陳天馳

上海華誼（集團(tuán)）公司 （上海 200040）

0 前言

為應(yīng)對傳統(tǒng)化石能源枯竭和全球變暖等環(huán)境問題的挑戰(zhàn)，脫碳加氫是能源技術(shù)未來發(fā)展的必然趨勢。其中，氫能作為一種低碳高效的二次能源，來源廣泛，儲運(yùn)方式靈活，被普遍認(rèn)為將與電能互補(bǔ)，在未來社會能源體系的轉(zhuǎn)型中扮演重要的角色。燃料電池汽車是氫能應(yīng)用推廣最重要的組成部分之一，其續(xù)航里程長，充氣時間短，行駛過程完全零排放，是純電動車以外又一越來越受到關(guān)注和重視的新能源汽車發(fā)展方向。

燃料電池汽車以氫氣為燃料，通過燃料電池發(fā)電提供驅(qū)動力，并借助加氫站為其提供氫氣加注服務(wù)。因此，要發(fā)展燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)，加氫站等配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)是先決條件。近年來，多項國家級政策及發(fā)展規(guī)劃大力鼓勵和支持氫能的應(yīng)用推廣，尤其注重基礎(chǔ)設(shè)施的完善。2019年，“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”更是被寫入政府工作報告，再次在各地引起氫能的研究和投資熱潮。但需要注意的是，并非每個地區(qū)都適合發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，不考慮區(qū)域資源稟賦和發(fā)展?jié)摿Φ呐荞R圈地，最終很可能導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，亦不利于產(chǎn)業(yè)的有序進(jìn)步?；诖?，本文擬以加氫站的實際有效運(yùn)營為目標(biāo)，探討加氫站規(guī)劃布局與選址應(yīng)考慮的主要因素，提出合理化建議，為構(gòu)建有效的加氫站網(wǎng)絡(luò)，探索成熟的氫能應(yīng)用商業(yè)模式提供支持。

目前全球的氫能產(chǎn)業(yè)仍處于導(dǎo)入期，加氫站建設(shè)的規(guī)模比較小。據(jù)H2stations網(wǎng)站統(tǒng)計，截至2018年年底，全球加氫站數(shù)量達(dá)到369座，其中，日本（102 座）、德國（60 座）、美國（42 座）合計擁有 204座，占比達(dá)到55%。這3個國家在燃料電池與氫能應(yīng)用領(lǐng)域亦處于世界領(lǐng)先地位。我國國內(nèi)有23座加氫站已投入運(yùn)營，各地在建或規(guī)劃中到2020年將建成的站數(shù)超過100座。參考日、美等領(lǐng)先國家前期的建設(shè)經(jīng)驗和應(yīng)用實踐，同時結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)階段的實際應(yīng)用需求、資源條件等情況，當(dāng)前我國加氫站的規(guī)劃選址應(yīng)從全局出發(fā)，至少考慮潛在市場、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同、上游資源3方面的要素。

1 瞄準(zhǔn)潛在市場

加油站在其一定的服務(wù)半徑內(nèi)具有排他性，因而其規(guī)劃與設(shè)置應(yīng)以實際需求預(yù)測為依據(jù)。2003年《國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會、建設(shè)部關(guān)于完善加油站行業(yè)發(fā)展規(guī)劃的意見》（國經(jīng)貿(mào)貿(mào)易[2003]147號）中就明確要求：國道、省道百公里加油站數(shù)量原則上不得超過6對，高速公路加油站按照國家相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，每百公里不得超過兩對。而加氫站作為功能性相仿的燃料補(bǔ)給站點(diǎn)，同樣具備區(qū)域排他性的特征。另外，單個加油站的投資僅在百萬元量級，而單個加氫站的投資達(dá)到1 500萬～2 000萬元，固定站建成后又有不可逆性，這就更加要求加氫站即使在發(fā)展初期，規(guī)劃選址亦不宜盲目，而應(yīng)首先考慮未來潛在的市場需求，以構(gòu)建合理化分布的加氫站網(wǎng)絡(luò)為目標(biāo)選取布點(diǎn)位置，為未來市場做好準(zhǔn)備。

那么加氫站的未來市場，即燃料電池車的目標(biāo)客戶群，最可能分布在哪些區(qū)域呢？2018年美國加利福尼亞州空氣資源委員會（CARB）針對首批燃料電池車使用者的調(diào)研或可提供一些啟示。加州是全世界范圍內(nèi)推廣燃料電池車最快最多的地區(qū)，截至2018年5月已有約4819輛燃料電池車上路，配套的加氫站有36個正在運(yùn)營，29個在建[1]。該項調(diào)研共訪問640位使用者（約占15%），旨在為加州進(jìn)一步建設(shè)加氫站網(wǎng)絡(luò)、擴(kuò)大覆蓋范圍和密度提供優(yōu)先選址的建議。

調(diào)研結(jié)果顯示，首批燃料電池車的用戶具備良好的教育背景，80%以上擁有學(xué)士以上學(xué)位 （如圖1[1]所示）；同時家庭收入相對優(yōu)厚，大約2/3年均收入超過10萬美元（如圖2所示[1]）。而關(guān)于購車時的考慮因素，約有30%的受訪者表示“降低環(huán)境壓力”是首要考量要素（如圖3所示[1]）。這表明該群體對環(huán)境的關(guān)注程度非常高，也認(rèn)可燃料電池車在減排方面的突出優(yōu)勢。

圖1 燃料電池車使用者的教育背景

綜合上述客戶畫像的關(guān)鍵要素，燃料電池車的目標(biāo)市場應(yīng)優(yōu)先瞄準(zhǔn)匯集了大量高收入、高學(xué)歷、高層次人群的中心城市。上述中心城市通常也是人流、物流的集散中心，這客觀上也能夠為燃料電池車的先期示范和運(yùn)行探索創(chuàng)造有利條件。

圖2 燃料電池車使用者的家庭收入

圖3 燃料電池車使用者購車時的最重要考慮因素

圖4 加氫站地點(diǎn)對燃料電池車使用者購車選擇最重要的影響因素

同時，加氫站的地址選擇也會對燃料電池車使用者的購車決定產(chǎn)生影響，如圖4[1]所示。超過50%的使用者認(rèn)為在家附近的加氫站對其購車影響最大，沿著通勤線路次之，此外包括靠近高頻目的地和度假地。

分析表明，上述考量要素與加油站/加氣站布點(diǎn)極為相似，因而對加氫站而言，優(yōu)先考慮圍繞原加油站/加氣站所在地選址，在條件允許的情況下探索合建站的模式，可能是最佳路徑。

國內(nèi)加油站/加氣站網(wǎng)絡(luò)多掌控在中石化、中石油等能源巨頭手中，相比充電樁，布局加氫站從而大力推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展更符合他們的戰(zhàn)略訴求。如能夠通過合建站的模式有效利用好這些能源巨頭的土地、氫氣資源、渠道等優(yōu)勢，將為加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的鋪開節(jié)省大量初期成本。

2 依托產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同

日本在氫能與燃料電池技術(shù)上處于絕對領(lǐng)先地位，日本政府甚至將氫能的重要性提升到了國家戰(zhàn)略層面。早在2014年，日本經(jīng)濟(jì)貿(mào)易產(chǎn)業(yè)?。∕ETI）就提出要實現(xiàn)“氫能社會”，到2040年建設(shè)完善零碳排放的氫燃料供給體系。但其近年來燃料電池車的推廣速度并不盡如人意。2017年，其全境近100個加氫站的全年合計加氫量僅為150 t，按單站加注能力200 kg/d估算，平均的實際運(yùn)營負(fù)荷不到3%?？紤]到加氫站的初始投資成本很高，日常運(yùn)營維護(hù)也需要不菲的費(fèi)用，這種超低負(fù)荷狀態(tài)使多數(shù)加氫站長期虧損，十分不利于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

那么如何提高燃料電池車的普及度呢？中國給出的答案是商用車先行。與日美直接瞄準(zhǔn)私家車市場的策略不同，背靠國內(nèi)廣大的商用車市場，中國發(fā)展燃料電池車的思路是先從商用車開始示范運(yùn)行，在此過程中逐步完善加氫站建設(shè)，最終向乘用車領(lǐng)域擴(kuò)散（見圖5）?！吨袊圃?025》等國家規(guī)劃即很好地體現(xiàn)了這一思路。

圖5 中國燃料電池車發(fā)展的思路

一般而言，商用車以車隊為單位，氫氣需求量大，且行駛路線相對固定，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)入期僅需配套少量加氫站即可實現(xiàn)閉環(huán)，對提升加氫站的運(yùn)營負(fù)荷率使其達(dá)到或接近自負(fù)盈虧水平，從而促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展的意義不言而喻。

但即便對于商用車，目前燃料電池車的推廣依然存在不小的困難。除了其系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性還面臨一定的挑戰(zhàn)之外[2]，購置成本高企（一輛上汽大通FCV80燃料電池車的售價為130萬元，一輛12 m長燃料電池公交車的售價為150萬～200萬元）也是重要的障礙。對于物流車、通勤班車等商用車隊來說，選擇燃料電池車事實上不具備經(jīng)濟(jì)性，運(yùn)營方的長期投入意愿存在很大疑問。

在此條件下，地方政府對產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和扶持至關(guān)重要。一方面，通過財政補(bǔ)貼的方式可在一定程度上降低加氫站和車輛運(yùn)營方的成本，緩解資金壓力；另一方面，轄區(qū)內(nèi)的公交公司可在早期不過多考慮成本限制，提供一定數(shù)量的公交線路進(jìn)行示范，為培育產(chǎn)業(yè)提供土壤。

因此，在現(xiàn)階段行業(yè)發(fā)展初期，加氫站的規(guī)劃選點(diǎn)應(yīng)與商用車隊的示范應(yīng)用相結(jié)合，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同以求車站聯(lián)動。選取佛山、上海等（如表1所示）上下游產(chǎn)業(yè)鏈具備可靠基礎(chǔ)、地方政府已有具體補(bǔ)貼措施出臺，產(chǎn)業(yè)扶持的決心和力度都比較大的地區(qū)進(jìn)行加氫站規(guī)劃布點(diǎn)，更可能實現(xiàn)配套燃料電池商用車的示范落地，是較穩(wěn)妥的方案。

表1 地方已推出的加氫站建設(shè)/運(yùn)營方面的補(bǔ)貼政策

3 圍繞上游資源

從燃料電池用戶的角度出發(fā)，目前對氫氣價格的期望水平是至少與燃油車可比，甚至略低于燃油車。以柴油為例作簡單的估算。柴油平均價格為6.5元/L，其體積能量密度約為36.7 MJ/L（參考GB/T 2589—2008《綜合能耗計算通則》，下同），考慮柴油機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率 （約30%），1 L柴油實際轉(zhuǎn)換能量為11.01 MJ。而如果利用燃料電池將氫氣轉(zhuǎn)換出相同的能量，考慮到燃料電池的轉(zhuǎn)換效率稍高（50%），氫氣的質(zhì)量能量密度為143 MJ/kg，則所需要的氫氣量約為11.01/50%/143=0.15 kg。即要使終端用戶的燃料使用成本相當(dāng)，氫氣售價應(yīng)控制在6.5/0.15=43元/kg左右。

再從氫氣的成本出發(fā)進(jìn)行分析。目前氫氣加注到車的成本主要分為三部分：一是制備/提純成本，二是運(yùn)輸成本，三是站內(nèi)成本。不同制備方式的制備/提純成本如表2所示[3]。

表2 不同制備方式的氫氣制備/提純成本

運(yùn)輸成本指從氫源點(diǎn)通過管束車運(yùn)送到加氫站產(chǎn)生的成本。通常包括管束車折舊與檢測成本 （約20萬元/a），可變成本（約10元/km）?？勺兂杀居职秃?、過路費(fèi)、保養(yǎng)費(fèi)、人工工資等，隨運(yùn)輸距離增加而直線增加。按單管束車單次有效運(yùn)載氫氣300 kg，往返里程（150×2）km 估算，運(yùn)輸可變成本部分約為10元/kg。

以一個典型的500 kg/d加注能力、投資總額約為1500萬元的站為例，站內(nèi)成本主要包括：人工成本（2人次，約30萬元/a），公用工程成本（電耗等，約15萬元/a），運(yùn)營維護(hù)成本（約50萬元/a）及固定資產(chǎn)折舊（約100萬元/a）等。在投資規(guī)模一定的情況下，降低站內(nèi)成本的途徑主要在于提高運(yùn)營負(fù)荷率。假設(shè)其運(yùn)營負(fù)荷達(dá)到80%，那么站內(nèi)成本大約為13.4元/kg。

從表3可以看到，在未考慮加氫站本身利潤的情況下，制備/提純成本需控制在18.3元/kg以內(nèi)?；谖覈墓I(yè)副產(chǎn)氫氣資源豐富，僅氯堿行業(yè)即可提供每年超過100萬t優(yōu)質(zhì)氫氣，上述制備/提純成本也相對在可接受的范疇，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期階段以優(yōu)先消納上述資源為佳。

表3 加氫站氫氣成本構(gòu)成

綜上所述，加氫站氫氣降本以滿足終端客戶對價格水平期望的關(guān)鍵，除了提高運(yùn)營負(fù)荷外，核心控制環(huán)節(jié)一是獲取低成本的穩(wěn)定氫源以降低制備/提純成本，二是盡可能縮短運(yùn)輸距離以降低運(yùn)輸可變成本。[4-5]這就要求加氫站的規(guī)劃選址充分考慮地區(qū)的資源稟賦條件，從獲取低成本氫源的便利性和穩(wěn)定性出發(fā)，優(yōu)先布置在多處低成本氫源點(diǎn)可有效覆蓋的區(qū)域（100 km內(nèi)最優(yōu)）。因此，氯堿、丙烷脫氫等產(chǎn)能集中的華東區(qū)（江蘇、浙江、上海、安徽、山東等）及焦炭/焦油等產(chǎn)能集中的華北區(qū)（河北、山西、北京等）可能是首選的考慮方向。

4 結(jié)語

從國內(nèi)現(xiàn)階段氫能行業(yè)發(fā)展的實際出發(fā)，考慮市場、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同、上游資源等要素，加氫站的規(guī)劃選址應(yīng)參考下述條件：

（1）優(yōu)先中心城市，并考慮依托原加油站/加氣站網(wǎng)絡(luò)；

（2）上下游產(chǎn)業(yè)鏈有基礎(chǔ)，地方產(chǎn)業(yè)扶持有力度，商用車示范易落地的區(qū)域；

（3）多處低成本氫源點(diǎn)可有效覆蓋，保障穩(wěn)定供應(yīng)的區(qū)域。