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圖：發改委能源所可再生能源發展中心研究員劉堅
 

         5月21日，由電池聯盟、中國電子節能技術協會電池專委會和中國化學與物理電源行業協會氫能及燃料電池分會(籌)聯合舉辦的“2019新型制氫技術與加氫站建設高峰論壇”在蘇州隆重召開，發改委能源所可再生能源發展中心研究員劉堅作了題目為“氫能應用前景及加氫站經濟性”的演講。以下為劉堅演講全文：
 
         我們之前所做的一些氫能源方面的研究，最近做新能源汽車比較多，氫能和燃料電池汽車大家關注，我們也做了相關的課題，也是有了自己的看法。
 
         昨天大家討論比較多的是加氫站的內容，這塊我不是內涵，我們所知道的一些情況和信息跟大家做分享。今天分兩大塊：氫能現狀，市場、環境、經濟以及未來應用前景，包括交通其他的場景，氫能到底未來在幾十年之內，在中國發展的一個情況。然后后面一塊更多的是加氫站，一方面是經濟問題，一個是政策，政府不明朗，更多的是障礙。
 
        這個大家也是比較清楚的，目前氫能在中國是非常大的產業，每年的氫氣產量超過2000萬噸，如果我們將總的產業分成生產和消費兩部分來看，基本上生產的話依賴于煤制氫和天然氣制氫以及工業副產氫，副產氫更來自于焦爐煤氣和氯堿等。消費的話，主要是在工業領域的原料，作為一些化工原料的基礎原料，還有就是作為一些工業過程中的氫氣消費，總體上作為能源的方式來說比較少，占比比較低。雖然中國的氫工業有很大的基礎，規模也很大。但是基本上像以化石能源制氫為主的，還是非常小的一種消費的。所以我們希望清潔能源制氫，燃料電池的方式來講還是有較大的距離。
 
        為什么發展氫能？二次能源的影響取決于一次能源的結構。比如說這幅基于國內的地緣結構來講，其實就是電動汽車相關的差別，2017年電源結構來看，純電動汽車實現比新能源汽車排行更低的情況，如果是邊緣結構進步和改善的話，比如說右邊這張圖煤電占比20%，那就有很大的變化，純電動當然就是排放更低，燃料電池一個是電解水，可再生能源的效率損失，對于電解水的效率損失來講，環境影響來說小一些，它可能比混合動力的排放更小，但是相對閉純電動汽車，可能既是新能源占比得到的情況下，還是小。但是純電動了汽車跟充了上游的電力供應是一體化的，所以動力差一些。制氫就是把生產和消費的時間增多了，但是未來新能源融合的前景更高一些，所以有這樣的一個趨勢。
 
        這張圖是新能源汽車發展的態勢，雖然燃料汽車有它性能方面的優勢、續航的優勢，也有一定的潛力。但是目前燃料電池的發展滯后于電動汽車。去年燃料電池汽車銷售不到2000輛，最主要的是供給的問題。最主要的是電池，采用美國能源部（DoE）的數據來看，目前燃料電池的成本比較貴的，雖然成本很貴，但是成本上升空間還是比較高的，像鋰電池它比較受限于原材料稀有金屬的成本，可能未來是滯后于鋰電池的關鍵因素，但是燃料電池除了鉑以外，其實太多的原料限制以及工藝成本的限制，量產以后空間還是很大的。假設燃料電池的成本按照美國能源部來講，假設是30美元/千瓦，那未來同樣是美國能源部的鋰離子電池是70美元/千瓦時，以60Kw/1H系統做對比，目前鋰離子電池7萬元，燃料電池30萬元，目前鋰離子是有優勢的，但是都在極限的情況下，鋰離子電池2.5萬，燃料電池1萬元。從投資的角度來說，燃料電池比鋰離子電池來得有發展的空間。
 
        另外一個技術點，就是運營成本，更多的是來自于燃料，就相當于氫能的話，是分幾個環節，制氫、儲運和加注，制氫來講，目前成本比較低的就是氫能源制氫和工商業電制氫，基本上成本在10塊錢每公斤的成本。這幾種方式可能離我們的車用戶來說比較遠，所以我們往往需要儲運的方式，以及加注和最終的成本是40—50塊錢公斤。這部分的成本對比汽柴油的成本，已經有一定的競爭力了，但是比起電力來講的話，同樣是百公里，能源的成本來講，電力的成本是明顯低的，是10塊錢出頭的水平。所以從能源燃料的角度來講，燃料電池汽車可能還是存在較大的需要提升的環境。
 
        除了車用以外，近段時間對其他幾個方面，氫能的應用也做了大體的判斷。首先是我們的儲能，儲能我們引用了一張國際能源署的預測，基本上它是對儲能在電力系統里面的技術和場景的應對情況，左邊是電力系統的各種調節的需求的種類，右邊的這張圖就是我們所相適應的儲能的技術，可以看到主要是右上角這部分，在儲能里面做長周期的季節性的大部分的儲能時，我們對比的技術主要是三類：氫氣這樣的介質，壓縮空氣，中國目前的車尾氣能還是有限的，來解決新能源占比一半的需求來說，還是有很大的差距，剩下的就是壓縮空氣，壓縮空氣就國內的資源量，統計比較少，可能未來的空間比較少，氫氣是未來實現長周期季節性大規模可再生能源的方式。但是時間跨度比較長，整個電源結構的變化需要很長的時間。短期的氫氣的儲能需求可能并不是一種直接的剛性需求。
 
        還有剎車，這個更近一些。在國外像美國已經投入了燃料電池叉車的應用，規模不小，用燃料電池的叉車，它一方面主要還是受環保因素的影響，一方面是氫氣加氫速度快，環境友好。國內也有一定的空間，雖然主導的是燃油叉車，但是電動叉車處于發展期，燃料電池也有一定的空間。船舶的話就遠一些，我們對比了瑞典、美國也有一些，還有日本等有些企業嘗試做燃料電池，但是總體感覺規模非常小，國內我們沒有了解到有具體的示范項目，可能更多2030年開始市場階段的變化。
 
       中車目前生產了全球首輛的燃料電池有軌電車，這塊來講的話，國外也有一些應用，但是某種情況上來講，電網的基礎設施還是比較有中國的特色，所以基本上電力的覆蓋會影響到我們燃料電池應用的空間，2030年前的空間可能還是比較有限的。
 
       還有是礦山機械，這塊相對閉之前利用的柴油發電機和蓄電池來講都有一些優勢，但是主要的問題是充電量，以及這些企業對于燃料電池高成本的敏感度還是很高的，這是一個問題。還有建筑熱電聯產，這在日本比較多，實現了商業化運行，但是更多的是基于日本的國情決定了它有這樣的市場需求。但是國情就是對于能源安全性比較高，但是國內的這方面的空間比較有限，主要是由于目前中國電網的基礎條件的問題。還有鋼鐵這些不多說。
 
       下面看看加氫站的情況，據我了解全國有23座在運的加氫站，基本上200公斤到一噸，但是由于目前由于加注強度比較小，成本比較高，所以國家出臺了一些這樣的政策。比如說財政部新能源補貼里面明確提出要轉向購車環節，對加氫站進行補貼，國補400萬/站，地補不低于300萬/站，像佛山補貼規模比較高，800萬元，還配有運營補貼的支持。但是總體來說，目前除了經濟性方面的問題，還有一些是我們的注氫設備存在問題，大量依賴于進口的這樣一些設備，比如說壓縮機方面，還有燃料電池車輛規模比較小，導致了加氫成本高，還有最根本的是能源的性質定位問題，氫能屬于能源還是危化品，這塊的話，其實過去我們會受到定位問題，這會引申到很多政策的制定。
 
        加氫站的技術路線主要分兩類，一類是氣態氫，一類是液態。氣態的話主要的核心部件是壓縮機和儲氫系統，還有加注槍加注系統，還有上游的氫能源包括管道的輸氫，現場的制氫，還有一類是國內比較多的拖車的注氫的方式。液態來講大體的結構類似，但是液態加氫站通過液氫泵來對液氫直接進行加壓，通過液氫的氣化獲得高壓氫氣，一定程度上可以降低壓縮機的投入，同時能效也有一定的技術空間，就是運營成本、能耗成本也會下降。目前說的話，液態加氫站國內基本上沒有，主要是其他的加氫站。成本來講的話，我們這里也做了梳理，主要分兩方面，一個是投資還有一個是運維。就投資來說，核心的成本就在于壓縮機和我們的儲罐的成本，占到整個加氫站投資的一半以上，如果不算用戶成本的話。核心來講的話，可能還是壓縮機的成本最高。如果我們想提升加氫站的收益來說，就是需要去降低了初始投資，特別是壓縮機方面。國外有一些項目是采用了穿行的加氣  方式，比如說中壓、低壓的儲氫罐，給車輛分級加壓，這會降低成本，但是會提高儲罐的要求，氫氣儲存系統的難度。所以具體的操作層面來講的話，需要在壓縮機和儲氫系統里面做平衡。運維方面來講的話，上游最高的是采購氫氣的成本，如果我們是15塊錢氫氣的話，會占到運維成本的40%，另外一個運維比較貴的是我們的運輸，也是一個占比比較高的份額。如果我們將投資和運維都折算到每年的運維成本來看的話，終端氫氣如果是40塊錢，那我們的氫源40%，加注成本40%，運輸20%，所以儲運這個環節或者是加注這個環節可能占到終端氫氣售價的一半以上。我們知道氫能源是一個難降成本的環節，因為我們目前15塊錢是基于比較低的，比如說新能源發電制氫或者是化石能源制氫成本，短期內很難有成本的下降。儲運和加注通過加注量的提升，通過技術進步，在近中期還是有一定的成本下降空間。比如說我們這邊采用了美國能源部1能源實驗室模型的分析，橫軸代表加儲的強度，這個加氫站的規模，縱軸是單位加注的成本，隨著規模提升，成本呈下降的趨勢，可以發現規模越大，液氫站的優勢更加明顯。比如說在這張圖里面可以看到達到100輛重型車加注量時，液氫量的加注成本可以低于一半，所以還是比較大的進步的空間。然后主要是因為液氫本身體積不高，大約相當于20Mpa的氫氣來講的話，可以高5倍。那是因為現場需要更少的儲罐和空間進行節省。像壓縮機的成本下降，特別重要的是運輸成本，因為密度高的話，拖車的運行效率更高。另外液氫除了能量密度高，也是一個非常好的預冷裝置，本身加氫站需要這樣一個預冷裝置來預冷，也能降低電耗。
 
        這是對氫氣價格的長期判斷，近中期來看主要是通過量的提升，比如說提升加氫站的運營強度，每天1000公斤的時候，成本就會有明顯下降。然后再下去的話，更多的是依賴于液態加氫的方式，長期來講的話是成本的下降，加氫機、加氫槍，最終它認為氫氣成本降到4美元每公斤的這樣一個規模。同樣的反過來看看國內的情況，氫能來講還是10塊錢，基本上這個成本近中期很難有成本下降，但是儲運和加注，如果假設按照成本60%的話，儲運加注可以實現10塊錢的一個水平的話，那最終的氫在零售端的價格大概就是20塊錢/公斤，20塊錢/公斤的話，比起電力12塊錢每百公里的話，還是高一些，但是它有加注速度，這樣的成本還是有更多的吸引力，除此以外，地方還有額外的運營補貼，可能最終的表現還是可以接受的。
 
        再來簡單說說政策問題，目前經濟性是層面的問題，政策還是限制了很多實際項目的開展。比如說首當其沖的就是主管部門不清晰，比如說今年國務院政府工作報告提出了推動充電、加氫等設施建設，由財政部、工信部、發改委、上午部、交通運輸部、住房城鄉建設部、國家能源局等，具體的職責劃分不明確，國內制定相關政策比較完善和完整的，廣東、武漢。廣東市現在是相關的設計、建設、運營，這些東西都是由住房城鄉建設廳負責，武漢的經開區將加氫站項目納入到行政審批局負責。所以目前的主管部門的認定來講，其實與地方有一些差距，并不是特別統一。另外是行政許可的問題，比如說佛山市是需要一個加氫站的運營許可，武漢的話，是需要取得燃氣經營許可證，所以是有不同，規劃來講的話，國標要求加氫站應該符合城鎮規劃，然后具體來選點。但是具體國內各個省市還未出臺加氫站布局的規劃。那這兩個有共性的地方，剛才提到氫能的認定的問題，那么到底是屬于我們的規劃里面，還是屬于我們的能源，這個各個部門來講，儲能存在一些爭議，所以導致相關的政策是很難有一個統一的標準。還有審批程序還不是特別清晰，比如說目前除了佛山和武漢這兩個地方是出臺了相關的管理辦法，明確了一些用地要求、施工與驗收、運營與監管政策，但是其他的地方沒有，所以具體在這個過程中還存在，所以鏈條還是比較長的，很多的相關部門比我們目前所說的加氣站、電動汽車充電站等所需要做的流程更多。所以這部分的審批流程不清晰的話，可能很大程度上制約加氫站建設的速度，往往在具體的示范地區是通過這樣的頂層設計去完成這樣的工作。
 
        最后補充兩點，一個是貨車電動化趨勢。大家如果看看5月份出臺的第四批新能源汽車目錄里面，大家也可以看到大約170個新能源汽車的車型，然后燃料電池是三塊，都是商用車，但是同樣的商用車，插電混合等有多款。所以我們認為燃料電池在公交車和重型貨車還是有空間的。這塊也是可能會影響到氫能市場的一個需求；另一方面就是補貼與積分的問題，新補貼公布過渡期第一次出現燃料電池補貼退坡的跡象，但是后續的政策可能等到政府的具體公布。但是我們可以看到目前新能源汽車的積分核算來講的話，這個積分力度相當于500公里的電動汽車和40千瓦的燃料汽車是在同一水平，但是500公里的電動汽車相當于4萬塊錢，而燃料電池40Kw就是20萬元，單純以積分的話可能燃料電池的力度是不夠的，所以會出現一種情況，可能是多元補貼政策的支持。比如說燃料電池獲得新能源汽車的積分同時獲得補貼和設施補貼和運營補貼，這樣的話，才能相比燃油汽車和電動汽車存在一定的市場競爭力。
 
        以上就是我為大家介紹的，謝謝大家！