隨著產業規模與應用場景的增加，氫能基礎設施（主要為加氫站）的供氫保障問題已成為制約整個產業持續發展的重要因素。
氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續的二次能源，可通過一次能源、二次能源及工業領域等多種途徑獲取，也可廣泛應用於工業、建築、交通、電力行業，是未來構建以清潔能源為主的多元能源供給系統的重要載體。
氫能的開發與利用技術已經成為新一輪世界能源技術變革的重要方向，也是汽車產業未來發展的戰略制高點。發展氫能將有利於加快推進我國能源生產和消費革命，對新時代能源轉型發展具有重大意義。
中國的氫能產業已進入產業化的快車道，尤其是從2017年以來，在關鍵技術突破、產業規模增長上取得一定成績，許多地方率先出臺支持政策，實現了小規模全產業鏈應用示範。
但隨著產業規模與應用場景的增加，氫能基礎設施（主要為加氫站）的供氫保障問題已成為制約整個產業持續發展的重要因素。
1.中國氫能已具備產業化條件
中國發展氫能的優勢在於具有良好的制氫基礎與大規模應用市場空間，我國現有工業的制氫產能已達到2.5×107t，2018年中國棄風、棄光、棄水總電量約為1.0229×1011kW·h，國內化工行業還存在部分無法循環利用的副產氫，均可提供大規模氫源。
同時，中國擁有全世界最大的汽車與新能源汽車市場，在民用車之外，礦山港口重型車、物流車、重柴油車、軌道交通、船舶及岸電設施，甚至航空器，這些都是未來氫能創新應用的方向，中國已具備大規模氫能利用的供氫條件與市場空間。
2.中國氫能基礎設施產業發展現況
§ 投入強度顯著提升，加氫站數量規模增加。
自2017年以來，中國氫能產業呈現爆發式發展，現階段中國的應用市場主要以燃料電池大巴車與物流車為主。
為了滿足車輛應用示範，各地已開始大規模規劃並建設保障性加氫站，截至2019年3月，中國已投產加氫站數量達到25座（包括兩座內部整改站），較2017年增加14座。
☝ 中國加氫站建設情況（截至2019年3月）
在已建成加氫站中，固定式加氫站11座，撬裝式加氫站14座，此外，有17座加氫站在建，加氫站分佈主要集中在廣東、江蘇、上海、湖北、河北等地。
☟ 中國加氫站分佈（截至2019年3月）
由於目前車輛以小規模燃料電池公交及廠內測試車輛為主，對於小儲氫量的固定站及撬裝式一體站，在車輛有序加氫及不優先考慮加氫時間的應用場景下，其加氫能力基本可以滿足現階段加氫預期，按此估算，已投運加氫站中加氫能力達500kg以上規模的有10座。
§ 關鍵技術不斷突破，裝備國產化進程加快
在制氫技術方面，國內已擁有大規模煤制氫（制氫能力2×105 m3/h 以上）、天然氣制氫（制氫能力8×104 m3/h）、甲醇制氫（制氫能力4×104 m3/h 以上）的工程技術集成能力與實際工程案例，並掌握氫氣液化關鍵技術。同時，鹼性電解水裝置的單機制氫能力也可達1000~1200 m3/h，並擁有完全自主知識產權的設備製造、工藝集成能力。
在加氫站方面，國內具有自主研發生產35MPa加氫機能力，完成70MPa加氫機實驗樣機開發；在壓縮機方面，具備45MPa小流量壓縮機的完全自主研發製造能力，並可通過進口關鍵零部件，實現中等流量壓縮機自主集成；同時，擁有87.5MPa壓力等級壓縮機的試驗樣機。
在固定儲氫裝置方面，擁有完全自主知識產權的 45MPa與98MPa固定儲氫容器設計與製造能力，其中，45MPa儲氫容器單體水容積可達到20m3，使用壽命可達5萬次以上，98MPa固定儲氫容器單體水容積可達到1m3。
此外，少數企業已擁有加氫站系統控制算法優化與產品集成能力，目前加氫站的氫氣一次性利用率可提高到70%~75%。
§ 地方政策紛紛出臺，區域骨幹供給網絡初顯
全國已有14個省（市）實質性開展氫能產業佈局與推廣工作，分別是廣東、山東、江蘇、湖北、河北、山西、浙江、四川、北京、天津、吉林、遼寧、安徽、河南。以上大部分地區均出臺了相關產業扶持政策，並落地一批燃料電池或整車產業，推動加氫站建設，積極開展示範運營。
例如產業政策較為完善的廣東省佛山市，2018年6月廣東省發佈了《關於加快新能源汽車產業創新發展的意見》，明確提出電解水制氫電價享受蓄冷電價的政策；佛山市南海區人民政府發佈的《促進加氫站建設運營及氫能源車輛運行扶持辦法》，對加氫站補貼力度最高可達到800萬元，對加氫站運營補貼最高可達到20元/kg。
這些地方規劃與政策的出臺，有利於國內區域性供氫網絡的構建，加速區域氫能產業生態培育。
3. 中國氫能基礎設施產業面臨的挑戰
§ 缺少系統性的發展戰略
在整個能源生產與消費體系中，氫能的定位尚未明確，將制約其在能源革命中發揮應有的作用，也未制定氫能與燃料電池產業系統性的發展目標與實施路徑。
§ 加氫站數量與性能相對落後
中國目前建成的加氫站數量約為日本的四分之一，也遠落後於德國與美國。國內大部分加氫站屬於場內測試站與撬裝站，這些加氫站的特點就是固定儲氫量或氫氣壓縮系統能力較低，隨著加氫車輛規模的增加，將無法滿足加氫車輛進場時間隨機化、單次加註時間短的商業需求。
§ 關鍵技術與成本亟待突破
我國雖已具有35MPa加氫站關鍵技術與裝備集成能力，但在關鍵指標與國產化方面，還存在很大差距。
在壓縮機技術方面，完全國產化的45MPa壓縮機流量較小且在實際應用中故障率較高，其關鍵部件仍需通過進口後在國內組裝，同時，國內不具備生產商用87MPa壓縮機能力。
在固定式儲氫裝備方面，國內儲氫裝置多為鋼內筒鋼帶纏繞容器，目前45MPa固定儲氫容器每立方米水容積的價格超過20萬元，98MPa固定儲氫容器每立方米水容積的價格超過100萬元。
在加氫機技術方面，加氫槍依賴進口，國內70MPa加氫機處於試驗驗證階段，與國外商業化運營的70MPa加氫機指標差距較大。
此外，氫基礎設施的高壓管路及閥門，目前需依賴進口；加氫站的工藝控制系統未來還需通過實際運營進一步驗證及優化。
§ 產業管理與監管體系尚未構建
加氫站作為城市基礎設施類固定資產投資項目，若按照投資額度，在絕大多數地區按照備案類項目管理。
由於各主管部門對加氫站的評估審批缺乏實際依據與案例，也缺少自上而下的技術論證與標準支撐，導致“審批難、審批慢”。
加氫站作為城市交通體系的氫氣分發站，安全監管體系尚未構建，不利於行業高質量發展。
§ 商業模式與持續路徑亟待探索
加氫工藝的複雜性導致加氫站投資及運營成本遠超天燃氣站。現階段市場用氫需求較小、加氫站設備與工藝也未經過高負荷運轉的穩定驗證，未來加氫站運營成本會比理論預測值或目前實際經驗值要高。
若參照汽油車運營成本制定售氫價格，結合現有的制氫與運氫價格，在沒有補貼的情況下，加氫站很難實現盈虧平衡。
通過投資加氫站、外購氫、售氫的單一模式將無法持續，缺少協同制氫、儲運氫、加氫等基礎設施網絡資源的優化配置，難以減少供氫成本，不利於整個氫能產業的持續發展。
4.氫能基礎設施產業的發展目標與路徑
未來30年，我國的氫能基礎設施產業發展總體將分成三個階段。
第一階段（當前到2025年）：形成頂層路線清晰、產業政策基本健全、安全監管基本完善、市場競爭相對有序、商業模式不斷創新、產業聚集加速、加氫關鍵裝備技術基本實現國產化的產業發展態勢，為產業健康持續發展奠定基礎。
本階段已完成氫能在我國的發展定位與戰略目標，形成自上而下相對健全的行業發展指導意見、審批管理和財稅優惠政策，基於信息化基本完成全國氫能基礎設施安全網絡體系。
在發展路線上，本階段氫源將以城市周邊富裕的工業副產氫、化工與電子行業配套的小規模化石能源制氫為主，少部分地區的電解水制氫為輔；儲運以20MPa高壓氣態為主，完善45MPa以上壓力儲運技術及標準，並完成應用驗證；加氫站將基本覆蓋先行示範的城市，對外商業化運營站將達100座以上，並完全掌握70MPa加氫機、平均流量200m3/h以上90MPa壓縮機、平均流量800m3/h以上45MPa壓縮機等關鍵裝備技術，基本實現國產化。
第二階段（2025—2035年）：形成產業政策健全、行業監管完善、市場競爭有序、商業模式成熟、加氫關鍵裝備技術完全國產化，高效、安全、低成本的供氫網絡雛顯的產業發展形勢，為產業高質量持續發展奠定基礎。
本階段的產業政策、行業監管健全成熟，補貼及財稅優惠政策開始退坡，產業處於以市場驅動下有序競爭且日益激烈的發展環境。
在發展路線上，氫源將以煤制氫等大規模集中供氫（部分配套碳捕獲、利用與封存）與綠色電解水制氫為主，工業副產氫為輔，並將充分挖掘市場已有氫源，形成大規模氫氣運輸的格局，低成本、高效安全的全國供氫網絡開始構建；儲運以45MPa 以上高壓氣態為主，完善液氫儲運技術及標準，開展長距離液氫運輸及液氫加氫站應用；全國性骨幹加氫網絡初顯，對外商業化運營加氫站將達到1000座以上，關鍵裝備及技術完全國產化，並處於全球領先水平。
第三階段（2035—2050年）：形成高效低碳的氫能供給網絡，市場引領、價格調節、體制機制科學健全的高質量發展格局。
在發展路線上，以可再生能源制氫為主（包括太陽能光解水制氫技術），煤制氫（配套碳捕獲、利用與封存）為輔，各地也將根據資源與工業的發展情況，因地制宜地選擇“深綠”的供氫方案，並配套包括城市管道輸氫在內的多種運氫方案，最終實現供氫網絡與工業、電力、建築、交通行業不同程度的融合；基本形成覆蓋全國的加氫網絡，對外商業化運營加氫站將達到10000座以上，關鍵裝備及技術達到全球領先水平。
轉自丨中國工程院院刊
作者丨凌文，劉瑋，李育磊，萬燕鳴
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