淺談拓展氫能公路交通應用場景的措施及建議

劉安

（中國石化銷售股份有限公司，北京100728）

氫能作為一種清潔、安全、高效的新能源，已經(jīng)成為中國能源體系的重要組成部分，是現(xiàn)有能源形式的有益補充。當前氫能的終端應用場景較為單一，而公路交通領域為發(fā)展氫能利用價值提供了重要契機。充分挖掘氫能公路交通應用場景，一方面有利于公路交通領域從根本上擺脫對傳統(tǒng)化石能源的依賴；另一方面，對于氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展和實現(xiàn)雙碳目標落地具有強力推動作用。

1 氫能產(chǎn)業(yè)研究背景

1.1 產(chǎn)業(yè)政策

進入21 世紀以來，我國綜合國力不斷提升。與此同時，改革發(fā)展面臨的能源與環(huán)境問題日益突出，綠色可持續(xù)發(fā)展成為能源轉型的必由之路。2014 年，習近平總書記就推動能源生產(chǎn)和消費革命提出五點要求，“四個革命、一個合作”成為我國能源結構轉型與高質量發(fā)展的重要依據(jù)和根本遵循；2019年，《政府工作報告》首次提出“推動充電、加氫等設施建設”，氫能作為清潔高效能源第一次出現(xiàn)在國家政府工作報告中；2020年9月，財政部等國家五部委聯(lián)合發(fā)布《關于開展燃料電池汽車示范應用的通知》，由中央財政提供400億資金，首批支持五個城市群開展氫燃料電池汽車“以獎代補”示范運行；隨后，國務院辦公廳發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，推動燃料電池汽車商業(yè)化應用。

2020年9月22日，習近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上承諾：中國二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和。在雙碳背景下，氫能作為未來社會“電網(wǎng)”、“氣網(wǎng)”、“氫網(wǎng)”能源三網(wǎng)連通紐帶，有望加速推動工業(yè)、交通、建筑等領域實現(xiàn)碳減排與碳中和。

1.2 氫燃料電池汽車發(fā)展

1.2.1 全球氫燃料電池汽車及加氫站數(shù)量持續(xù)增長

截至2021年底，全球氫燃料電池汽車保有量約49 500 輛，加氫站建成685 座，在營587 座。2022年，全球氫燃料電池汽車銷量突破18 457輛，累計保有量超過67 000 輛；累計建成加氫站達814 座，在營785座[1-3]。

1.2.2 我國氫燃料電池汽車及加氫站數(shù)量進入前三

截至2021年底，我國累計推廣氫燃料電池汽車約8 900輛，建成加氫站218座，投用183座。2022年，氫燃料電池汽車產(chǎn)銷量分別為3 626輛和33 647輛，累計推廣約12 000 輛[4]；全年建成加氫站56座，累計建成274 座。氫燃料電池汽車保有量排名進入全球前三，加氫站數(shù)量躍居全球第一[5]。

1.2.3 氫能“制儲加用”全產(chǎn)業(yè)鏈技術不斷突破

制氫領域，當前以工業(yè)副產(chǎn)氫結合PSA提純的“藍氫”為主，氫氣成本約為15～22元/kg；可再生能源電解水制氫技術不斷進步，在電價0.6元/kW·h下氫氣成本約30～40元/kg。

儲運領域，以高壓氣氫為主，加氫站內主要有90 MPa 高壓儲罐、45 MPa 儲氫瓶組等，固態(tài)合金儲氫、高壓儲氫井、液氫貯罐等新型儲氫技術快速發(fā)展。氫氣運輸目前主要采用20 MPa氣氫管束車，正在研究制定50 MPa高壓氣氫管束車、液氫槽車以及管道輸氫等技術和規(guī)范。

加氫領域，加氫站以35 MPa 加注壓力為主。有少量70 MPa加氫站建成，如中國石化服務冬奧會的北京延慶王泉營加氫站、慶園街加氫站、張家口西灣子加氫站等。此外，中國石化開創(chuàng)的“油氫合建”模式為產(chǎn)業(yè)導入期的加氫站發(fā)展提供了創(chuàng)新思路，今年以來，全國加油加氫合建站已占新增加氫站數(shù)量的50%以上。

氫能利用方面，在交通、工業(yè)、民用等領域的應用均實現(xiàn)技術突破。以豐田MIRAI 二代氫燃料電池汽車為例，續(xù)航里程由650 km提升至850 km，體積能量密度由3.1 kW/L提升至4.4 kW/L。與此同時，近年來國內燃料電池系統(tǒng)成本1燃料電池系統(tǒng)成本是以燃料電池為核心，由燃料供給與循環(huán)系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)、水/熱管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成。下降了近60%，成本下降帶來市場化進程加速。

2 氫能公路交通領域應用現(xiàn)存的主要問題

2.1 氫能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)發(fā)展不同步

當前，我國已成為全球最大的制氫國家，儲氫、運氫等相關技術儲備豐富，而氫能在公路交通領域的應用仍處于探索階段。目前國內氫燃料電池車以客車和重卡等商用為主，乘用車主要用于租賃，占比不及0.1%，發(fā)展仍依靠政府補貼和政策支持。主要原因是生產(chǎn)氫燃料電池車企數(shù)量較少，受技術、成本和規(guī)模等因素影響氫燃料電池車購置成本較高，限制了消費者購買。亟需加大氫能公路交通領域應用場景開發(fā)，協(xié)調氫能產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展，以此構建氫能公路交通良性循環(huán)生態(tài)圈。

2.2 加氫站基礎配套設施建設滯后

加氫站項目建設成本高，基礎設施配套不足，加氫業(yè)務難以同氫能利用需求匹配。截至2023年5月，中國石化銷售板塊累計發(fā)展各類加氫站101座，是全世界建設和運營加氫站最多的企業(yè)，但加氫站的區(qū)域分布較為零散，總體布局尚未系統(tǒng)化、規(guī)?；途W(wǎng)絡化。相關基礎配套設施建設不完善，加氫站難以實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定運營，約束了氫能業(yè)務發(fā)展，更制約了氫能在公路交通領域的應用。

2.3 汽車用氫成本較高

資源分布不均，導致公路交通工具的加氫成本普遍較高。目前燃料電池級氫氣氣源供應較分散，且尚未建設氫氣長距離運輸管道，運距遠迫使氫氣到站價格處于高位，據(jù)統(tǒng)計，京津冀地區(qū)的氫能平均運輸距離約80公里左右，這也影響了加氫站氫能銷售價格。另一方面，氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)及氫能交通應用正處于政策引導階段，當前國家示范城市群提出的終端銷售價格35 元/kg 的控制目標和廣東等少數(shù)地區(qū)30 元/kg 的控制目標，對氫氣制取和加氫站運營提出挑戰(zhàn)。

3 氫能公路交通應用場景分析

3.1 氫能及氫燃料電池的優(yōu)勢

3.1.1 氫能來源廣泛、使用安全

氫是宇宙中最豐富的的元素，在地球上按質量計算排第九位，氫氣的質量能量密度高（是汽柴油的3 倍，煤炭的4.5 倍），雖然在空氣中爆炸極限寬（4%～75.6%），但擴散速度是天然氣的3～4倍，能夠實現(xiàn)安全可控。截至目前，廣東佛山市運營氫燃料電池車超過1 300輛，運行期間無安全事故發(fā)生；河北張家口累計推廣氫燃料電池公交車304輛，安全運行超過1 600萬公里。加氫站的風險點主要在于壓縮機、加氫機和儲氫容器等，可通過設備設施優(yōu)化、加強風險管控的辦法，確保加氫站運營風險可控。

3.1.2 氫能清潔環(huán)保、高效減碳

氫能相對于化石能源（汽柴油）具有天然的環(huán)保優(yōu)勢，在使用過程中零排放。氫燃料電池車全生命周期的二氧化碳排放（130～230 gCO2/km）將優(yōu)于化石能源（180～270 gCO2/km）[6]。經(jīng)測算，當采用清潔氫或可再生氫時，每使用1 kg氫氣可減排10～15 kg二氧化碳，真正做到了高效減碳。

3.1.3 氫燃料電池能量轉化效率高

氫燃料電池工作原理不同于傳統(tǒng)內燃機，不受卡諾循環(huán)限制。氫氣在燃料電池中不是燃燒放能，而是通過電化學反應發(fā)電，能量轉化效率更高。當前，質子交換膜燃料電池的轉化效率為50%～60%，固體氧化物燃料電池轉化效率（含熱利用）可達到90%以上。

3.1.4 氫燃料電池車具有多重使用優(yōu)勢

氫儲能相比于電池儲能成本更低，約是后者的十分之一；同時氫氣加注時間短（5～10分鐘）、續(xù)航里程更長（300公里以上）、能夠低溫保存和啟動（-30 ℃），適用條件更加廣泛，對外界環(huán)境敏感度較電動汽車低。在車輛運行情況下燃料電池比動力電池更安全，同時避免了回收處理動力電池污染所帶來的高能耗。

3.1.5 氫燃料電池汽車成本呈下降趨勢

經(jīng)測算，當前主流氫燃料電池車輛（如公交、物流、重卡等）的全生命周期成本（TCO）包括購置成本、能源使用成本及維護成本等，是傳統(tǒng)燃油車的2 倍左右[7]。隨著技術進步和規(guī)?；a(chǎn)，未來有望大幅下降。據(jù)業(yè)內預計，當產(chǎn)量達到50 000臺/年時，系統(tǒng)成本下降至當前的1/3；若氫氣加注價格下降至30 元/kg 以內，則氫能車輛可與燃油車輛的TCO持平。

3.2 氫能公路交通應用的實現(xiàn)路徑

3.2.1 協(xié)調企業(yè)及政府制定氫氣補貼，加速氫能產(chǎn)業(yè)布局

前期通過強化制氫企業(yè)與地方政府聯(lián)結，推動政府出臺相應指導政策及補貼方案，穩(wěn)定氫能銷售價格。例如：利用土地政策招商引資，政策傾斜支持氫燃料汽車研發(fā)生產(chǎn)與購買（北京市（大興區(qū)額外補貼0.4倍）、上海市、廣東佛山、浙江嘉興、河北保定、山東濟寧等地購買氫燃料電池汽車按照國家和地方1:1比例補貼）；中期初步構建良好氫能產(chǎn)業(yè)鏈，激發(fā)市場需求，申請國家燃料電池汽車示范城市，打造氫能示范區(qū)，形成良好示范效應；后期搭建良好氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。

3.2.2 推進加氫站網(wǎng)絡化發(fā)展，同步構建管理體系

一方面，編制加氫站網(wǎng)點規(guī)劃，從節(jié)約用地指標出發(fā)，會同龍頭企業(yè)尋求可復制、可快速推廣的建站模式，如中國石化開創(chuàng)的油氫合建模式；另一方面，出臺加氫站管理辦法，在依法合規(guī)的前提下優(yōu)化審批，開通綠色通道，容缺辦理2容缺辦理一般指容缺后補，即允許某些審核材料在規(guī)定時間內暫時缺少，實行非主審要件缺項受理和審批。。

3.3 典型應用場景

3.3.1 城市公交

目前，搭載氫燃料電池驅動系統(tǒng)的公交車是最常見的氫能應用場景，車載氫瓶的儲氫量約30 kg，加注時間10 分鐘，最大續(xù)航500 公里，百公里氫耗5～7 kg。目前全國有25個城市開通了城市公交線路，如北京、上海、廣東佛山、浙江嘉善、河北張家口、河南鄭州、山東淄博、江蘇張家港等，運行線路固定，加氫站可依托公交場站布局。

3.3.2 物流車

氫燃料電池物流車已廣泛應用于城區(qū)配送、跨城運輸?shù)葓鼍?，單車儲氫?5～20 kg，加注時間5～8分鐘，續(xù)航里程400公里，百公里氫耗4～5 kg。在物流園區(qū)采用氫燃料電池車運輸具有零碳排放、線路固定、補能速度快等優(yōu)勢，目前物流車占已投用氫燃料電池車的60%以上，如京東、順豐等。

3.3.3 氫能重卡

目前，氫燃料電池重卡車型主要包括半掛牽引車、自卸車等，以49 噸級重卡為例，儲氫量約45～50 kg，氫氣加注時間15～20 分鐘，續(xù)航里程400公里，百公里氫耗約10～12 kg。氫能重卡可結合當?shù)氐V山、港口、大型工業(yè)園區(qū)等應用場景進行推廣，是國家政策重點鼓勵的示范場景。

3.3.4 其它場景

主要有氫能通勤客車和特種作業(yè)車。政府、企事業(yè)單位等員工內部通勤客車、長途客車等可采用氫燃料電池大巴，這類場景中車輛行駛線路固定，客運量大，加氫站可在站點布局。特種作業(yè)車如城市自卸垃圾車、掃地車、灑水車等，主要服務于市政環(huán)衛(wèi)，依靠政府財政進行車輛配置，可在納入國家示范城市群的城市進行推廣，充分利用國家補貼和地方配套資金。

4 結語

氫能產(chǎn)業(yè)在我國能源轉型升級過程中發(fā)揮著重要的支撐作用，公路交通領域為氫能發(fā)展奠定了堅實的產(chǎn)業(yè)基礎。隨著國家氫能補貼力度的加大，公路交通領域的用氫需求將被進一步釋放，氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)?；瘧弥溉湛纱?，公路交通領域的深度脫碳勢在必行?！稓淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》文件中明確提出，重點推進氫燃料電池中重型車輛應用，公路交通領域已經(jīng)成為氫能利用的重要突破口。石化銷售企業(yè)應當以此為契機，進一步挖掘氫能應用場景，推動氫能在公路交通領域的應用，有針對性地調查公交場站、機場、物流園區(qū)、港口、礦區(qū)等物流運輸需求，開發(fā)城市公交、物流車、氫能重卡等氫燃料電池汽車的應用價值，拓寬氫能應用邊界，穩(wěn)步推進氫能交通產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈的低碳化轉型與高質量發(fā)展。