為應(yīng)對(duì)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(shì)。
其中，氫能作為一種低碳高效的二次能源，來源廣泛，儲(chǔ)運(yùn)方式靈活，被普遍認(rèn)為將與電能互補(bǔ)，在未來社會(huì)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(zhǎng)，充氣時(shí)間短，行駛過程完全零排放，是純電動(dòng)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(dòng)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(xiàng)國(guó)家級(jí)政策及發(fā)展規(guī)劃大力鼓勵(lì)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(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”更是被寫入政府工作報(bào)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(gè)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。
基于此，本文擬以加氫站的實(shí)際有效運(yùn)營(yíng)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(jì)，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(guó)（60座）、美國(guó)（42座）合計(jì)擁有204座，占比達(dá)到55%。這3個(gè)國(guó)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(guó)國(guó)內(nèi)有23座加氫站已投入運(yùn)營(yíng)，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(guó)家前期的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用實(shí)踐，同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段的實(shí)際應(yīng)用需求、資源條件等情況，當(dāng)前我國(guó)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(chǎng)、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同、上游資源3方面的要素。
瞄準(zhǔn)潛在市場(chǎng)
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(shí)際需求預(yù)測(cè)為依據(jù)。
2003年《國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)、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(guó)經(jīng)貿(mào)貿(mào)易[2003]147號(hào)）中就明確要求：國(guó)道、省道百公里加油站數(shù)量原則上不得超過6對(duì)，高速公路加油站按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，每百公里不得超過兩對(duì)。
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(gè)加油站的投資僅在百萬(wàn)元量級(jí)，而單個(gè)加氫站的投資達(dá)到1500萬(wàn)——2000萬(wàn)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(chǎng)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(chǎng)做好準(zhǔn)備。
那么加氫站的未來市場(chǎng)，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(guó)加利福尼亞州空氣資源委員會(huì)（CARB）針對(duì)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(gè)正在運(yùn)營(yíng)，29個(gè)在建。
該項(xiàng)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；同時(shí)家庭收入相對(duì)優(yōu)厚，大約2/3年均收入超過10萬(wàn)美元。
而關(guān)于購(gòu)車時(shí)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。
這表明該群體對(duì)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(shì)。
燃料電池車的目標(biāo)市場(chǎng)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?yàn)槿剂想姵剀嚨南绕谑痉逗瓦\(yùn)行探索創(chuàng)造有利條件。
同時(shí)，加氫站的地址選擇也會(huì)對(duì)燃料電池車使用者的購(gòu)車決定產(chǎn)生影響。
超過50%的使用者認(rèn)為在家附近的加氫站對(duì)其購(gòu)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(duì)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(guó)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(dòng)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(shì)，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。
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(duì)領(lǐng)先地位，日本政府甚至將氫能的重要性提升到了國(guó)家戰(zhàn)略層面。
早在2014年，日本經(jīng)濟(jì)貿(mào)易產(chǎn)業(yè)省（METI）就提出要實(shí)現(xiàn)“氫能社會(huì)”，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(gè)加氫站的全年合計(jì)加氫量?jī)H為150t，按單站加注能力200kg/d估算，平均的實(shí)際運(yùn)營(yíng)負(fù)荷不到3%。
考慮到加氫站的初始投資成本很高，日常運(yùn)營(yíng)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(zhǎng)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(guó)給出的答案是商用車先行。
與日美直接瞄準(zhǔn)私家車市場(chǎng)的策略不同，背靠國(guó)內(nèi)廣大的商用車市場(chǎng)，中國(guó)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，《中國(guó)制造2025》等國(guó)家規(guī)劃即很好地體現(xiàn)了這一思路。
一般而言，商用車以車隊(duì)為單位，氫氣需求量大，且行駛路線相對(duì)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(shí)現(xiàn)閉環(huán)，對(duì)提升加氫站的運(yùn)營(yíng)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(duì)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，購(gòu)置成本高企（一輛上汽大通FCV80燃料電池車的售價(jià)為130萬(wàn)元，一輛12m長(zhǎng)燃料電池公交車的售價(jià)為150萬(wàn)——200萬(wàn)元）也是重要的障礙。
對(duì)于物流車、通勤班車等商用車隊(duì)來說，選擇燃料電池車事實(shí)上不具備經(jīng)濟(jì)性，運(yùn)營(yíng)方的長(zhǎng)期投入意愿存在很大疑問。
在此條件下，地方政府對(duì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和扶持至關(guān)重要。
一方面，通過財(cái)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(yíng)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(duì)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(dòng)。
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(tái)，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(shí)現(xiàn)配套燃料電池商用車的示范落地，是較穩(wěn)妥的方案。
圍繞上游資源
從燃料電池用戶的角度出發(fā)，目前對(duì)氫氣價(jià)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(jiǎn)單的估算。柴油平均價(jià)格為6.5元/L，其體積能量密度約為36.7MJ/L（參考GB/T2589—2008《綜合能耗計(jì)算通則》，下同），考慮柴油機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率（約30%），1L柴油實(shí)際轉(zhuǎn)換能量為11.01MJ。
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143MJ/kg，則所需要的氫氣量約為11.01/50%/143=0.15kg。
即要使終端用戶的燃料使用成本相當(dāng)，氫氣售價(jià)應(yīng)控制在6.5/0.15=43元/kg左右。
再?gòu)臍錃獾某杀境霭l(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。
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(cè)成本（約20萬(wàn)元/a），可變成本（約10元/km）。
可變成本又包含油耗、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300kg，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(gè)典型的500kg/d加注能力、投資總額約為1500萬(wàn)元的站為例，站內(nèi)成本主要包括：人工成本（2人次，約30萬(wàn)元/a），公用工程成本（電耗等，約15萬(wàn)元/a），運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本（約50萬(wàn)元/a）及固定資產(chǎn)折舊（約100萬(wàn)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(yíng)負(fù)荷率。假設(shè)其運(yùn)營(yíng)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(rùn)的情況下，制備/提純成本需控制在18.3元/kg以內(nèi)。
基于我國(guó)的工業(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(wàn)t優(yōu)質(zhì)氫氣，上述制備/提純成本也相對(duì)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。
綜上所述，加氫站氫氣降本以滿足終端客戶對(duì)價(jià)格水平期望的關(guān)鍵，除了提高運(yùn)營(yíng)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。
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（100km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。
結(jié)語(yǔ)
從國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段氫能行業(yè)發(fā)展的實(shí)際出發(fā)，考慮市場(chǎng)、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。
