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世界主要國家的氫能戰(zhàn)略基本上都是將燃料電池汽車作為切入點的，正是燃料電池成本的大幅下降使得氫能這個人類“終極能源”從理想走近現(xiàn)實，“碳達(dá)峰，碳中和”則是推進(jìn)氫能規(guī)模化應(yīng)用的催化劑。但基于汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展思路使得發(fā)展過程中面臨巨大的使用成本壓力，因此，我們需要進(jìn)一步理解氫能的定位，關(guān)照到氫氣的能源屬性，適當(dāng)調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局。
01
運行：燃料電池車用氫氣供應(yīng)缺口超過1.6萬噸
燃料電池汽車是氫能應(yīng)用的切入點，因為技術(shù)進(jìn)步和國產(chǎn)化進(jìn)程，我們可以預(yù)期燃料電池成本將很快下降至純電動汽車的水平。但燃料電池汽車還只是剛剛起步，產(chǎn)業(yè)的運行就卡在了氫氣的供應(yīng)上。
據(jù)香橙會統(tǒng)計，自2015年至今年8月份，中國累計生產(chǎn)燃料電池汽車8149輛，累計銷售燃料電池汽車8055輛。來自中汽中心的數(shù)據(jù)顯示，到今年8月，接入燃料電池汽車示范運行監(jiān)控平臺的車輛總計6762輛。其中載貨汽車3371輛、公交車2762輛、公路客車626輛、乘用車3輛。
目前，我國燃料電池客車主要以10-11米客車為主，每天正常運行約200km以內(nèi)，耗氫量按照3.8kg/百公里計算，每輛車每天耗氫量約7.6kg/天·輛；燃料電池貨車主要以30噸以上為主，目前主要是短倒為主，日行駛里程約100km，按照耗氫量12kg/百公里計算，每天每輛車耗氫量約12kg/天·輛。
如果按照中汽中心檢測平臺接入車輛總數(shù)滿負(fù)荷運行，則現(xiàn)有車輛每天消耗氫氣66噸左右，年消耗氫氣2.32萬噸（按照350天計算）。
圖1 中汽中心檢測平臺接入車輛
目前，即使還沒有進(jìn)入氫冶金和氫電耦合時代，市場對氫氣的新增需求不僅僅是運行中的燃料電池汽車，燃料電池企業(yè)日常測試也需要用到大量的氫氣，濰柴動力每天用于測試的氫氣就達(dá)到800kg?，F(xiàn)階段燃料電池企業(yè)測試是剛需，預(yù)計全國燃料電池廠家對氫的需求不少于20噸/天，全年需求不少于7000噸。也就是說現(xiàn)階段車用和測試用滿負(fù)荷運行帶來的新增氫氣的需求是3萬噸/年左右。
這對于年產(chǎn)3000多萬噸氫的中國來說似乎不是什么問題，但因為燃料電池用氫的標(biāo)準(zhǔn)和場景與傳統(tǒng)氫氣應(yīng)用不同，原有的氫氣供應(yīng)很難在短時間滿足市場需求，所以，即使這區(qū)區(qū)3萬噸的需求也還是得不到滿足。
廣東佛山是目前最大的氫能產(chǎn)業(yè)基地，加氫站和車輛運行數(shù)都列全國第一，同時還集中了大量的燃料電池及核心零部件生產(chǎn)企業(yè)，每天氫氣需求達(dá)到18噸，但本地產(chǎn)能不足1噸/天，佛山每天有8噸的需求缺口。
從中汽中心檢測平臺監(jiān)測的數(shù)據(jù)來看，8月份在監(jiān)控平臺上顯示運行過的燃料電池汽車有3636輛。其中，公交客車運行2135輛，運行率77.3%；公路客車運行247輛，運行率39.5%；貨車運行1363輛，運行率37.2%，乘用車無運行記錄。
即使8月份在運行車輛也非滿負(fù)荷，其中，運行1-15天的燃料電池汽車共有1485輛，占40.8%；運行16-31天的車輛燃料電池汽車共有2151輛，占59.2%。其中31天全部運行的車輛只有519輛，占14.3%。單車平均上線17.4天。
按照53%的運行比例和單車平均上線天數(shù)，目前車輛運行按照出現(xiàn)天數(shù)計算大約為30.18%。也就說，有近70%的運力是閑置的。
按照中汽中心檢測平臺監(jiān)測的數(shù)據(jù)，8月份運行車輛的月度總行駛里程為1032.8萬公里。其中，燃料電池公交客車運營里程757.2萬公里；燃料電池貨車運營里程242.4萬公里；公路客車33.3萬公里。按照載貨汽車每百公里12kg、公交客車每百公里3.8kg計算，8月份單月燃料電池汽車終端耗氫量為590噸左右。按照這個消耗量平行推算，全年車用耗氫約7000噸。
圖2 中汽中心檢測平臺監(jiān)測數(shù)據(jù)——行駛里程
目前各地尚處于工程測試階段，考慮到目前耗氫量比較大的貨運車出行比例更低，氫氣的需求缺口預(yù)計在1.6萬噸以上。
02
市場：行業(yè)存在氫源與應(yīng)用端錯配
所謂供需缺口并非是沒有氫氣，如果不計成本，我們周遭的物理世界中很多都可以是氫氣的來源，70%的閑置率不一定是沒有氫氣供應(yīng)，核心原因還是因為氫氣太貴，用不起。
從運行車輛的結(jié)構(gòu)就可以看出，由政府主導(dǎo)的公交車運行率77.3%；而市場主導(dǎo)的公路客車和貨運車的運行率分別是39.5%和37.2%。
目前，我國氫氣制取主要來源于煤制氫、天然氣制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫，制氫端的價格約20-30元/kg；運輸費用大約10-20元/kg；加氫站運行及折舊費用約20-30元/kg，氫氣應(yīng)售價約60-80元/kg，政府補貼20-40元/kg，加氫站實際售價約40元/kg。
圖3 氫氣的成本構(gòu)成及銷售價格
資料來源：熊華文《雙碳目標(biāo)下我國氫能發(fā)展的定位和路徑》
在我國，煤制氫占了62%的比重，電解水制氫只占到1%，而且氫氣來源主要在西北、華北和華東地區(qū)，而目前我國用氫最大的地區(qū)在廣東。
圖4 我國氫氣來源與各種氫氣的成本比較
資料來源：熊華文《雙碳目標(biāo)下我國氫能發(fā)展的定位和路徑》
表1 當(dāng)前我國氫氣產(chǎn)能分布
資料來源：中汽中心
比較遺憾的是，就像是氫能和燃料電池行業(yè)一樣，人們把更多的注意力集中在燃料電池汽車上，中汽中心的監(jiān)測報告只有車輛運行的數(shù)據(jù)，沒有加氫量、氫氣價格和加氫站的流量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)本來是可以監(jiān)控的，也許，擅長車端信息的汽車中心至今還沒有意識到作為能源的氫氣在產(chǎn)業(yè)鏈中的重要性。
盡管從氫氣資源和成本來看，廣東地區(qū)的氫氣成本遠(yuǎn)高于上海地區(qū)，但從各地接入車輛和運行車輛的比較來看，8上海車輛運行的積極性卻遠(yuǎn)低于廣東地區(qū)。顯然，現(xiàn)階段這不是一個市場驅(qū)動的產(chǎn)業(yè)，所以，存在資源錯配的現(xiàn)象。
圖7 8月份各地接入車輛與運行車輛比較
資料來源：中汽中心
03
定位：氫能在未來能源系統(tǒng)中的三大定位
在逆全球化的背景下，減碳成為全球最大的共識，而氫能的應(yīng)用則成為減碳的重要手段。目前，全球經(jīng)濟總量75%的國家涉足氫能，超20個國家制定了氫能及燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃。
2019年10月，李克強總理主持召開國家能源委員會會議，提出探索氫能商業(yè)化路徑；2020年4月，《中華人民共和國能源法》征求意見，擬將氫能列為能源；氫能規(guī)劃納入2020年全國年度發(fā)展計劃草案。
8月份，財政部等五部委《關(guān)于啟動燃料電池汽車示范應(yīng)用工作的通知》，確定京津冀、上海、廣東城市群為國家燃料電池汽車示范城市群，正式從國家層面啟動燃料電池汽車示范。其他未進(jìn)入示范區(qū)的地區(qū)也在積極推進(jìn)氫能戰(zhàn)略，到今年上半年，我國已有20多個省市、46個城市開始制定關(guān)于氫能產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略規(guī)劃。
國研制庫高質(zhì)量發(fā)展研究中心負(fù)責(zé)人張長令預(yù)計今年氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展定位和規(guī)劃或?qū)⒚骼省?/span>
有人說氫能是“終極能源”、氫能將在能源系統(tǒng)中占據(jù)統(tǒng)治地位，也有人說氫能是清潔、高效、零碳能源、氫是自然界中最為豐富的資源，還有人說氫能是“21世紀(jì)能源解決方案”、氫能是最佳能源利用方式。
9月17日，在中國化工物流安全環(huán)保發(fā)展論壇上，發(fā)改委能源所能源與環(huán)境中心主任熊華文做主題報告：《雙碳目標(biāo)下我國氫能發(fā)展的定位和路徑》，提出了我國對氫能的戰(zhàn)略定位。熊華文表示，以上這些表達(dá)一定程度上反應(yīng)了市場的熱度，但都不太科學(xué)，也不準(zhǔn)確。他說，未來將是多種能源組成的大的能源體系，供給端由煤炭、石油、天然氣和非化石能源構(gòu)成，并大力提高非化石能源的比例；需求端主要是工業(yè)、交通、建筑和生活。
在雙碳目標(biāo)下的圖景是，在控制能源消費總量的前提下，以可再生能源為主體，以電力為中心，多能互補，協(xié)調(diào)發(fā)展。氫能在未來能源系統(tǒng)中的三大定位：
（1） 高效低碳的二次能源。如在交通領(lǐng)域由燃料電池替代燃油發(fā)動機；家用熱電聯(lián)產(chǎn)；天然氣摻氫；
（2） 靈活智慧的能源載體。促進(jìn)可再生能源的規(guī)模化消納，構(gòu)建多能互補的智慧化能源體系；分布式電源、應(yīng)急保障電源；
（3） 綠色清潔的工業(yè)原料。綠色氫氣替代傳統(tǒng)工業(yè)制氫工藝增加氫氣使用，生產(chǎn)高值產(chǎn)品
04
規(guī)模：氫能在未來能源中的比例將達(dá)到20%-25%
據(jù)國際氫能委員會預(yù)計
這個比例已經(jīng)超過了目前天然氣在能源結(jié)構(gòu)中的比例，考慮我國能源消費總規(guī)模還處于上升階段，10%在未來能源結(jié)構(gòu)中的消費量將是目前天然氣兩倍以上，相當(dāng)于現(xiàn)階段石油的消費量。
圖8 2012年-2019年中國能源消費結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)來源：東北能源觀察《中國能源大數(shù)據(jù)報告（2021）》
不過，10%似乎還不是氫氣在未來能源中的理想定位，今年4月21日中國氫能聯(lián)盟發(fā)布《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》時余卓平教授預(yù)測：2030年我國可再生能源制氫有望實現(xiàn)平價，甚至比平價還要低的水平，到2060年氫能在我國終端能源里面的占比將達(dá)到20%。
熊華文在報告中表示，在多能互補的能源體系下，能用電盡量用電，電解決不了的領(lǐng)域氫就是一個重要的補充。雙碳目標(biāo)下，到2050年，電在消費中的比例占65-70%，我國氫的需求或達(dá)到1.5億噸，相當(dāng)于終端能源消費的20-25%。
這一比例比此前相關(guān)部門的預(yù)測10%高出一倍甚至更多。其中交通部門3800萬噸以上；建筑、電力及其它部門用氫需求將達(dá)1800萬噸以上；作為綠色清潔的工業(yè)原料大約2920萬噸，其中在鋼鐵領(lǐng)域作為還原屬性約720萬噸，在煉油和化工領(lǐng)域作為元素屬性約2200萬噸。
也就是說，未來氫在交通運輸領(lǐng)域中的比例大約只占到25%左右，更多的應(yīng)用將來自與可再生能源的耦合、工業(yè)原料、建筑、電力等，其作為能源將兼有石油、天然氣的能源屬性，也具有化工原料及儲能屬性。
05
建議：優(yōu)化供需體系，降低氫氣成本
顯然，要降低運行成本，實現(xiàn)2030年氫氣平價的目標(biāo)，需要從氫氣的制備、儲運、加氫站、資源優(yōu)化配置幾個方向來努力。
制氫：目前制氫端也存在一個矛盾，成本最低的煤制氫排放量最大，可再生能源電解水制氫最環(huán)保，但成本高，所以，需要各地充分調(diào)動當(dāng)?shù)刭Y源，采取最經(jīng)濟環(huán)保的方式，可以提純工業(yè)副產(chǎn)氫，利用電廠閑置電力電解水，甲醇制氫，或就近開發(fā)可再生能源制氫等，如對佛山來說，廣東的陽江地區(qū)就有比較豐富的光伏資源。
現(xiàn)在大部分地區(qū)工業(yè)副產(chǎn)氫的價格可以控制在10元/kg以內(nèi)，而甲醇制氫比較靈活，可以做到到站價格30元左右。
綠氫是一個漸進(jìn)的過程，但不妨礙有條件的光伏企業(yè)率先開始應(yīng)用研究，包括電解水制氫和氫氣與可再生能源的耦合。
儲運：就像制氫一樣，大家最關(guān)心的是電解水制氫，但用得最多的還是煤制氫、天然氣制氫或工業(yè)副產(chǎn)氫。在運輸端，市場關(guān)注比較多的是液氫，但現(xiàn)階段“本地化”推廣應(yīng)用更多還是采用靈活度較高的高壓運輸，高壓運輸本身還有很大的能力釋放空間。
如20MPa管束車運氫量為382kg，如果壓力升到30MPa裝載量就可以提升63.61%，如果壓力提升到50MPa，裝載量就可以提升143.46%。運輸成本可以從現(xiàn)在的平均運價15元/kg下降至7-8元/kg。
顯然，車載瓶也是壓力較高的經(jīng)濟性更好。目前市場使用的標(biāo)準(zhǔn)是20MPa的管束車和35MPa的車載瓶，但歐美、日韓已經(jīng)采用在52MPa的管束車、70MPa的四型瓶，參照國外標(biāo)準(zhǔn)，提高氫氣儲運的效率可以大大節(jié)省成本。
目前的產(chǎn)業(yè)生態(tài)管道可以連接距離不遠(yuǎn)集中供氫和集中用氫的兩端，但液氫則需要有300公里以上跨地區(qū)的氫氣運輸才會有經(jīng)濟性，短期內(nèi)難以形成主流。
加氫站：首先是隨著加氫站數(shù)量的增加，行業(yè)內(nèi)競標(biāo)企業(yè)也迅速增加，加氫站成本在大幅下降，過去建一座1000kg/天的加氫站大約需要1500萬，現(xiàn)在可以控制在1000萬元左右，如果混合建站則可以降到700萬左右。
目前我國建站標(biāo)準(zhǔn)高（占地面積過大），建站地點偏（車輛流量不高)、審批程序復(fù)雜（時間成本）都抬高了加氫站的成本，所以，降低成本還需要在標(biāo)準(zhǔn)上參照國外先進(jìn)水平，修訂加氫站建站標(biāo)準(zhǔn)，簡化審批手續(xù)。
對于加氫站來說，流量是最重要的指標(biāo)，只有發(fā)展乘用車，加氫站的流量才會起來，在我看來，如果燃料電池汽車僅僅定位商用車無疑是會抬高產(chǎn)業(yè)鏈的運行成本的。否則，以差不多1/10于乘用車的商用汽車來建加氫站，顯然是不足以實現(xiàn)經(jīng)濟性的。當(dāng)然，發(fā)展乘用車不僅僅是增加加氫站流量這一個意義，實際上出租車、網(wǎng)約車等運營車輛，特別是氣溫較低的北方地區(qū)本身具有較純電動汽車很大的優(yōu)勢。
資源優(yōu)化配置：氫能和燃料電池汽車實際上是兩個產(chǎn)業(yè)，而且兩個產(chǎn)業(yè)都需要創(chuàng)新，這與光伏、風(fēng)電和純電動汽車都不同，光伏、風(fēng)電就是電力能源，而純電動汽車的功夫在應(yīng)用端，電的來源是簡單的。
而氫作為能源和燃料電池汽車過去是兩個產(chǎn)業(yè)，因為全世界很多國家都將交通運輸設(shè)備作為氫能應(yīng)用的切入點，這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展很容易就陷入燃油車或者純電動的思路，我們觀察到目前五部委批復(fù)的三個示范區(qū)也是基于燃料電池產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，而對能源端的考慮是比較欠缺的。
好在三個示范區(qū)不是封閉式的，每個示范區(qū)都有跨地區(qū)的安排，所以，建議將制造端放在距離配套環(huán)境比較好的中心城市，應(yīng)用端盡量靠近氫能資源地區(qū)，運車的成本遠(yuǎn)低于運氫的成本。就像日本豐田，他們生產(chǎn)的車更多并不是在本國銷售，他們約2/3的車輛出口歐美。
一開始主導(dǎo)氫能產(chǎn)業(yè)的是燃料電池或整車企業(yè)，現(xiàn)在越來越多的能源企業(yè)進(jìn)入到這個產(chǎn)業(yè)，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中不僅要關(guān)照到燃料電池車用屬性，還要關(guān)照到氫氣的能源屬性，特別是關(guān)照到其作為二次能源的三個定位。在充分理解氫能特性的前提下示范或者布局，可能會大大降低運營成本。