當(dāng)下燃料電池行業(yè)的技術(shù)儲(chǔ)備和商業(yè)模式處于積極探索中并快速發(fā)展，主要基于(1)減少石油依賴，改善能源結(jié)構(gòu);(2)彎道超車掌握下一代汽車動(dòng)力技術(shù)的制高點(diǎn)，加氫快、長(zhǎng)續(xù)航等優(yōu)點(diǎn)使得燃料電池極有可能成為下一代汽車動(dòng)力來源;(3)全生命周期無污染物排放。

2019年政府工作報(bào)告已正式宣布推動(dòng)加氫設(shè)施，此外針對(duì)加氫設(shè)施的發(fā)展一系列補(bǔ)貼政策也將陸續(xù)出臺(tái)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入快速上升期，在此背景下我們將展開關(guān)于燃料電池行業(yè)的跟蹤和研究。

關(guān)注樂晴智庫(網(wǎng)站:www.767stock.com，公眾號(hào)ID:lqzk767)獲取更多深度行業(yè)研究報(bào)告。

▌加氫站及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是普及氫能的基礎(chǔ)

氫是目前全球公認(rèn)的最潔凈的燃料，也是重要的化工合成原料。氫不是一次能源，需要使用一次能源通過轉(zhuǎn)換來生產(chǎn)出能量載體，目前氫氣的工業(yè)應(yīng)用大多采用高壓氣態(tài)形式作為燃料或原料。

氫燃料電池車(Fuelcellvehicle-FCEV)是使氫或含氫物質(zhì)及空氣中的氧通過燃料電池以產(chǎn)生電力，再以電力推動(dòng)電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)推動(dòng)車輛，整個(gè)過程將氫的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

氫能源的最大好處是跟空氣中的氧反應(yīng)產(chǎn)生水蒸氣之后排出，可有效減少燃油汽車造成的空氣污染問題，現(xiàn)階段下高速車輛、巴士、潛水艇和火箭已經(jīng)在不同形式使用氫燃料，而燃料電池車一般在內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上改良而成。

制約氫燃料電池真正走向?qū)嵱?、走向市?chǎng)、走向大眾生活的最大障礙是經(jīng)濟(jì)規(guī)模的制氫、加氫技術(shù)及其社會(huì)普遍度、技術(shù)上(電堆和整車技術(shù))的可靠性等。

關(guān)于經(jīng)濟(jì)規(guī)模的制氫我們?cè)谌剂想姵匦袠I(yè)深度報(bào)告(一)中深入闡述了，本篇作為系列報(bào)告的第二篇將重點(diǎn)討論加氫技術(shù)及其社會(huì)普遍度，也就是加氫站及網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)問題。

對(duì)于經(jīng)濟(jì)規(guī)模的制氫，在燃料電池行業(yè)深度報(bào)告(一)中，我們分析了低成本氫源的可能來源，我們認(rèn)為從目前來看，國(guó)內(nèi)化工副產(chǎn)氫的利用是燃料電池行業(yè)供氫的較優(yōu)選擇，國(guó)內(nèi)氯堿、PDH和快速發(fā)展的乙烷裂解行業(yè)可提供充足的低成本氫氣資源，且集中在負(fù)荷中心密集的華東地區(qū)，在對(duì)這些裝置進(jìn)行低強(qiáng)度的改造之后可同時(shí)解決燃料電池行業(yè)的供氫和副產(chǎn)氫高效利用的問題，未來化工副產(chǎn)集中式供氫+水電解分散式制氫將會(huì)是國(guó)內(nèi)燃料電池行業(yè)供氫模式的發(fā)展方向。

作為系列報(bào)告的第二篇，在本文中我們將討論加氫站建設(shè)的技術(shù)難點(diǎn)，按照不同的分類方法，加氫站可以分為多種類型:

按照制氫地點(diǎn)，加氫站可分為站外制氫加氫站(off—site)和站內(nèi)制氫加氫站(on—site);按照儲(chǔ)存地點(diǎn)，可分為固定式加氫站和移動(dòng)式加氫站;按照氫氣儲(chǔ)存狀態(tài)，可分為液氫加氫站和高壓氫氣加氫站;按照加注方式，可分為單級(jí)加注加氫站和多級(jí)加注加氫站;按照制氫方式，加氫站可分為電解水制氫加氫站、工業(yè)副產(chǎn)氫加氫站、天然氣重整制氫加氫站、甲醇重整制氫加氫站等。

業(yè)界通常將加氫站分為站外制氫加氫站和站內(nèi)制氫加氫站兩種。

站外制氫加氫站在加氫站內(nèi)無氫氣生產(chǎn)裝置，氫氣是從氫源通過運(yùn)輸?shù)竭_(dá)加氫站，氫氣運(yùn)至加氫站后，在站內(nèi)進(jìn)行壓縮、儲(chǔ)存、加注等步驟;

站內(nèi)制氫加氫站是在加氫站內(nèi)自備了制氫系統(tǒng)，可以自主制取氫氣，氫氣經(jīng)純化和壓縮后進(jìn)行儲(chǔ)存。

目前小型的站內(nèi)制氫加氫站主要采用站內(nèi)電解水的方法制氫，另外，還有站內(nèi)天然氣重整制氫、甲醇重整制氫、太陽能或風(fēng)能制氫等。

氫氣的運(yùn)輸:長(zhǎng)管拖車目前最經(jīng)濟(jì)

短距離運(yùn)輸長(zhǎng)管拖車氣態(tài)氫氣運(yùn)輸最經(jīng)濟(jì)。

300公里以上液氫槽車運(yùn)輸更經(jīng)濟(jì):氫氣運(yùn)輸?shù)姆绞桨鈶B(tài)氫氣輸送、液態(tài)氫氣輸送和固態(tài)氫氣輸送。

前兩者將氫氣加壓或液化后再利用交通工具運(yùn)輸，這是目前加氫站比較常用的方式，固態(tài)氫氣輸送通過金屬氫化物進(jìn)行運(yùn)輸。如果考慮氫氣液化裝置的投入、液化能耗等等因素，氣態(tài)氫氣的運(yùn)輸最經(jīng)濟(jì)，長(zhǎng)管拖車氣態(tài)氫氣運(yùn)輸成本最低可以達(dá)到50公里2.3元/kg，折合為46元(/噸·公里)，當(dāng)運(yùn)輸距離超過300公里，液氫槽車運(yùn)輸變得更經(jīng)濟(jì)。

加氫站核心設(shè)備:基本依賴進(jìn)口

為了使汽車能攜帶足夠的氫氣，必須把氫氣壓縮，壓縮的壓力越高，儲(chǔ)罐所能儲(chǔ)存的氫氣就越多，其能量密度越大，因此現(xiàn)在國(guó)際上燃料電池電動(dòng)汽車上的氫氣儲(chǔ)罐壓力一般都做到35MPa的工作壓力，甚至有做到70MPa工作壓力，那么作為給汽車加氫的加氫站，其儲(chǔ)罐儲(chǔ)存氫氣的壓力更要高于汽車氫氣儲(chǔ)罐的壓力，才能保證給汽車充氣。

因此要真正做到給燃料電池電動(dòng)汽車、氫內(nèi)燃機(jī)汽車加注氫氣，使氫氣真正作為能源使用，關(guān)鍵在于氫氣的升壓技術(shù)、儲(chǔ)存技術(shù)和加注技術(shù)及其系統(tǒng)集成，特別是儲(chǔ)存技術(shù)，這是加氫站的技術(shù)難點(diǎn)，而對(duì)于站內(nèi)制氫加氫站，技術(shù)難點(diǎn)還包括制氫技術(shù)以及系統(tǒng)集成。

加氫站與現(xiàn)有較為成熟的壓縮天然氣(CNG)加氣站相似，主要包括卸氣柱(站外制氫加氫站)、壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫罐、加氫機(jī)、管道、控制系統(tǒng)、氮?dú)獯祾哐b置、放散裝置以及安全監(jiān)控裝置等等，無論是站外制氫加氫站還是站內(nèi)制氫加氫站其核心設(shè)備都是壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫罐和加氫機(jī)，它們分別占到加氫站建設(shè)成本的30%、11%、13%，目前國(guó)內(nèi)加氫站核心設(shè)備基本依賴進(jìn)口。

1.壓縮機(jī)

壓縮機(jī)是將氫源加壓注入儲(chǔ)氣系統(tǒng)的核心裝置，輸出壓力和氣體封閉性能是其最重要的性能指標(biāo)。

目前加氫站使用的壓縮機(jī)主要有隔膜式壓縮和離子式壓縮機(jī)兩種。

隔膜式壓縮機(jī)因無需潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，從而能夠獲得滿足燃料電池汽車純度要求的高壓氫氣，并且隔膜式壓縮機(jī)輸出壓力極限可超過100MPa，足以滿足加氫站70MPa以上的壓力要求，但隔膜式壓縮機(jī)在壓縮過程中需要采用空氣冷卻或液體冷卻的方式進(jìn)行降溫。

目前國(guó)際上主要的隔膜式壓縮機(jī)的生產(chǎn)商有美國(guó)Hydro-PAC公司、PDC公司等等，國(guó)內(nèi)特種718所能夠利用PDC公司提供的部件完成組裝，上海世博加氫站、北京加氫站都是引進(jìn)的美國(guó)PDC公司產(chǎn)品。

離子式壓縮機(jī)能實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，但因技術(shù)尚未成熟，沒有大規(guī)模使用。

2.儲(chǔ)氫罐

儲(chǔ)氫罐很大程度上決定了加氫站的氫氣供給能力。加氫站內(nèi)的儲(chǔ)氫罐通常采用低壓(20~30MPa)、中壓(30~40MPa)、高壓(40~75MPa)三級(jí)壓力進(jìn)行儲(chǔ)存。有時(shí)氫氣長(zhǎng)管拖車也作為一級(jí)儲(chǔ)氣(10~20MPa)設(shè)施，構(gòu)成4級(jí)儲(chǔ)氣的方式。

3.加氫機(jī)

加氫機(jī)是實(shí)現(xiàn)氫氣加注服務(wù)的設(shè)備，加氫機(jī)上裝有壓力傳感器、溫度傳感器、計(jì)量裝置、取氣優(yōu)先控制裝置、安全裝置等等。當(dāng)燃料電池汽車需要加注氫氣時(shí)，若加氫站是采用4級(jí)儲(chǔ)氣的方式，則加氫機(jī)首先從氫氣長(zhǎng)管拖車中取氣;

當(dāng)氫氣長(zhǎng)管拖車中的氫氣壓力與車載儲(chǔ)氫瓶的壓力達(dá)到平衡時(shí)，轉(zhuǎn)由低壓儲(chǔ)氫罐供氣;依此類推，然后分別是從中壓、高壓儲(chǔ)氫罐中取氣;當(dāng)高壓儲(chǔ)氫罐的壓力無法將車載儲(chǔ)氫瓶加注至設(shè)定壓力時(shí)，則啟動(dòng)壓縮機(jī)進(jìn)行加注。

加注完成后，壓縮機(jī)按照高、中、低壓的順序?yàn)槿?jí)儲(chǔ)氫罐補(bǔ)充氫氣，以待下一次的加注。這樣分級(jí)加注的方式有利于減少壓縮機(jī)的功耗。

加氫機(jī)主要的生產(chǎn)企業(yè)有德國(guó)林德(Linde)、美國(guó)AP公司等等，國(guó)內(nèi)厚普股份已成功研發(fā)氫氣加注裝置，產(chǎn)品規(guī)格包括日加氫量50公斤、200公斤、500公斤、1000公斤等規(guī)格，并且已經(jīng)為上海、武漢、鄭州、張家口等國(guó)內(nèi)布局氫能源汽車的城市供應(yīng)了氫氣加注設(shè)備，加氫機(jī)是目前最有可能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的核心設(shè)備。

▌國(guó)內(nèi)外加氫站及網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)情況

據(jù)H2stations(H2stations.org網(wǎng)站)統(tǒng)計(jì)，截至2018年底全球加氫站數(shù)目達(dá)到369座，新增48座:其中歐洲152座，亞洲136座，北美78座。在全部369座加氫站中，有273座是零售型加氫站，對(duì)外開放，其余的站點(diǎn)則為封閉用戶群提供服務(wù)，比如公共汽車或車隊(duì)用戶。

截至2018年底，全球擁有10座以上加氫站的國(guó)家有日本(102座)、德國(guó)(60座)、美國(guó)(42座)、中國(guó)(23座)、法國(guó)(19座)、英國(guó)(17座)、韓國(guó)(14座)、丹麥(11座)。日本、德國(guó)和美國(guó)加氫站共有204座，占全球總數(shù)的55%，這三個(gè)國(guó)家在氫能與燃料電池技術(shù)領(lǐng)域在全球處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。

目前全球氫能源產(chǎn)業(yè)還處于導(dǎo)入期，加氫站的建設(shè)規(guī)模還較小，截至2018年底，已經(jīng)規(guī)劃的新增加氫站計(jì)劃較大的有德國(guó)(38座)、荷蘭(17座)、法國(guó)(12座)、加拿大(7座)、韓國(guó)(27座)、中國(guó)(18座)。

▌國(guó)內(nèi)加氫站的建設(shè)情況

截至2018年底，我國(guó)已有23座加氫站在運(yùn)營(yíng)，大部分都是以35Mpa加注氫氣，并且以外供氫氣為主。

對(duì)于全球而言，通過上文的分析，我們認(rèn)為加氫站及網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)主要難點(diǎn)并不是在技術(shù)層面上，其主要難點(diǎn)是如何降低成本。不僅是建設(shè)成本，還有日常運(yùn)營(yíng)成本。據(jù)日本主要的加氫站建設(shè)運(yùn)營(yíng)商巖谷產(chǎn)業(yè)預(yù)計(jì)，加氫站的一年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用為5000萬日元(300萬人民幣)左右，要想實(shí)現(xiàn)盈利，每個(gè)站點(diǎn)需要有700-1000輛FCV(固定客戶)來加氫，然而在目前的普及程度上，這是不可能達(dá)到的。

我國(guó)在加氫網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)上還處于起步階段，核心設(shè)備基本依賴進(jìn)口，加氫站數(shù)量也比較少，整體比較薄弱。通過對(duì)日本、德國(guó)、美國(guó)的加氫站及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況的分析，我們可以借鑒:

1.在起步階段，要通過政府政策引導(dǎo)以及政府示范項(xiàng)目，對(duì)加氫站的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理、安全等等方面進(jìn)行論證，論證結(jié)束后，可以制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，并不斷優(yōu)化;

2.進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)后，加氫站的建設(shè)應(yīng)以主要城市為中心，然后再在連通主要城市的交通干道(高速)上建設(shè)，形成初步的氫能高速路(網(wǎng)絡(luò));

3.在商業(yè)化運(yùn)營(yíng)后，應(yīng)該建立政府、上下游企業(yè)等參與的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，不斷優(yōu)化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)技術(shù)路線、未來政策的制定等等集思廣益，發(fā)揮全社會(huì)的能動(dòng)性;

4.在規(guī)模經(jīng)濟(jì)顯現(xiàn)前，適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼政策是必要的，可以如日本一樣對(duì)建設(shè)成本、日常運(yùn)營(yíng)成本進(jìn)行補(bǔ)貼，補(bǔ)貼可以是政府發(fā)放，也鼓勵(lì)汽車企業(yè)參與發(fā)放;

5.相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)成熟后，應(yīng)該鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)資本(民間資本)參與建設(shè)加氫站，并最終應(yīng)該以民營(yíng)企業(yè)為主建設(shè)加氫網(wǎng)絡(luò);

6.加氫站降成本方面，除了技術(shù)革新之外，應(yīng)該充分考慮油氣綜合加注站，我國(guó)幅員遼闊，已有11萬座以上的加油站，如果能夠充分利用已有的加油站資源，將節(jié)省可觀的加氫站基礎(chǔ)建設(shè)成本。