躁动的氢能

文 | 本刊记者 李帅

作为一种可以连接所有能源形式的“万能能源”，氢能正在全球主要国家迅速生长。这个被称为下一代的基础性能源，能否带来新一轮的产业革命？

随着能源转型的快速推进，氢能的战略价值进一步凸显。

氢气是国际公认最理想的能量载体和清洁能源提供者，被誉为“21世纪的终极能源”。在温室气体排放压力日益加大的今天，氢能以热值高、清洁绿色和零排放的独特优势，成为了国际社会发展的共识。

国际氢能委员会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》显示，到2050年，氢能源需求将是目前的10倍，全球能源需求的18%将来自氢能源。

在专家看来，能源结构从碳氢化合物能源为主转向氢能源为主是大势所趋，氢能源将成为下一代的基础能源，而这种基础性能源可能引起新一轮的产业革命。

随着氢能的广泛应用，氢能下游的燃料电池汽车，被看成是汽车行业未来发展的主流方向之一。提早布局相关技术及研发，将有利于在下一代工业体系争夺中占据重要位置。

相关专家表示，如果说中国目前的氢能发展处于2.0阶段，韩国则为2.5，而日本已经达到了3.1。尽管还有较大差距，但氢能正在我国政策层面越来越受到关注，而相关产业的应用也逐步走向普通民众的生活。

中国作为世界第一的能源消费国，在氢能发展上拥有众多优势，例如，中国是目前氢能产能最大的国家，也是氢能分布最广泛的国家。但在技术上，尤其是在氢能高端的装备制造、燃料电池的基础研究等领域，我国与日本、德国、韩国等还有较大的差距。

在氢气获取上，目前氢气来源更多地来自化石能源，未来如何清洁地、低成本地获取氢气仍然是一个重要的课题；在交通方面，目前氢燃料汽车越来越多，但是加氢站建设相对缓慢，涉及规范、技术等等因素；更大的问题则在于，业界“一窝蜂”地把目光放在交通领域的汽车上面，对氢能在发电、储能和建筑方面的应用显然不够重视。

尽管声势浩大，但氢能作为一种能源产业来讲仍然十分弱小，缺乏国家实质性支持以及相应的规划。换言之，氢能虽然已经呈现出汹涌喷发之势，但同时也呈现着美好和坎坷的两面性。

冬奥之地的氢能驱动

从卫星地图上看，河北省张家口市几乎都是连绵的群山，地形较为平缓的中心是被清水河一分为二的桥西区和桥东区。在被周围的群山挤压后，看起来像一个上小下大的“沙漏”，清水河如同那一缕细沙缓缓流下。

张家口市一年四季分明，冬季寒冷而漫长，被誉为“东方达沃斯”。2015年7月，中国北京-张家口击败哈萨克斯坦阿拉木图成为2022年冬奥会的举办城市。绿色、环保无疑是每一届冬奥会的重要理念，而对于张家口市公交系统，同样在追求出行的清洁化，即用电动汽车和氢燃料电池汽车更新传统的燃油车。

2月22日清晨，《能源》记者在首发站百货大楼站坐上了23路公交车，不同于纯电动公交车在冬天会出现电量不足的窘况，空调开放有限，氢燃料电池公交车上则十分暖和，仅过了几站，车上便挤满了人。

作为张家口市第一批投运的氢燃料电池公交车——23路、33路公交车，其运行路线便是从市区“沙漏”的上半部分缓慢走过中间的狭窄部分走到“沙漏”的下端，整个过程耗时一个小时。

目前已经有74辆这样的车在这个“沙漏”内来回穿行，张家口市也成为全国拥有氢燃料电池公交车数量最多的城市。而在2019年，张家口市还计划新增170辆氢燃料电池公交车，到2020年该市将投入使用的氢燃料电池公交车、物流车、出租车预计达到1800辆，氢已然成为张家口市冬奥会外的另一张名片。

在张家口，北京亿华通科技股份有限公司（下简称“亿华通”）已经建设了利用风电的制氢厂，项目由其控股的海珀尔新能源科技有限公司负责。这个位于张家口市中部桥东区的项目包括1座制氢站和配套加氢站，总投资5亿元，计划分两期建设完成，其中一期设计产能2000Nm³/天（约4吨氢气/天），建成后每天可以为300辆氢燃料电池大巴拱氢。

由于制氢厂还没有真正产氢，所以，目前张家口市区内公交车所使用的氢气均为外地运送而来的工业副产氢，价格相对较贵。“制氢厂一期建设在2018年就已完成，具备产氢能力。但是受11·28张家口爆燃事故影响，目前正在做调整、准备工作。”亿华通一位工作人员告诉记者。

目前张家口市仅有一座简易的撬装式加氢站，加氢站的站长告诉记者：“目前的加氢站有三套加氢设备，氢气由长管拖车运送而来，74辆氢燃料电池公交车均在此补充氢气，一次加氢时间在15分钟上下。”

据悉，2019年张家口市还计划将新建5座加氢站，到2020年将累计建成加氢站21座，重点布局在高速公路、奥运赛区等地，提升对冬奥会的交通保障水平。

根据张家口市公交总公司车技部部长霍俊青的描述：“张家口市有丰富的氢能和太阳能进行低成本氢气的制备，大大降低了氢气的使用成本。目前，市内氢气价格为30元/公斤，在全国属最低。虽然这批氢燃料公交车在车辆采购、维护保养等方面比传统车贵，但是随着制造成本的不断降低，这些问题都会好转。”

事实上，不仅仅是张家口市，近年来，氢能在全各地如雨后春笋般出现。在京津冀、长三角、珠三角、华中、西北、西南、东北，有关氢能的规划都在密集发布，或是氢气制取，或是氢燃料电池汽车，“氢都”、“氢谷”林立的局面已然形成。

氢能热潮倒逼国家战略

正月初八，北京下起了大雪，虽然已经是年后上班的第二天，但是街上的人并不多。同样的情形也发生在高校清华大学里，校园里只是偶尔能够见到几个拖着行李箱的学生，但是在能科楼却有一位老者早早地便开始了工作。

“学校还在放假，学生们大都还没有回来。我年前正好去日本东京理工大学参加了第四届氢能研讨会，所以也想和你聊一聊国外对氢能发展的重视。”记者见到清华大学核能与新能源技术研究院教授，同时也是国际氢能协会副主席的毛宗强时，年过七旬的他看起来依然精力充沛。

毛宗强认为：“目前，中国支持氢能发展是无疑的，也出台了一些文件，但是作为领导人针对氢能明确的表态还没有看到，不像韩国、日本等国家，作为国家领导人的总统或首相在讲演中大力倡导氢能。中国如果决定要大力发展氢能，那么也需要经过深入的讨论，在国家领导人层面有一个明确的态度。”

2018年5月，国务院总理李克强在日本首相安倍晋三陪同下参观了丰田汽车的氢燃料电池车，这是中国国家领导人与氢最为接近的时刻。

早在2017年12月，日本便正式发布了“氢能源基本战略”，主要目标包括到2030年左右实现氢能源发电商用化，以削减碳排放并提高能源自给率。

韩国更是将氢能上升到国家战略层面。2019年1月，韩国总统文在寅在蔚山市政府大楼发布“氢能经济发展路线图”，计划到2019年底，在国内普及4000辆以上氢燃料电池汽车；到2025年，建立年产量达10万辆氢燃料电池汽车的生产体系；到2040年，将分阶段生产620万辆氢燃料电池汽车。

截至目前，日本和韩国氢燃料电池汽车的数量均在2000辆的水平。而根据中国电动汽车百人会执行副理事长、中国科学院院士欧阳明高在2018年11月的一次公开讲话，国内现在也已经有2000多辆氢燃料电池汽车。

就在记者采访毛宗强的前一天，江苏常熟发布了《常熟市氢燃料电池汽车产业发展规划》，依托于奇瑞捷豹路虎、观致汽车、丰田研发中心的汽车及核心零部件产业集群的优势，常熟也将加入氢能发展的大潮。

全球各国出台燃料电池产业政策及发展目标

同济大学原汽车学院院长、中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟（下简称“中国氢能联盟”）专家委员会主任余卓平告诉记者：“现在的问题是没有国家的整体规划。各个地方都结合自己的资源开始规划设计，这是一个好事情，但实际上作为一个能源结构的专业阶段，并不是一个地方的事情，而是国家的事情，现在迫切需要的是国家的总体规划。”

2018年2月，国家能源集团牵头，同济大学、中国钢研、中船重工、国家电网、中国一汽、东方电气、航天科技、东风汽车、宝武钢铁、中国中车、三峡集团等多家央企和科研机构参与的中国氢能联盟成立。国务院国资委主任肖亚庆，科技部部长万钢（时任），工信部部长苗圩，国家能源局相关负责人等纷纷出席成立大会，规格不可谓不高。

中国氢能联盟几乎是由国家能源集团一手促成的，总经理凌文亲自挂帅为氢能奔走呼号。毋庸置疑，名噪一时的中国氢能联盟的首要任务就是说服国家将氢能的国家战略地位坐实。

余卓平告诉记者，在清洁能源行动计划里面，只是对氢能有所提及，但是没有全面的布局。 国家能源局现在已经越来越重视氢能，国家将很快做出最终的抉择。

电动汽车的接棒者？

2017年，科技部部长万钢指出：“在未来车用能源中，氢燃料与电力将并存互补，共同支撑新能源汽车产业发展。”在电动汽车补贴退坡的阶段，氢燃料电池汽车或许会成为新能源汽车的另一亮点。

2018年2月，财政部发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，电动汽车补贴退坡力度空前，续航里程短、能量密度低的踢出补贴队伍。但是对于燃料电池汽车，补贴的力度并没有改变。

事情的发展大抵如此，电动汽车虽然还未取得最终的胜利，但是氢燃料电池汽车，尤其是在公交、物流等商用车领域已经蔚然成风。

不知从何时起，氢燃料电池汽车“十城千辆”计划的声音越来越多，而这也是电动汽车的成长轨迹。若最终该计划得到落实，那么电动汽车补贴退坡之后，氢燃料电池汽车必将复制电动汽车的发展路线。

“十城千辆”，全称为“十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程”，2009年由科技部、财政部、发改委、工业和信息化部联合启动，即通过提供财政补贴，计划用3年左右的时间，每年发展10个城市，每个城市推出1000辆新能源汽车开展示范运行，涉及这些大中城市的公交、出租、公务、市政、邮政等领域，力争使全国新能源汽车的运营规模到2012年占到汽车市场份额的10%。

虽然此前的“十城千辆”也包含氢燃料电池汽车，但是发展的基本上都是电动汽车，而新一轮的发展或将是氢燃料电池汽车的时代。

余卓平告诉记者：“国家大力推动氢燃料电池的发展最早是从汽车开始的，在国家科技部“十五”的电动汽车重大专项中提出“三纵三横”的布局中就包含了燃料电池。大家对燃料电池一直报以很大的期望，但在2015年也面临很多质疑，对它的寿命、成本等等，需要消耗铂金这种贵金属。”

但是近几年来燃料电池的技术进步非常快，特别是日本丰田在2014年推出第一代商用的燃料电池汽车——Mirai之后，本田Clarity、现代Nexo也都是量产版氢燃料电池汽车，氢燃料电池汽车的技术日趋成熟，成本也在不断下降。

不同于国外，国内推动燃料电池汽车的发展重点在商用车市场并非是乘用车市场。余卓平解释称：“以公交车为例，因为有固定的运行线路，所以一个加氢站便可以满足一大批的车辆。但是对于乘用车，由于分散在各个角落，要求更为广泛的加氢站。因此，初期的氢燃料电池汽车基本上以商用车为主。”

此外，根据补贴政策，乘用车的补贴标准每辆可补20万元，而商用车达到了50万元，这无疑也是吸引大家都将目光锁定在商用车的关键所在。

而在补贴之外，技术上的差距也不容忽视。氢燃料电池本身主要由两块技术组成，即电堆部分和辅助动力系统部分（bop），国内很多企业都是先从辅助动力系统部分入手，比如空压机等设备的开发。而对于电堆的技术发展，主要依赖于基础研发的投入，甚至说是材料科学的发展。

作为张家口市所有氢燃料电池公交车动力系统的提供商，亿华通自2004年以来即专注于燃料电池发动机的研发与商业化应用，是国内最早开始研究氢燃料电池的企业，公司采取国际合作+自主研发的模式，目前在兼收并蓄基础上，已经开发出全新自主40千瓦、80千瓦的国产燃料电池发动机，性能参数达到国际水平。

亿华通将自己的发展模式称之为“剥洋葱”，从最外层的整车制造，向内部的辅助动力系统，电堆，双极板的核心由易入难，一步步深入核心领域。

无独有偶，深圳国氢新能源科技有限公司总裁王成林也对记者表示：“氢燃料电池的技术和成本下降还需要一个过程，从商业化阶段来讲，国内和国外先进技术差距还比较大，可能要5到8年。我们的路线是从bop部分向电堆部分发展。先使用全球商业化比较成熟，有过很长行驶里程，有安全保障的电堆，合作做动力系统。在这个过程中随着自身技术的不断进步，以及对电堆和材料深入了解，再去做自己的电堆。”

国家队快速入场

与风电、光伏不同，氢能在最开始的阶段虽然也吸引了数以千计的民企入场，围绕氢燃料电池汽车的方方面面寻找机会，但是最引人注目的则是能源央企和国企的迅速入场。

国家能源集团煤化工板块年产超过400万吨氢气；同煤集团也抛出了5000吨/年煤制氢项目规划；在2019年1月组建山东氢能源与燃料电池产业联盟中，兖矿集团便是联盟的发起方，董事长李希勇透露：“兖矿已编制氢能源产业三年行动方案，聚焦氢能、甲醇、合成气、燃料电池发电技术等领域，构建智慧氢能产业链。”

2017年10月，国家电投研究院与辽宁省朝阳市人民政府签约共建氢能源产业基地，项目一期总投资11.3亿元，其中便包括风电制氢应用示范及产业化项目；2018年3月，三峡集团子公司三峡资本公司与美国普顿公司在潍坊高新区技术产业开发区签署氢能产业合作协议，就制氢、储氢和加氢先进装备的研发和生产达成一致意见。

直接征收行为因直接干涉了投资者的财产所有权，因而对直接征收的认定标准较为明确；而以间接方式影响投资者财产权的间接征收行为具有隐蔽性，认定间接征收较为困难，由此亦引起了较多的案件纠纷。

我国正在运营加氢站情况

伴随着氢能发展持续发酵，这样的消息屡见不鲜。

根据2018年10月发布的《中国氢能源与燃料电池产业发展研究报告》，目前国内氢气主要有四个来源，即煤气化制氢约1000万吨，天然气制氢300万吨以上，石油制氢300万吨，工业副产氢约800万吨，电解水制氢100万吨。

根据中国的能源特点，当下用煤制氢是最经济的方式，这也是包括国家能源集团、同煤集团以及兖矿集团等国内重量级煤炭集团纷纷投身氢能的一个重要原因。即便是考虑到碳排放问题，未来的氢气来源将是利用可再生能源电量电解水制氢，几大电力集团也无疑将担当主力。

相比氢气的来源，由于处于氢能发展的初期阶段，氢气的运输和加注被公认为是下一步氢能发展的瓶颈环节。其中氢气储存方面，气瓶技术停留在35MPa的阶段，离国际上70MPa的水平仍有差距，同时加氢站数量少，加氢困难的问题也逐渐凸显。

截至2017年底，日本已经建成91座公用加氢站，美国加州加氢站数量为40座，德国也建成了56座加氢站，其中45座为公用加氢站。

反观国内，2017年9月，全国首个市场化运作的加氢站在佛山市南海区丹灶镇投入使用，该加氢站是一个三级站，共投入1550万元建设而成，储氢能力达360公斤。据不完全统计，国内正在运营的加氢站数量仅为18座，还有超过40座的规划和在建加氢站。

但是，随着氢能发展的不断深入，国家队的企业已经越来越多的开始参与到加氢站建设中，比如国家能源集团和中石化。

国家能源集团在成立氢能联盟之时，便已将目光放到了氢能利用的各个环节，这其中就包括加氢站。2018年11月，神华如皋加氢站建成投产，该加氢站计划安装两台氢气压缩机，日加氢能力达到1000公斤。

而为了降低用地成本，油氢共建成为建设加氢站的重要形式，“三桶油”之一的中石化也已经越来越多地参与进来，比如说国内首个实施加氢加油合建站改造的加油站——广东佛山西樵樟坑（青龙）加油站。

一位知情人士告诉记者：“2018年2月，加油加氢站便开始策划，当时是以地方政府能源更新的名义，做前期的技术调研和站点确定，现在设备选型初步方案已经确定，进入报建阶段。”

上述人士还透露，整个项目基本上属于自主建站，如果剔除场地费用，只算设备和配套机械，以加氢站的安全技术标准大概在1400万元左右。出于安全及稳定性的考虑，许多核心的设备采购都是进口设备，比如说压缩机。

截至目前，中石化已经完成近10个油氢混建站的选址工作，除了上述广东地区的项目之外，中石化在京津冀地区对于加氢站也有越来越多的部署。

“一窝蜂”造车之外的视角

目前，国内氢能发展的所有注意力几乎都集中在汽车方面。但是，如果把氢能作为一种能源，从更大的角度来看，或许能够更全面的发掘氢能的价值和潜力。

余卓平认为：“在我国，以煤炭利用为主，石油、天然气严重依赖进口的能源利用形式不可持续，能源结构调整面临巨大的挑战。国家的能源结构迫切需要找到新的机会去转变，这个机会就是可再生能源，但是由于可再生能源的波动性，又使得整个电力结构不稳定。”

实现可再生能源的大规模利用，氢能作为一种高效的媒介，可以将可再生能源的电变得可储存。从这方面来看，作为二次能源，氢能是一个非常好的补充。

根据氢能理事会发布的报告，氢能如果作为一种能源，在减少二氧化碳排放上发挥的作用将体现在多个方面。

首先，发展氢能可以促进大规模可再生能源的整合和消纳，当电能过剩时，可以通过电解将多余的电能转化为氢气。产生的氢可以在电力供应不足时提供备用电力，也可以用于其他能源消耗领域，如交通运输、工业或居民等，通过这种方式充分利用过剩电能。

此外，氢能是长期性的零碳季节性储能的最佳整体解决方案。虽然蓄电池、超级电容以及压缩空气储能也有助于实现电量平衡，但它们缺乏解决季节性不平衡所需的蓄电容量和蓄能周期。

报告还指出，长距离电力传输会造成能量损失，但通过管道运输氢气几乎可以达到100%的效率。这种优势使氢能在大规模和远距离运输可再生能源时非常具有经济竞争力。

余卓平告诉记者：在氢气储运方面，目前气态运输在技术上相对较为成熟。短距离的气态储运一公斤氢气在150公里的范围内运输的成本略高于2元，这个成本在整个氢气链条中占比大概10%，这是可以接受的。而对于氢气的长途运输，如果大规模执行，不可避免地要谈到氢气的输送管道问题。从初步的测算来看，氢气管道运输整个的成本在2.5元左右，总地来讲也是可控的。未来加强对氢气液态运输方面的研究和开发也是非常重要的。

最为典型的日本，其实现自身氢能战略的方向便是从海外获取氢气资源，为了降低运输成本，也在千方百计的发展储氢技术，比如零下253度的超低温将氢气冷却液化运输，利用基于甲苯与甲基环己烷可逆反应，以及氨、甲烷等能源载体的储氢技术。

当然，氢能在交通领域的应用是这一轮热潮的源头，高效且没有二氧化碳的排放，氢能对于交通领域的环保作用毋庸置疑。与此同时，工业过程中大量消耗天然气、煤炭和石油等化石能源，产生了全球20%的二氧化碳排放，未来随着技术进步，成本下降，氢能对于工业领域的脱碳同样可以发挥重要作用。

事实上，日本除了闻名于世的丰田Mirai氢燃料电池汽车，还有氢燃料电池的家用热电联供（ENE-FARM）计划，也就是说在提供电能的同时也提供热能，满足电力需求的同时将发电过程中产生的热能加以利用向用户供热。

在政府补贴的大力支持下，日本从2009年开始推广家用氢燃料电池系统的商业化应用，2017年，日本共安装了约25万套，成本进一步下降。