一、氢能源概况
（一）氢能简介
氢能是通过氢气和氧气反应所产生的能量，氢能是氢的化学能，与氢原子的核能有区别。氢能是二次能源中的含能体能源，是联系一次能源和能源用户的中间纽带，是一种在常规能源危机的出现、在开发新的二次能源的同时人们期待的新的二次能源，目前液氢已广泛用作航天动力的燃料。氢是一种理想的新的含能体能源，其特点如下表：
图表1.氢能源特点
（二）氢能发展环境
1、全球对氢能的认识
2015年联合国气候变化大会COP21在巴黎召开之际，195个国家同意将全球变暖控制在工业革命之前的气温水平上浮2摄氏度范围之内。为实现这一目标，到2050年世界各国需要将能源消耗相关二氧化碳排放削减60%，即使同期全球人口数量将增长20亿。这将需要我们的能源系统发生戏剧性的转变：能源效率的巨幅提升，向清洁能源和低碳燃料载体的过渡，对于剩余在用化石燃料排放的二氧化碳，其工业收集、存储、再用比例的提升。
氢能是公认的清洁能源，被誉为 21 世纪最具发展前景的二次能源，它有助于解决能源危机、全球变暖以及环境污染，其开发利用得到了各国政府的高度关注。纵观全球，自进入 21 世纪以来，氢能的开发利用步伐逐渐加快，特别是以燃料电池为核心的氢能应用。近年来，燃料电池技术的不断完善带动了以燃料电池为核心的新兴产业的快速发展，特别是欧美日德等发达国家。
2、我国氢能发展环境
根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）》，到2020年，我国氢能产业基础设施发展将取得重大突破。其中，以能源形式利用的氢气产能规模将达到720亿立方米；加氢站数量达到100座；燃料电池车辆达到10000辆；氢能轨道交通车辆达到50列；行业总产值达到3000亿元。到2030年，氢能产业将成为我国新的经济增长点和新能源战略的重要组成部分，产业产值将突破10000亿元；加氢站数量达到1000座，燃料电池车辆保有量达到200万辆，高压氢气长输管道建设里程达到3000km，氢能产业基础设施技术标准体系完善程度迫近发达国家水平，氢能与燃料电池检验检测技术发展及服务平台建设形成对氢能产业发展的有效支撑。
我国《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》确立了包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车的三大发展方向；《中国制造2025》明确了继续支持燃料电池汽车发展；《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》、《能源技术革命重点创新行动路线图》提出“氢能与燃料电池技术创新”等15个重点任务， 这些政策无疑提供了氢能源行业发展的有利政策环境。
（三）氢能应用领域
氢能作为二次能源具有广泛的应用领域，其用途主要有以下几个方面：在冶金业中，氢气是将金属氧化物还原的还原剂，也可作为高温反应的保护气；在航天工业上，氢气是高能燃料；在炼油业中，加氢炼制可得到质量更好的油产品；工业上使用化石能源大量制备氢气，主要将氢气作为中间物用于合成氨、甲醇二醚、烯烃等工业产品。目前，将氢气作为能源直接利用较少，根据国内外发展情况和政策导向，未来氢能应用前景广阔的领域是燃料电池汽车，而加氢站则是实现燃料电池汽车应用的关键配套设施。
图表2.全球氢能应用市场规模预测
资料来源：日本BP清洁技术研究所
二、加氢站技术路线
目前城市加氢站的主流技术路线可分为三类：电解水制氢、天然气重整制氢和外供氢技术。目前世界上大多数加氢站采用的是站内制氢模式;我国受制于站内制氢的成本问题,仍以外供氢模式为主。
（一）电解水制氢
电解水制氢的技术目前已经十分成熟，欧洲大多数加氢站都采用这种技术。电解水制氢装置利用电力将水分解成氢气和氧气后，利用压缩机将氢气以高压形式储存在储罐中，通过加注机完成向燃料电池大客车的氢气加注。由于回收成本的问题，制氢过程中所生成的氧气一般都直接排放到大气中。
图表3.电解水制氢技术路线
资料来源：加氢站考察报告
（二）天然气重整制氢
天然气重整制氢具有制氢成本低的优点，并能充分依托现有的天然气基础设施经验来发展氢能基础设施，但其设备初始投资较大、制备的氢气需要经过纯化工艺方能满足燃料电池的要求。大规模的天然气重整制氢（＞1000 Nm3/h）已广泛应用于化工行业，加氢站站用规模（50-200Nm3/h）的天然气重整制氢技术目前正在开发之中。
图表4. 天然气重整制氢技术路线
资料来源：加氢站考察报告
（三）外供氢技术
使用外供氢气对燃料电池车进行加注，其氢气来自于钢铁企业的副产氢气，使用高压氢气瓶集束拖车运输。外部供氢技术初始成本低，氢气来源是关键。
图表5. 外部供氢技术路线
资料来源：加氢站考察报告
三、加氢站发展状况
（一）加氢站主要设备及成本
加氢站核心设备是氢气压缩机、高压储氢罐和氢气加注机。加氢站通过外部供氢和站内制氢获得氢气后，经过调压干燥系统处理后转化为压力稳定的干燥气体，随后在氢气压缩机的输送下进入高压储氢罐储存，最后通过氢气加注机为燃料电池汽车进行加注。我国在氢气压缩机、高压储氢罐和氢气加注机这些核心设备研制上还处于起步阶段，国外进口依赖度较大。
目前典型加氢站总投资1300-1500万元,加氢能力在800-1200kg/天，其中氢气压缩机、高压储氢罐和氢气加注机等设备成本占加氢站建设成本的70%左右。加氢站建设成本中设备安装、土木工程费用相对固定，加氢站成本的降低主要依赖于关键设备成本的下降。
图表6.加氢站建设成本构成
（二）我国加氢站补贴政策
2014 年 11 月财政部、科技部、工业和信息化部、发展改革委公布了《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》，指出对符合国家技术标准且日加氢能力不少于200kg的新建燃料电池汽车加氢站每个站奖励400万元。与此同时国内部分城市也推出了加氢站项目的扶持政策，国家与地方政策的配合或将成为中国加氢站建设推广的催化剂。
图表7.我国部分城市加氢站建设补贴政策
（三）加氢站建设状况
数据显示，截至2017年8月，全球正在运营的加氢站共有286座。其中，日本、美国和德国是加氢站最多的三个国家，分别有91座、60座和31座。目前中国正在运营的加氢站仅有6座，分别位于北京、上海、、深圳、郑州、大连、佛山。已在运营的这6座加氢站主要是为研发型及共示范性汽车提供加注服务，暂未实现全商业化运营。
图表8.各国在运营加氢站数量（座）
图表9.国内加氢站建设现状一览
相比国外，我国加氢站发展较为滞后，国内加氢站保有量少，且加氢站数量增长缓慢，主要原因是目前我国以发展纯电动汽车为主，燃料电池汽车发展相对缓慢，技术尚不成熟；另一方面，建设加氢站所需的关键部件没有量产的成熟产品，大多依靠进口，加氢站建设成本较高；此外，加氢站运行维护成本较高，加氢站的基础设施需要依靠加氢规模效应平衡收支来盈利，而目前我国燃料电池汽车尚属起步阶段，运营车辆较少，盈利较为困难。
图表10.全球及我国加氢站增长情况
四、我国加氢站发展存在的主要问题
（一）加氢站核心设备制造技术不成熟
氢气压缩机、高压储氢罐、氢气加注机是加氢站的三大核心设备。氢气压缩机方面，我国自主研制的压缩机输出压力达不到加氢站技术要求，核心部件需由美国提供，距离国产化还有较远距离；高压储氢罐方面，国内已经攻克了关键制造技术，但尚未实现量产；氢气加注机方面，国内已经自主研发出产品并进入测试阶段。总体来看，我国加氢站核心设备处于研发起步阶段，国外进口依赖度大，严重阻碍了国内加氢站发展。
（二）下游需求不足，投资回收周期较长
加氢站建设成本每座在1300万元-1500万元，相对于加油站来说，建设投资额度大，以日本为例，建设一座加氢站的投资成本约4.5亿日元，是当地加油站（约1亿日元）建设成本的5倍。其中成本主要集中在加氢站设备方面，占到总成本比例约为70%，降低设备成本将是加氢站推广的工作重点。另一方面，加氢站的基础设施需要依靠加氢规模效应平衡收支来盈利，而目前我国燃料电池汽车尚属起步阶段，运营车辆较少，盈利较为困难，导致加氢站高额的投资需要较长的回收周期，这也是目前阻碍我国加氢站发展的重要因素。
五、总结
随着全球对能源危机意识及环境保护意识的加强，新能源开发利用的需求越发迫切，氢能源作为二次清洁能源，将会是新能源开发利用的重要领域。氢能源下游应用主流方向是燃料电池及其汽车，从全球来看，氢燃料电池关键技术基本攻克，目前的主要任务是从材料和规模化生产两个角度来降低系统成本，提高产品的实用性，以及大规模建设加氢基础设施、推广商业化的示范等方面。我国在氢燃料电池整体技术方面落后美洲、欧洲和日韩等发达国家3-4年，但国内在氢能应用技术上成长较快，有望在全球氢能应用中处于有利的竞争地位。
相比日美德等加氢站建设发展较快国家，我国加氢站发展较为滞后，国内加氢站保有量少，且加氢站数量增长缓慢，不及规划预期。一方面，加氢站所需关键设备，诸如氢气压缩机、高压储氢罐、氢气加注机等，国内研制处于起步阶段，进口依赖度大，国内没有成熟的量产产品，阻碍了国内加氢站的发展进程；另一方面，加氢站的基础设施需要依靠加氢规模效应平衡收支来盈利，而目前我国燃料电池汽车尚属起步阶段，运营车辆较少，盈利较为困难，导致加氢站高额的投资需要较长的回收周期，这是目前阻碍我国加氢站发展的最主要因素。
根据目前现状，建议加氢站的建设运营在绑定需求的基础上进行。
