氢能应用前景好吗

5月21日，由中国电池联盟、中国电子节能技术协会电池专委会和中国化学与物理电源行业协会氢能及燃料电池分会(筹)联合举办的“2019新型制氢技术与加氢站建设高峰论坛”在苏州隆重召开，发改委能源所可再生能源发展中心研究员刘坚作了题目为“氢能应用前景及加氢站经济性”的演讲。以下为刘坚演讲全文：

我们之前所做的一些氢能源方面的研究，最近做新能源汽车比较多，氢能和燃料电池汽车大家关注，我们也做了相关的课题，也是有了自己的看法。

昨天大家讨论比较多的是加氢站的内容，这块我不是内涵，我们所知道的一些情况和信息跟大家做分享。今天分两大块：氢能现状，市场、环境、经济以及未来应用前景，包括交通其他的场景，氢能到底未来在几十年之内，在中国发展的一个情况。然后后面一块更多的是加氢站，一方面是经济问题，一个是政策，政府不明朗，更多的是障碍。

这个大家也是比较清楚的，目前氢能在中国是非常大的产业，每年的氢气产量超过2000万吨，如果我们将总的产业分成生产和消费两部分来看，基本上生产的话依赖于煤制氢和天然气制氢以及工业副产氢，副产氢更来自于焦炉煤气和氯碱等。消费的话，主要是在工业领域的原料，作为一些化工原料的基础原料，还有就是作为一些工业过程中的氢气消费，总体上作为能源的方式来说比较少，占比比较低。虽然中国的氢工业有很大的基础，规模也很大。但是基本上像以化石能源制氢为主的，还是非常小的一种消费的。所以我们希望清洁能源制氢，燃料电池的方式来讲还是有较大的距离。

为什么发展氢能？二次能源的影响取决于一次能源的结构。比如说这幅基于国内的地缘结构来讲，其实就是电动汽车相关的差别，2017年电源结构来看，纯电动汽车实现比新能源汽车排行更低的情况，如果是边缘结构进步和改善的话，比如说右边这张图煤电占比20%，那就有很大的变化，纯电动当然就是排放更低，燃料电池一个是电解水，可再生能源的效率损失，对于电解水的效率损失来讲，环境影响来说小一些，它可能比混合动力的排放更小，但是相对闭纯电动汽车，可能既是新能源占比得到的情况下，还是小。但是纯电动了汽车跟充了上游的电力供应是一体化的，所以动力差一些。制氢就是把生产和消费的时间增多了，但是未来新能源融合的前景更高一些，所以有这样的一个趋势。

这张图是新能源汽车发展的态势，虽然燃料汽车有它性能方面的优势、续航的优势，也有一定的潜力。但是目前燃料电池的发展滞后于电动汽车。去年燃料电池汽车销售不到2000辆，最主要的是供给的问题。最主要的是电池，采用美国能源部（DoE）的数据来看，目前燃料电池的成本比较贵的，虽然成本很贵，但是成本上升空间还是比较高的，像锂电池它比较受限于原材料稀有金属的成本，可能未来是滞后于锂电池的关键因素，但是燃料电池除了铂以外，其实太多的原料限制以及工艺成本的限制，量产以后空间还是很大的。假设燃料电池的成本按照美国能源部来讲，假设是30美元/千瓦，那未来同样是美国能源部的锂离子电池是70美元/千瓦时，以60Kw/1H系统做对比，目前锂离子电池7万元，燃料电池30万元，目前锂离子是有优势的，但是都在极限的情况下，锂离子电池2.5万，燃料电池1万元。从投资的角度来说，燃料电池比锂离子电池来得有发展的空间。

另外一个技术点，就是运营成本，更多的是来自于燃料，就相当于氢能的话，是分几个环节，制氢、储运和加注，制氢来讲，目前成本比较低的就是氢能源制氢和工商业电制氢，基本上成本在10块钱每公斤的成本。这几种方式可能离我们的车用户来说比较远，所以我们往往需要储运的方式，以及加注和最终的成本是40—50块钱公斤。这部分的成本对比汽柴油的成本，已经有一定的竞争力了，但是比起电力来讲的话，同样是百公里，能源的成本来讲，电力的成本是明显低的，是10块钱出头的水平。所以从能源燃料的角度来讲，燃料电池汽车可能还是存在较大的需要提升的环境。

除了车用以外，近段时间对其他几个方面，氢能的应用也做了大体的判断。首先是我们的储能，储能我们引用了一张国际能源署的预测，基本上它是对储能在电力系统里面的技术和场景的应对情况，左边是电力系统的各种调节的需求的种类，右边的这张图就是我们所相适应的储能的技术，可以看到主要是右上角这部分，在储能里面做长周期的季节性的大部分的储能时，我们对比的技术主要是三类：氢气这样的介质，压缩空气，中国目前的车尾气能还是有限的，来解决新能源占比一半的需求来说，还是有很大的差距，剩下的就是压缩空气，压缩空气就国内的资源量，统计比较少，可能未来的空间比较少，氢气是未来实现长周期季节性大规模可再生能源的方式。但是时间跨度比较长，整个电源结构的变化需要很长的时间。短期的氢气的储能需求可能并不是一种直接的刚性需求。

还有刹车，这个更近一些。在国外像美国已经投入了燃料电池叉车的应用，规模不小，用燃料电池的叉车，它一方面主要还是受环保因素的影响，一方面是氢气加氢速度快，环境友好。国内也有一定的空间，虽然主导的是燃油叉车，但是电动叉车处于发展期，燃料电池也有一定的空间。船舶的话就远一些，我们对比了瑞典、美国也有一些，还有日本等有些企业尝试做燃料电池，但是总体感觉规模非常小，国内我们没有了解到有具体的示范项目，可能更多2030年开始市场阶段的变化。

中车目前生产了全球首辆的燃料电池有轨电车，这块来讲的话，国外也有一些应用，但是某种情况上来讲，电网的基础设施还是比较有中国的特色，所以基本上电力的覆盖会影响到我们燃料电池应用的空间，2030年前的空间可能还是比较有限的。

还有是矿山机械，这块相对闭之前利用的柴油发电机和蓄电池来讲都有一些优势，但是主要的问题是充电量，以及这些企业对于燃料电池高成本的敏感度还是很高的，这是一个问题。还有建筑热电联产，这在日本比较多，实现了商业化运行，但是更多的是基于日本的国情决定了它有这样的市场需求。但是国情就是对于能源安全性比较高，但是国内的这方面的空间比较有限，主要是由于目前中国电网的基础条件的问题。还有钢铁这些不多说。

下面看看加氢站的情况，据我了解全国有23座在运的加氢站，基本上200公斤到一吨，但是由于目前由于加注强度比较小，成本比较高，所以国家出台了一些这样的政策。比如说财政部新能源补贴里面明确提出要转向购车环节，对加氢站进行补贴，国补400万/站，地补不低于300万/站，像佛山补贴规模比较高，800万元，还配有运营补贴的支持。但是总体来说，目前除了经济性方面的问题，还有一些是我们的注氢设备存在问题，大量依赖于进口的这样一些设备，比如说压缩机方面，还有燃料电池车辆规模比较小，导致了加氢成本高，还有最根本的是能源的性质定位问题，氢能属于能源还是危化品，这块的话，其实过去我们会受到定位问题，这会引申到很多政策的制定。

加氢站的技术路线主要分两类，一类是气态氢，一类是液态。气态的话主要的核心部件是压缩机和储氢系统，还有加注枪加注系统，还有上游的氢能源包括管道的输氢，现场的制氢，还有一类是国内比较多的拖车的注氢的方式。液态来讲大体的结构类似，但是液态加氢站通过液氢泵来对液氢直接进行加压，通过液氢的气化获得高压氢气，一定程度上可以降低压缩机的投入，同时能效也有一定的技术空间，就是运营成本、能耗成本也会下降。目前说的话，液态加氢站国内基本上没有，主要是其他的加氢站。成本来讲的话，我们这里也做了梳理，主要分两方面，一个是投资还有一个是运维。就投资来说，核心的成本就在于压缩机和我们的储罐的成本，占到整个加氢站投资的一半以上，如果不算用户成本的话。核心来讲的话，可能还是压缩机的成本最高。如果我们想提升加氢站的收益来说，就是需要去降低了初始投资，特别是压缩机方面。国外有一些项目是采用了穿行的加气方式，比如说中压、低压的储氢罐，给车辆分级加压，这会降低成本，但是会提高储罐的要求，氢气储存系统的难度。所以具体的操作层面来讲的话，需要在压缩机和储氢系统里面做平衡。运维方面来讲的话，上游最高的是采购氢气的成本，如果我们是15块钱氢气的话，会占到运维成本的40%，另外一个运维比较贵的是我们的运输，也是一个占比比较高的份额。如果我们将投资和运维都折算到每年的运维成本来看的话，终端氢气如果是40块钱，那我们的氢源40%，加注成本40%，运输20%，所以储运这个环节或者是加注这个环节可能占到终端氢气售价的一半以上。我们知道氢能源是一个难降成本的环节，因为我们目前15块钱是基于比较低的，比如说新能源发电制氢或者是化石能源制氢成本，短期内很难有成本的下降。储运和加注通过加注量的提升，通过技术进步，在近中期还是有一定的成本下降空间。比如说我们这边采用了美国能源部1能源实验室模型的分析，横轴代表加储的强度，这个加氢站的规模，纵轴是单位加注的成本，随着规模提升，成本呈下降的趋势，可以发现规模越大，液氢站的优势更加明显。比如说在这张图里面可以看到达到100辆重型车加注量时，液氢量的加注成本可以低于一半，所以还是比较大的进步的空间。然后主要是因为液氢本身体积不高，大约相当于20Mpa的氢气来讲的话，可以高5倍。那是因为现场需要更少的储罐和空间进行节省。像压缩机的成本下降，特别重要的是运输成本，因为密度高的话，拖车的运行效率更高。另外液氢除了能量密度高，也是一个非常好的预冷装置，本身加氢站需要这样一个预冷装置来预冷，也能降低电耗。

这是对氢气价格的长期判断，近中期来看主要是通过量的提升，比如说提升加氢站的运营强度，每天1000公斤的时候，成本就会有明显下降。然后再下去的话，更多的是依赖于液态加氢的方式，长期来讲的话是成本的下降，加氢机、加氢枪，最终它认为氢气成本降到4美元每公斤的这样一个规模。同样的反过来看看国内的情况，氢能来讲还是10块钱，基本上这个成本近中期很难有成本下降，但是储运和加注，如果假设按照成本60%的话，储运加注可以实现10块钱的一个水平的话，那最终的氢在零售端的价格大概就是20块钱/公斤，20块钱/公斤的话，比起电力12块钱每百公里的话，还是高一些，但是它有加注速度，这样的成本还是有更多的吸引力，除此以外，地方还有额外的运营补贴，可能最终的表现还是可以接受的。

再来简单说说政策问题，目前经济性是层面的问题，政策还是限制了很多实际项目的开展。比如说首当其冲的就是主管部门不清晰，比如说今年国务院政府工作报告提出了推动充电、加氢等设施建设，由财政部、工信部、发改委、上午部、交通运输部、住房城乡建设部、国家能源局等，具体的职责划分不明确，国内制定相关政策比较完善和完整的，广东、武汉。广东市现在是相关的设计、建设、运营，这些东西都是由住房城乡建设厅负责，武汉的经开区将加氢站项目纳入到行政审批局负责。所以目前的主管部门的认定来讲，其实与地方有一些差距，并不是特别统一。另外是行政许可的问题，比如说佛山市是需要一个加氢站的运营许可，武汉的话，是需要取得燃气经营许可证，所以是有不同，规划来讲的话，国标要求加氢站应该符合城镇规划，然后具体来选点。但是具体国内各个省市还未出台加氢站布局的规划。那这两个有共性的地方，刚才提到氢能的认定的问题，那么到底是属于我们的规划里面，还是属于我们的能源，这个各个部门来讲，储能存在一些争议，所以导致相关的政策是很难有一个统一的标准。还有审批程序还不是特别清晰，比如说目前除了佛山和武汉这两个地方是出台了相关的管理办法，明确了一些用地要求、施工与验收、运营与监管政策，但是其他的地方没有，所以具体在这个过程中还存在，所以链条还是比较长的，很多的相关部门比我们目前所说的加气站、电动汽车充电站等所需要做的流程更多。所以这部分的审批流程不清晰的话，可能很大程度上制约加氢站建设的速度，往往在具体的示范地区是通过这样的顶层设计去完成这样的工作。

最后补充两点，一个是货车电动化趋势。大家如果看看5月份出台的第四批新能源汽车目录里面，大家也可以看到大约170个新能源汽车的车型，然后燃料电池是三块，都是商用车，但是同样的商用车，插电混合等有多款。所以我们认为燃料电池在公交车和重型货车还是有空间的。这块也是可能会影响到氢能市场的一个需求；另一方面就是补贴与积分的问题，新补贴公布过渡期第一次出现燃料电池补贴退坡的迹象，但是后续的政策可能等到政府的具体公布。但是我们可以看到目前新能源汽车的积分核算来讲的话，这个积分力度相当于500公里的电动汽车和40千瓦的燃料汽车是在同一水平，但是500公里的电动汽车相当于4万块钱，而燃料电池40Kw就是20万元，单纯以积分的话可能燃料电池的力度是不够的，所以会出现一种情况，可能是多元补贴政策的支持。比如说燃料电池获得新能源汽车的积分同时获得补贴和设施补贴和运营补贴，这样的话，才能相比燃油汽车和电动汽车存在一定的市场竞争力。