淺談拓展氫能公路交通應(yīng)用場(chǎng)景的措施及建議

劉安

（中國(guó)石化銷(xiāo)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(guó)能源體系的重要組成部分，是現(xiàn)有能源形式的有益補(bǔ)充。當(dāng)前氫能的終端應(yīng)用場(chǎng)景較為單一，而公路交通領(lǐng)域?yàn)榘l(fā)展氫能利用價(jià)值提供了重要契機(jī)。充分挖掘氫能公路交通應(yīng)用場(chǎng)景，一方面有利于公路交通領(lǐng)域從根本上擺脫對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴(lài)；另一方面，對(duì)于氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)落地具有強(qiáng)力推動(dòng)作用。

1 氫能產(chǎn)業(yè)研究背景

1.1 產(chǎn)業(yè)政策

進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)綜合國(guó)力不斷提升。與此同時(shí)，改革發(fā)展面臨的能源與環(huán)境問(wèn)題日益突出，綠色可持續(xù)發(fā)展成為能源轉(zhuǎn)型的必由之路。2014 年，習(xí)近平總書(shū)記就推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命提出五點(diǎn)要求，“四個(gè)革命、一個(gè)合作”成為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與高質(zhì)量發(fā)展的重要依據(jù)和根本遵循；2019年，《政府工作報(bào)告》首次提出“推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”，氫能作為清潔高效能源第一次出現(xiàn)在國(guó)家政府工作報(bào)告中；2020年9月，財(cái)政部等國(guó)家五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展燃料電池汽車(chē)示范應(yīng)用的通知》，由中央財(cái)政提供400億資金，首批支持五個(gè)城市群開(kāi)展氫燃料電池汽車(chē)“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”示范運(yùn)行；隨后，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，推動(dòng)燃料電池汽車(chē)商業(yè)化應(yīng)用。

2020年9月22日，習(xí)近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上承諾：中國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。在雙碳背景下，氫能作為未來(lái)社會(huì)“電網(wǎng)”、“氣網(wǎng)”、“氫網(wǎng)”能源三網(wǎng)連通紐帶，有望加速推動(dòng)工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳減排與碳中和。

1.2 氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展

1.2.1 全球氫燃料電池汽車(chē)及加氫站數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)

截至2021年底，全球氫燃料電池汽車(chē)保有量約49 500 輛，加氫站建成685 座，在營(yíng)587 座。2022年，全球氫燃料電池汽車(chē)銷(xiāo)量突破18 457輛，累計(jì)保有量超過(guò)67 000 輛；累計(jì)建成加氫站達(dá)814 座，在營(yíng)785座[1-3]。

1.2.2 我國(guó)氫燃料電池汽車(chē)及加氫站數(shù)量進(jìn)入前三

截至2021年底，我國(guó)累計(jì)推廣氫燃料電池汽車(chē)約8 900輛，建成加氫站218座，投用183座。2022年，氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量分別為3 626輛和33 647輛，累計(jì)推廣約12 000 輛[4]；全年建成加氫站56座，累計(jì)建成274 座。氫燃料電池汽車(chē)保有量排名進(jìn)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(chǔ)加用”全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)不斷突破

制氫領(lǐng)域，當(dāng)前以工業(yè)副產(chǎn)氫結(jié)合PSA提純的“藍(lán)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(shù)不斷進(jìn)步，在電價(jià)0.6元/kW·h下氫氣成本約30～40元/kg。

儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域，以高壓氣氫為主，加氫站內(nèi)主要有90 MPa 高壓儲(chǔ)罐、45 MPa 儲(chǔ)氫瓶組等，固態(tài)合金儲(chǔ)氫、高壓儲(chǔ)氫井、液氫貯罐等新型儲(chǔ)氫技術(shù)快速發(fā)展。氫氣運(yùn)輸目前主要采用20 MPa氣氫管束車(chē)，正在研究制定50 MPa高壓氣氫管束車(chē)、液氫槽車(chē)以及管道輸氫等技術(shù)和規(guī)范。

加氫領(lǐng)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(guó)石化服務(wù)冬奧會(huì)的北京延慶王泉營(yíng)加氫站、慶園街加氫站、張家口西灣子加氫站等。此外，中國(guó)石化開(kāi)創(chuàng)的“油氫合建”模式為產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期的加氫站發(fā)展提供了創(chuàng)新思路，今年以來(lái)，全國(guó)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(lǐng)域的應(yīng)用均實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。以豐田MIRAI 二代氫燃料電池汽車(chē)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(shí)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)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(lái)市場(chǎng)化進(jìn)程加速。

2 氫能公路交通領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)存的主要問(wèn)題

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

當(dāng)前，我國(guó)已成為全球最大的制氫國(guó)家，儲(chǔ)氫、運(yùn)氫等相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備豐富，而氫能在公路交通領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于探索階段。目前國(guó)內(nèi)氫燃料電池車(chē)以客車(chē)和重卡等商用為主，乘用車(chē)主要用于租賃，占比不及0.1%，發(fā)展仍依靠政府補(bǔ)貼和政策支持。主要原因是生產(chǎn)氫燃料電池車(chē)企數(shù)量較少，受技術(shù)、成本和規(guī)模等因素影響氫燃料電池車(chē)購(gòu)置成本較高，限制了消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)。亟需加大氫能公路交通領(lǐng)域應(yīng)用場(chǎng)景開(kāi)發(fā)，協(xié)調(diào)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展，以此構(gòu)建氫能公路交通良性循環(huán)生態(tài)圈。

2.2 加氫站基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)滯后

加氫站項(xiàng)目建設(shè)成本高，基礎(chǔ)設(shè)施配套不足，加氫業(yè)務(wù)難以同氫能利用需求匹配。截至2023年5月，中國(guó)石化銷(xiāo)售板塊累計(jì)發(fā)展各類(lèi)加氫站101座，是全世界建設(shè)和運(yùn)營(yíng)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)模化和網(wǎng)絡(luò)化。相關(guān)基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)不完善，加氫站難以實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)，約束了氫能業(yè)務(wù)發(fā)展，更制約了氫能在公路交通領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.3 汽車(chē)用氫成本較高

資源分布不均，導(dǎo)致公路交通工具的加氫成本普遍較高。目前燃料電池級(jí)氫氣氣源供應(yīng)較分散，且尚未建設(shè)氫氣長(zhǎng)距離運(yùn)輸管道，運(yùn)距遠(yuǎn)迫使氫氣到站價(jià)格處于高位，據(jù)統(tǒng)計(jì)，京津冀地區(qū)的氫能平均運(yùn)輸距離約80公里左右，這也影響了加氫站氫能銷(xiāo)售價(jià)格。另一方面，氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)及氫能交通應(yīng)用正處于政策引導(dǎo)階段，當(dāng)前國(guó)家示范城市群提出的終端銷(xiāo)售價(jià)格35 元/kg 的控制目標(biāo)和廣東等少數(shù)地區(qū)30 元/kg 的控制目標(biāo)，對(duì)氫氣制取和加氫站運(yùn)營(yíng)提出挑戰(zhàn)。

3 氫能公路交通應(yīng)用場(chǎng)景分析

3.1 氫能及氫燃料電池的優(yōu)勢(shì)

3.1.1 氫能來(lái)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(zhì)量計(jì)算排第九位，氫氣的質(zhì)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(kuò)散速度是天然氣的3～4倍，能夠?qū)崿F(xiàn)安全可控。截至目前，廣東佛山市運(yùn)營(yíng)氫燃料電池車(chē)超過(guò)1 300輛，運(yùn)行期間無(wú)安全事故發(fā)生；河北張家口累計(jì)推廣氫燃料電池公交車(chē)304輛，安全運(yùn)行超過(guò)1 600萬(wàn)公里。加氫站的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要在于壓縮機(jī)、加氫機(jī)和儲(chǔ)氫容器等，可通過(guò)設(shè)備設(shè)施優(yōu)化、加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管控的辦法，確保加氫站運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)可控。

3.1.2 氫能清潔環(huán)保、高效減碳

氫能相對(duì)于化石能源（汽柴油）具有天然的環(huán)保優(yōu)勢(shì)，在使用過(guò)程中零排放。氫燃料電池車(chē)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(cè)算，當(dāng)采用清潔氫或可再生氫時(shí)，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(zhuǎn)化效率高

氫燃料電池工作原理不同于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，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(guò)電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電，能量轉(zhuǎn)化效率更高。當(dāng)前，質(zhì)子交換膜燃料電池的轉(zhuǎn)化效率為50%～60%，固體氧化物燃料電池轉(zhuǎn)化效率（含熱利用）可達(dá)到90%以上。

3.1.4 氫燃料電池車(chē)具有多重使用優(yōu)勢(shì)

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

3.1.5 氫燃料電池汽車(chē)成本呈下降趨勢(shì)

經(jīng)測(cè)算，當(dāng)前主流氫燃料電池車(chē)輛（如公交、物流、重卡等）的全生命周期成本（TCO）包括購(gòu)置成本、能源使用成本及維護(hù)成本等，是傳統(tǒng)燃油車(chē)的2 倍左右[7]。隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化生產(chǎn)，未來(lái)有望大幅下降。據(jù)業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，當(dāng)產(chǎn)量達(dá)到50 000臺(tái)/年時(shí)，系統(tǒng)成本下降至當(dāng)前的1/3；若氫氣加注價(jià)格下降至30 元/kg 以?xún)?nèi)，則氫能車(chē)輛可與燃油車(chē)輛的TCO持平。

3.2 氫能公路交通應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)路徑

3.2.1 協(xié)調(diào)企業(yè)及政府制定氫氣補(bǔ)貼，加速氫能產(chǎn)業(yè)布局

前期通過(guò)強(qiáng)化制氫企業(yè)與地方政府聯(lián)結(jié)，推動(dòng)政府出臺(tái)相應(yīng)指導(dǎo)政策及補(bǔ)貼方案，穩(wěn)定氫能銷(xiāo)售價(jià)格。例如：利用土地政策招商引資，政策傾斜支持氫燃料汽車(chē)研發(fā)生產(chǎn)與購(gòu)買(mǎi)（北京市（大興區(qū)額外補(bǔ)貼0.4倍）、上海市、廣東佛山、浙江嘉興、河北保定、山東濟(jì)寧等地購(gòu)買(mǎi)氫燃料電池汽車(chē)按照國(guó)家和地方1:1比例補(bǔ)貼）；中期初步構(gòu)建良好氫能產(chǎn)業(yè)鏈，激發(fā)市場(chǎng)需求，申請(qǐng)國(guó)家燃料電池汽車(chē)示范城市，打造氫能示范區(qū)，形成良好示范效應(yīng)；后期搭建良好氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。

3.2.2 推進(jìn)加氫站網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，同步構(gòu)建管理體系

一方面，編制加氫站網(wǎng)點(diǎn)規(guī)劃，從節(jié)約用地指標(biāo)出發(fā)，會(huì)同龍頭企業(yè)尋求可復(fù)制、可快速推廣的建站模式，如中國(guó)石化開(kāi)創(chuàng)的油氫合建模式；另一方面，出臺(tái)加氫站管理辦法，在依法合規(guī)的前提下優(yōu)化審批，開(kāi)通綠色通道，容缺辦理2容缺辦理一般指容缺后補(bǔ)，即允許某些審核材料在規(guī)定時(shí)間內(nèi)暫時(shí)缺少，實(shí)行非主審要件缺項(xiàng)受理和審批。。

3.3 典型應(yīng)用場(chǎng)景

3.3.1 城市公交

目前，搭載氫燃料電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的公交車(chē)是最常見(jiàn)的氫能應(yīng)用場(chǎng)景，車(chē)載氫瓶的儲(chǔ)氫量約30 kg，加注時(shí)間10 分鐘，最大續(xù)航500 公里，百公里氫耗5～7 kg。目前全國(guó)有25個(gè)城市開(kāi)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(yùn)行線路固定，加氫站可依托公交場(chǎng)站布局。

3.3.2 物流車(chē)

氫燃料電池物流車(chē)已廣泛應(yīng)用于城區(qū)配送、跨城運(yùn)輸?shù)葓?chǎng)景，單車(chē)儲(chǔ)氫量15～20 kg，加注時(shí)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(chē)運(yùn)輸具有零碳排放、線路固定、補(bǔ)能速度快等優(yōu)勢(shì)，目前物流車(chē)占已投用氫燃料電池車(chē)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(chē)型主要包括半掛牽引車(chē)、自卸車(chē)等，以49 噸級(jí)重卡為例，儲(chǔ)氫量約45～50 kg，氫氣加注時(shí)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(jié)合當(dāng)?shù)氐V山、港口、大型工業(yè)園區(qū)等應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行推廣，是國(guó)家政策重點(diǎn)鼓勵(lì)的示范場(chǎng)景。

3.3.4 其它場(chǎng)景

主要有氫能通勤客車(chē)和特種作業(yè)車(chē)。政府、企事業(yè)單位等員工內(nèi)部通勤客車(chē)、長(zhǎng)途客車(chē)等可采用氫燃料電池大巴，這類(lèi)場(chǎng)景中車(chē)輛行駛線路固定，客運(yùn)量大，加氫站可在站點(diǎn)布局。特種作業(yè)車(chē)如城市自卸垃圾車(chē)、掃地車(chē)、灑水車(chē)等，主要服務(wù)于市政環(huán)衛(wèi)，依靠政府財(cái)政進(jìn)行車(chē)輛配置，可在納入國(guó)家示范城市群的城市進(jìn)行推廣，充分利用國(guó)家補(bǔ)貼和地方配套資金。

4 結(jié)語(yǔ)

氫能產(chǎn)業(yè)在我國(guó)能源轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中發(fā)揮著重要的支撐作用，公路交通領(lǐng)域?yàn)闅淠馨l(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。隨著國(guó)家氫能補(bǔ)貼力度的加大，公路交通領(lǐng)域的用氫需求將被進(jìn)一步釋放，氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模化應(yīng)用指日可待，公路交通領(lǐng)域的深度脫碳勢(shì)在必行。《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）》文件中明確提出，重點(diǎn)推進(jìn)氫燃料電池中重型車(chē)輛應(yīng)用，公路交通領(lǐng)域已經(jīng)成為氫能利用的重要突破口。石化銷(xiāo)售企業(yè)應(yīng)當(dāng)以此為契機(jī)，進(jìn)一步挖掘氫能應(yīng)用場(chǎng)景，推動(dòng)氫能在公路交通領(lǐng)域的應(yīng)用，有針對(duì)性地調(diào)查公交場(chǎng)站、機(jī)場(chǎng)、物流園區(qū)、港口、礦區(qū)等物流運(yùn)輸需求，開(kāi)發(fā)城市公交、物流車(chē)、氫能重卡等氫燃料電池汽車(chē)的應(yīng)用價(jià)值，拓寬氫能應(yīng)用邊界，穩(wěn)步推進(jìn)氫能交通產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的低碳化轉(zhuǎn)型與高質(zhì)量發(fā)展。