的90%以上，氫氣的凈化和提氫運(yùn)行費(fèi)用在3.36～5.60元/kg，已有很多氯堿廠將回收的部分氫氣用于雙氧水、制藥等工業(yè)中，純氫生產(chǎn)成本約14.56元/kg。

2.1.5 傳統(tǒng)電解水制氫

電解水制氫包括堿性水電解、原子交換膜水電解和高溫水蒸氣電解等工藝，適合規(guī)模在2 000 m3/h以內(nèi)。王周［17］49以制氫規(guī)模1 000 m3/h的電解水制氫項(xiàng)目為例，項(xiàng)目投資合計(jì)為1 410×104元，電價(jià)為 0.8元/kW·h時(shí)，制氫成本為 47.92元/kg；劉慶超等［20］93研究發(fā)現(xiàn)，一般而言電解水制氫成本是煤制氫的3～4倍，以煤價(jià)600元/t和電價(jià)0.4元/kW·h為例，電解水制氫成本是煤制氫成本的2.97倍。隨著以風(fēng)能、太陽(yáng)能光伏等可再生能源發(fā)電在全國(guó)的廣泛開(kāi)展，電解質(zhì)制氫電費(fèi)成本有較大的降低空間。

2.1.6 風(fēng)電和光伏發(fā)電等可再生能源制氫

風(fēng)電和光伏發(fā)電是近年來(lái)國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的清潔能源技術(shù)，風(fēng)電、光伏發(fā)電制氫主要利用風(fēng)電、光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)直流電直接供應(yīng)制氫站，用于傳統(tǒng)電解水制氫用電，從而解決因電價(jià)過(guò)高造成的電解質(zhì)制氫成本高的問(wèn)題。劉慶超等［20］93以1 000 m3/h水電解制氫為例，項(xiàng)目總投資約1 400×104元，按照1 m3氫氣消耗5 kW·h電能計(jì)算，若考慮風(fēng)、光伏棄電等因素，使電價(jià)控制在0.3元/kW·h以下時(shí)，制氫成本可以在22元/kg以下。

不同制氫工藝的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比詳見(jiàn)表2。

表2 不同制氫工藝經(jīng)濟(jì)性匯總

綜合目前各種制氫工藝，煤制氫工藝初始投資大，制氫成本相對(duì)較低。此外，由于副產(chǎn)氫中氫氣屬于廢物高值利用，故綜合成本同樣較低。受到原料價(jià)格影響，其他傳統(tǒng)化石能源制氫工藝成本中，天然氣制氫＜甲醇制氫，且均低于傳統(tǒng)電解水制氫工藝。上述成本沒(méi)有考慮除碳工藝或碳稅收取對(duì)于制氫成本的增加，考慮到綠氫的未來(lái)發(fā)展前景，在氫能消費(fèi)地，采用可再生能源+水電解工藝制氫應(yīng)該是一個(gè)比較清晰和經(jīng)濟(jì)的工藝路線。

2.2 氫能儲(chǔ)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性現(xiàn)狀

氫氣的儲(chǔ)運(yùn)相對(duì)比較復(fù)雜，已有和在實(shí)驗(yàn)研究的具備工業(yè)應(yīng)用條件的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，包括高壓氫、液氫、金屬固氫、有機(jī)液氫、管道氫等技術(shù)［10］6。

張理等［21］8對(duì)比氣氫長(zhǎng)管拖車、管道和液氫槽車等三種運(yùn)氫方式成本，管道最低，成本可以控制在每千克4元/km；液氫槽車成本區(qū)間在每千克12～15元/km；20 MPa長(zhǎng)管拖車隨著里程變化差異較大，大約在每千克5～20元/km。具體而言，在250 km內(nèi)時(shí)，長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸費(fèi)用低于液氫槽車，超過(guò)250 km后液氫槽車更具經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

單彤文等［22］88介紹，300 km以上運(yùn)輸距離，運(yùn)輸成本排序?yàn)橛袡C(jī)氫＜液氫＜管道氫＜管束車。高壓氫氣管束的單位運(yùn)輸成本高，但運(yùn)輸方式靈活，適合短距離、小規(guī)模運(yùn)輸。有機(jī)氫和液氫成本最具優(yōu)勢(shì)，且適合于國(guó)際氫供應(yīng)鏈的長(zhǎng)距離、大規(guī)模氫氣的跨洋船運(yùn)。

黃宣旭等［10］8-9分析，短距離、小規(guī)模的運(yùn)輸是以高壓長(zhǎng)管車為主要方式，在100 km以內(nèi)的短距離下，20 MPa長(zhǎng)管車氫氣綜合儲(chǔ)運(yùn)成本約13.34元/kg；固氫和有機(jī)氫在400 km以內(nèi)的中長(zhǎng)距離、大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)中具有成本優(yōu)勢(shì)；液氫因投資和液化能耗過(guò)高，適合大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送，應(yīng)用可行性還需進(jìn)一步探討；管道氫受到基礎(chǔ)設(shè)施投入大的限制，目前主要應(yīng)用于化工氫工業(yè)，以歐洲大型管道供應(yīng)量為例，規(guī)模大多在560 t/h以上。

綜合以上研究可以看出，考慮氫氣不同終端用途和運(yùn)輸距離，加氫站等終端用途還是短距離以20 MPa氣氫長(zhǎng)管拖車為主；固氫和有機(jī)氫在中長(zhǎng)距離、大規(guī)模的儲(chǔ)運(yùn)中具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)；液氫槽車儲(chǔ)運(yùn)目前受到投資、液化能耗等影響，預(yù)計(jì)在未來(lái)大規(guī)模、長(zhǎng)距離儲(chǔ)運(yùn)中會(huì)有更大的應(yīng)用；而隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，管道氫是未來(lái)氫能儲(chǔ)運(yùn)的發(fā)展新方向。

2.3 加氫站經(jīng)濟(jì)性現(xiàn)狀

能源轉(zhuǎn)型和低碳發(fā)展背景下，燃料電池汽車是近年來(lái)交通領(lǐng)域新的突破點(diǎn)，隨著燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的逐步發(fā)展，各國(guó)將紛紛加大加氫站的建設(shè)速度。截至2020年11月，全球主要?dú)淠車?guó)家和地區(qū)共建成加氫站458座，另有255座在建或擬建的加氫站。其中，日本累計(jì)建成146座加氫站，數(shù)量位居全球第一；歐洲共有136座加氫站，其中87座位于德國(guó)；美國(guó)全國(guó)共有45座加氫站，其中44座位于加利福尼亞州，該州另有21座在建和擬建的加氫站；韓國(guó)現(xiàn)有43座加氫站及21座在建和擬建的加氫站；我國(guó)共建成 88座加氫站，數(shù)量超過(guò)德國(guó)成為世界第二，另有149座在建或規(guī)劃當(dāng)中的加氫站［23］。

目前，加氫站的技術(shù)路線主要有站內(nèi)制氫技術(shù)和外供氫技術(shù)兩種，站內(nèi)制氫技術(shù)又包括天然氣重整制氫和電解水制氫。其中，電解水制氫已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用且技術(shù)已十分成熟，歐洲大多數(shù)加氫站都采用這種技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)正在運(yùn)營(yíng)的加氫站中，僅大連新源加氫站、北京永豐加氫站具備站內(nèi)制氫能力，其余加氫站的氫氣主要來(lái)源于外部供氫。

加氫站的初始投資包括設(shè)備購(gòu)置、土建投資、土地成本和其他費(fèi)用。單彤文等［22］88介紹，500 kg/d和1 000 kg/d已經(jīng)成為目前已建和在建加氫站的主流規(guī)模。在不含土地投資的情況下，國(guó)內(nèi)加氫規(guī)模為500 kg/d的加氫站投資約1 200×104～1 500×104元，1 000 kg/d加氫站投資約2 000×104～2 500×104元；張震等［3］60研究發(fā)現(xiàn)，按照2018年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，日本加氫站建設(shè)設(shè)備成本約為 4×108～5×108日元，約3 100×104～3 500×104元人民幣。

國(guó)內(nèi)加氫規(guī)模為500 kg/d的加氫站的加注成本約18元/kg；1 000 kg/d的加氫站的加注成本約11元/kg［3］60。

程婉靜等［24］根據(jù)對(duì)長(zhǎng)三角、珠三角、京津冀等地的加氫站調(diào)研，35～45元/kg是當(dāng)前主流的氫氣到站價(jià)格，終端用戶用氫價(jià)格通常在60元/kg以上；2018年，日本加氫站的氫氣售價(jià)為1 000～1 100日元/kg，折合人民幣約 62～68 元/kg［22］8。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)［25］8-26，截至2020年底，全球氫燃料汽車保有量達(dá)到33 398輛，主要分布在歐、美、日、韓和中國(guó)五大市場(chǎng)。2020年，韓國(guó)實(shí)現(xiàn)后來(lái)者居上，韓國(guó)市場(chǎng)保有量達(dá)到10 707輛，超過(guò)美國(guó)市場(chǎng)，一躍成為全球第一大氫燃料汽車保有量國(guó)家；美國(guó)和中國(guó)則緊隨其后，分別排名第二、第三，美國(guó)和中國(guó)市場(chǎng)的氫燃料汽車保有量分別為8 931輛和7 355輛。目前，歐、美、日、韓市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的燃料電池汽車是以乘用車為主；中國(guó)市場(chǎng)全部是商用車，如客車、卡車占比最高，沒(méi)有量產(chǎn)的氫能乘用車上路。根據(jù)國(guó)際能源署預(yù)測(cè)［25］34，2030年氫燃料電池汽車在世界汽車的銷量比重有望達(dá)到 2%～3%，2050年則會(huì)提高到15%左右。

研究發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)階段燃料電池汽車還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)制造和運(yùn)營(yíng)，相較于加油站和加氣站，加氫站的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本過(guò)高，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。從國(guó)內(nèi)外加氫站建設(shè)來(lái)看，政府和氫燃料整車企業(yè)是加氫站建設(shè)的主體，政府補(bǔ)貼的力度均超過(guò)50%。

2.4 氫能利用經(jīng)濟(jì)性現(xiàn)狀

目前，我國(guó)氫氣消費(fèi)主要集中在化工領(lǐng)域作為原料、化學(xué)劑和還原劑，而隨著近年來(lái)全球新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，燃料電池汽車也必將成為氫能應(yīng)用的新領(lǐng)域。美國(guó)、歐盟、日本和韓國(guó)都投入了大量資金和人力進(jìn)行燃料電池汽車的研究，通用、福特、豐田、本田、奔馳等大公司都已經(jīng)開(kāi)發(fā)出燃料電池車型并且運(yùn)行狀況良好。而我國(guó)已將氫能源與燃料電池汽車提上了戰(zhàn)略高度，在《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》等綱領(lǐng)性文件中，我國(guó)政府對(duì)燃料電池汽車提出了明確的發(fā)展戰(zhàn)略。在此背景下，氫能燃料電池汽車行業(yè)未來(lái)具有新的發(fā)展機(jī)遇。

然而評(píng)價(jià)氫能作為交通能源是否具有市場(chǎng)發(fā)展前景，需要了解氫能燃料電池汽車相對(duì)其他燃料類型車輛的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布的《世界氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2018）》［25］120和某加氫站運(yùn)營(yíng)的實(shí)際數(shù)據(jù)，以氫氣價(jià)格 35元/kg計(jì)算，公交車百公里耗氫約8 kg，共計(jì)280元；而使用柴油百公里約需33 L，按柴油價(jià)格每升5.8元計(jì)算，只需要191元，氫燃料成本偏高。普通乘用車百公里耗氫約0.8 kg，僅為28元，乘用車百公里耗汽油約 7 L，按汽油每升 6元來(lái)計(jì)，汽油費(fèi)約需42元，氫燃料汽車優(yōu)于燃油車；對(duì)比電動(dòng)車的百公里12元的成本耗費(fèi)，氫能燃料車經(jīng)濟(jì)性仍處下風(fēng)。從氫燃料汽車價(jià)格來(lái)看，目前氫燃料汽車集中于大巴、公交車等大型車輛，由于無(wú)法量產(chǎn)形成的規(guī)模不經(jīng)濟(jì)，造成氫燃料汽車購(gòu)置成本高、市場(chǎng)接受程度低、缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。

3 結(jié)束語(yǔ)

總體而言，氫能的生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)和利用對(duì)于我國(guó)優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、新能源開(kāi)發(fā)和能源轉(zhuǎn)型具有十分重要的價(jià)值和意義。通過(guò)梳理、總結(jié)和分析氫能生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)利用經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)文獻(xiàn)及有關(guān)資料信息，氫能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的投資和成本數(shù)據(jù)基本明確。但是考慮到“十四五”及以后，我國(guó)氫能可能出現(xiàn)的發(fā)展高峰，產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)下的投資經(jīng)濟(jì)分析和評(píng)價(jià)十分關(guān)鍵和重要，目前國(guó)內(nèi)外研究中涉及的內(nèi)容偏少，方法論上也存在一定的模糊。因此，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，持續(xù)探索并提出氫能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)投資的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)分析的方法論，對(duì)優(yōu)化氫能的投資決策和投資管理具有很高的現(xiàn)實(shí)需求和實(shí)踐價(jià)值，也是下一階段需要予以深入研究的方向。