氫能產(chǎn)業(yè)商業(yè)化運(yùn)作探索

閆志勝 杜艷

摘要：隨著當(dāng)前全球能源消費(fèi)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(rèn)為已經(jīng)是未來(lái)現(xiàn)代能源技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)，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(yùn)行，需要我們解決的更多問(wèn)題是提高我國(guó)社會(huì)公眾對(duì)于利用氫能的正確認(rèn)知，及時(shí)地突破了目前氫能在全產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用瓶頸。借此，本文對(duì)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀作出分析，對(duì)商業(yè)化運(yùn)作需解決的問(wèn)題進(jìn)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(guó)已發(fā)展成為產(chǎn)氫大國(guó)，全球名列前茅。主要以各種工業(yè)原料的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)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(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，截至2018年年底，全球氫氣產(chǎn)量已經(jīng)累計(jì)達(dá)到6500萬(wàn)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(guó)每年利用氫開發(fā)總產(chǎn)量約2100萬(wàn)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(guó)已經(jīng)發(fā)展成為目前全球氫生產(chǎn)第一能源大國(guó)的重要戰(zhàn)略發(fā)展優(yōu)勢(shì)，為積極深入推動(dòng)我國(guó)進(jìn)一步深入氫能開發(fā)、充分利用新型清潔能源、加快推動(dòng)我國(guó)進(jìn)入氫能新時(shí)代提供了很好的基礎(chǔ)條件。預(yù)計(jì)2030年中國(guó)對(duì)氫市場(chǎng)需求量將逐步增長(zhǎng)會(huì)快速擴(kuò)大，甚至達(dá)到3500萬(wàn)噸，2050年將進(jìn)一步快速擴(kuò)大甚至達(dá)到6000萬(wàn)噸，產(chǎn)業(yè)鏈上的產(chǎn)品年產(chǎn)值規(guī)模預(yù)計(jì)約12萬(wàn)億元。

氫能全產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)成本主要包括基于制氫、儲(chǔ)運(yùn)和加氫站設(shè)施建設(shè)，從目前情況來(lái)看，制氫建設(shè)成本結(jié)構(gòu)占比最高，達(dá)到55%，儲(chǔ)運(yùn)占比高達(dá)30%，加氫成本占比15%。

截止2020年12月底，中國(guó)已經(jīng)累計(jì)建成加氫站118座，其中，已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的加氫站101座，待運(yùn)營(yíng)17座，投用比例超過(guò)85%。目前，國(guó)內(nèi)大部分的氫氣加注站主要是內(nèi)部測(cè)試及撬裝站，這些加氫站點(diǎn)所存在的不足之處，就是固定式儲(chǔ)氫系統(tǒng)的儲(chǔ)量或采用壓縮系統(tǒng)進(jìn)行壓縮氫氣能力低，隨著國(guó)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(kuò)大，將不能完全能夠滿足車輛進(jìn)站后的隨時(shí)加注氫氣及車輛持續(xù)加注工作時(shí)間短的加氫需求，特別是對(duì)于內(nèi)部撬裝站，無(wú)固定式的儲(chǔ)氫控制系統(tǒng)，車輛持續(xù)加注后的加注時(shí)間完全由長(zhǎng)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(zhǎng)管拖車的儲(chǔ)氫壓力逐漸下降，加注持續(xù)時(shí)間有所增加。

二、氫能商業(yè)化運(yùn)作的瓶頸

目前，氫燃料電池汽車造價(jià)高、加氫站少且項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)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(gè)重要原因。

（一）加氫站建設(shè)投資成本高

經(jīng)查，目前我國(guó)日加氫能力在1000公斤以上的加氫站的項(xiàng)目建設(shè)總成本大約1600萬(wàn)元左右（不包括土地費(fèi)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(jī)、儲(chǔ)氫罐（瓶組）、氫氣加注機(jī)、站級(jí)控制管理系統(tǒng)等，其中氫氣壓縮機(jī)占總設(shè)備造價(jià)的40%，氫氣加注機(jī)占總設(shè)備造價(jià)的13%。目前我國(guó)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(guó)外進(jìn)口為主，導(dǎo)致其建設(shè)費(fèi)用居高不下，設(shè)備費(fèi)用約占加氫站工程建設(shè)費(fèi)用的56%～60%。隨著我國(guó)加氫站建設(shè)的數(shù)量越來(lái)越多，國(guó)內(nèi)設(shè)備制造商和技術(shù)的進(jìn)步，加氫站建設(shè)的設(shè)施成本將會(huì)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(guó)內(nèi)的氫能主要通過(guò)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(dá)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(guó)化石能源制氫中采用煤制氫占比已經(jīng)大大超過(guò)了其他制氫方法，當(dāng)前在我國(guó)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(guò)程中會(huì)直接產(chǎn)生大量的CO2，因此我們需要對(duì)大量碳進(jìn)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(guó)煤制氫工藝具有較大的成本優(yōu)勢(shì)，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(méi)有符合能源向低碳轉(zhuǎn)型的綠色經(jīng)濟(jì)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(fèi)用成本相對(duì)較高，每公斤約40元，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)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(guó)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(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，質(zhì)子交換膜、炭紙、催化劑等原材料需從國(guó)外進(jìn)口，多數(shù)原材料被外國(guó)壟斷，價(jià)格相對(duì)較高，造成了車輛制造費(fèi)用過(guò)高，導(dǎo)致銷售價(jià)格居高不下，一輛氫燃料電池汽車在國(guó)內(nèi)銷售的價(jià)格基本上幾十萬(wàn)、上百萬(wàn);第二，運(yùn)營(yíng)費(fèi)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(fèi)氫1公斤測(cè)算，小轎車百公里燃料費(fèi)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(jià)格7元來(lái)測(cè)算，燃料費(fèi)用成本為49元，氫燃料電池汽車就沒(méi)有什么優(yōu)勢(shì)。這主要由于氫能產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)不成熟，加氫站以及氫能應(yīng)用車輛較少，導(dǎo)致氫氣的使用價(jià)格較高。

三、推進(jìn)氫能商業(yè)化運(yùn)作的措施

氫能電池要快速投入商業(yè)化運(yùn)作，首先要造價(jià)便宜，目前我國(guó)氫能電池產(chǎn)業(yè)還不經(jīng)濟(jì)，氫能作為燃料電池最理想的清潔燃料，我國(guó)要盡快實(shí)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(shí)還要帶動(dòng)加氫站配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

（一）加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)

國(guó)家需要盡快制訂國(guó)家計(jì)劃和頒布相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。地方人民政府及其有關(guān)主管部門應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步切實(shí)加大對(duì)財(cái)政、土地項(xiàng)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(lái)，國(guó)家先后制定出臺(tái)了部分相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策和國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，大力鼓勵(lì)支持發(fā)展氫能及其燃料動(dòng)力電池應(yīng)用相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，尤其是氫能及燃料動(dòng)力電池電動(dòng)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(xiàng)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(tái)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(jìn)一步地加強(qiáng)保障推動(dòng)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(dòng)氫氣和燃料電池行業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模商業(yè)化的一項(xiàng)重要技術(shù)依托。在推動(dòng)我國(guó)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(méi)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(dòng)起氫能燃料電池汽車應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng)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(xiàng)目建設(shè)不僅是推動(dòng)我國(guó)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(dāng)前推動(dòng)我國(guó)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(dá)國(guó)家推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)綜合發(fā)展實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析來(lái)看，加氫站以及基礎(chǔ)設(shè)施配套建設(shè)能力不足也將會(huì)嚴(yán)重制約我國(guó)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(jìn)口，需要持續(xù)推進(jìn)加氫站關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，降低成本，促進(jìn)國(guó)內(nèi)整個(gè)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(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)上下游快速發(fā)展，提高社會(huì)和民眾對(duì)氫作為新能源的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，加氫站網(wǎng)絡(luò)的形成，有利于降低加氫成本，促進(jìn)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(jí)階段，低成本、低碳提取制氫等新技術(shù)應(yīng)用是我們實(shí)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(dá)到低碳制氫的經(jīng)濟(jì)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(chǎng)分析結(jié)果來(lái)看，工業(yè)副產(chǎn)氫應(yīng)用成本相對(duì)較低，具有較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，可以有效帶動(dòng)我國(guó)氫能消費(fèi)市場(chǎng)的進(jìn)一步健康發(fā)展，我國(guó)煤炭資源豐富且煤炭?jī)r(jià)格相對(duì)便宜，因此將來(lái)利用煤炭制氫很可能成為我國(guó)推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)實(shí)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(dá)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(huì)是如何實(shí)現(xiàn)無(wú)碳或碳中性（"綠氫"或"藍(lán)氫"）的技術(shù)（目前已經(jīng)通過(guò)電解水制取"綠氫"來(lái)替代），并將這些技術(shù)以更廣泛的規(guī)模推廣應(yīng)用，進(jìn)而減少生產(chǎn)成本，產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)效益。

（四）優(yōu)化運(yùn)輸方式

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

（五）找準(zhǔn)切入點(diǎn)，逐步擴(kuò)展市場(chǎng)領(lǐng)域

根據(jù)目前中國(guó)的實(shí)際情況，中國(guó)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(jìn)，氫燃料電池乘用車后發(fā)展的思路。在產(chǎn)業(yè)補(bǔ)助及國(guó)家政策支持等一系列措施激勵(lì)下，中國(guó)氫燃料電池客車、物流車等商用車的發(fā)展已遠(yuǎn)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(chǔ)氫系統(tǒng)的價(jià)格，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大可大幅降低。從國(guó)際氫燃料電池汽車市場(chǎng)發(fā)展來(lái)看，豐田、本田、現(xiàn)代等大型跨國(guó)企業(yè)均推出了成熟的燃料電池乘用車。我國(guó)限于企業(yè)技術(shù)水平、政策方針導(dǎo)向、市場(chǎng)需求和配套能源基礎(chǔ)設(shè)施等諸多因素，我國(guó)更適合優(yōu)先發(fā)展商用車型。

在我國(guó)，電動(dòng)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(diǎn)主要是電池續(xù)航能力強(qiáng)、行駛時(shí)間里程長(zhǎng)，氫氣加注過(guò)程持續(xù)時(shí)間短，而且電池能夠持久耐低溫，這些車的優(yōu)點(diǎn)與其特性比較來(lái)說(shuō)更加的適合于作為物流運(yùn)輸專用車、長(zhǎng)途旅行出租車或者說(shuō)公交專用車來(lái)推廣使用，更適合用來(lái)做商用車，這正好與電動(dòng)汽車可以形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。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(lái)的成本下降，氫燃料電池重卡、乘用車等車型的市場(chǎng)化進(jìn)程將加快，并為氫能在中國(guó)交通領(lǐng)域的重要組成部分。這正好與電動(dòng)汽車形成互補(bǔ)。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(lái)的成本下降，氫燃料電池重卡、乘用車等車型的市場(chǎng)化進(jìn)程將加快，并為氫能在中國(guó)交通領(lǐng)域的重要組成部分。因此，我國(guó)現(xiàn)階段率先發(fā)展推廣氫燃料電池商用汽車是一個(gè)很好的氫能發(fā)展戰(zhàn)略路徑，待今后條件成熟再將其擴(kuò)展推廣到氫能乘用車這個(gè)領(lǐng)域。

結(jié)束語(yǔ)

目前，世界能源和環(huán)境問(wèn)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(guó)政府和企業(yè)都在積極推動(dòng)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(jìn)我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和工作的加速進(jìn)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(yùn)輸、應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié)在內(nèi)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

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