孫仁金，周昕潔，于楠，賀美

中國石油大學(xué)（北京）經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院

0 引言

為應(yīng)對氣候變化，全球積極尋找低碳能源，其中氫能正逐漸成為熱門替代能源。全球許多國家都在推動氫能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，紛紛頒布了氫能相關(guān)規(guī)劃與政策，致力于占領(lǐng)氫能產(chǎn)業(yè)市場制高點(diǎn)［1-3］。2019年，歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織發(fā)布Hydrogen RoadmapEurope:ASustainablePathwayforthe EuropeanEnergyTransition（歐洲氫能路線圖：歐洲能源轉(zhuǎn)型的可持續(xù)發(fā)展路徑），提出控制2 ℃溫升的目標(biāo)［4-6］；2020 年，美國能源部發(fā)布Hydrogen ProgramPlan（氫能項(xiàng)目計(jì)劃），設(shè)立了美國2030年氫能的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)［7］。中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展也進(jìn)入關(guān)鍵階段。2020 年4 月11 日，國家能源局發(fā)布《中華人民共和國能源法（征求意見稿）》，正式將氫能源納入能源行業(yè)管理［8］；2022 年3 月23 日，國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局共同發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035 年）》，指出氫能是中國能源體系的構(gòu)成部分，是推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、建設(shè)綠色低碳產(chǎn)業(yè)體系的新著力點(diǎn)［9-10］。

目前中國已經(jīng)成為全球最大的制氫國，2022 年氫氣產(chǎn)能約為4 000×104t，產(chǎn)量約為3 300×104t［11-12］。加氫站作為氫能實(shí)現(xiàn)市場化、規(guī)?；瘧?yīng)用的重要基礎(chǔ)設(shè)施，近年來呈現(xiàn)迅猛的發(fā)展態(tài)勢。截至2022 年底，中國已累計(jì)建成加氫站358 座［13］。到2025 年，中國加氫站的建設(shè)目標(biāo)為至少1 000 座，到2035 年為至少5 000 座［14］。但目前加氫站發(fā)展存在著管理、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)方面的制約。本文在分析中國加氫站發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題的基礎(chǔ)上，提出相關(guān)的對策建議，以期推動加氫站的進(jìn)一步發(fā)展。

1 中國加氫站發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 加氫站相關(guān)政策

近年來，中國積極推動可再生能源的發(fā)展，大力支持新能源應(yīng)用。尤其是“十四五”期間，中國可再生能源發(fā)展步伐明顯加快，特別是氫能應(yīng)用加速發(fā)展。《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》和《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》充分體現(xiàn)了中國對氫能發(fā)展的決心。在政策加持下，國內(nèi)多地政府加快氫能產(chǎn)業(yè)的布局，加大了加氫站建設(shè)、運(yùn)營、配套設(shè)備的補(bǔ)貼力度，有力地促進(jìn)了加氫站建設(shè)發(fā)展［15］。中國氫能利用及加氫站相關(guān)政策見表1。

表1 中國氫能利用及加氫站相關(guān)政策

在加氫站補(bǔ)貼層面，北京、上海、廣東、河南等省份對加氫站提出了明確補(bǔ)貼，補(bǔ)貼領(lǐng)域以加氫站建設(shè)和運(yùn)營兩方面為主。建設(shè)補(bǔ)貼是根據(jù)日加注能力給予一定設(shè)備投資比例或一定數(shù)額的補(bǔ)貼，如補(bǔ)貼數(shù)額最高的河南省濮陽市，按照投資比例給予不超過1 000×104元的建設(shè)補(bǔ)貼。運(yùn)營補(bǔ)貼是為促進(jìn)市場發(fā)展從而降低終端銷售價(jià)格而給予的補(bǔ)貼，定價(jià)區(qū)間主要為30 ～ 35 元，如廣東省佛山市南海區(qū)對銷售價(jià)格不高于35 元/kg 的加氫站給予18 元/kg的運(yùn)營補(bǔ)貼［16］。截至2022 年底部分省份對加氫站的扶持政策見表2。

表2 截至2022 年底部分省份對加氫站扶持政策

1.2 加氫站建設(shè)情況

中國的加氫站規(guī)劃布局和建設(shè)運(yùn)營起步較晚，但目前處于快速發(fā)展階段。2016 年初，中國僅有3座加氫站；2017 年、2018 年加氫站分別新增5 個和10 個；至2019 年，加氫站保有量已達(dá)49 座（含已被拆除的2 座）；2020 年加氫站數(shù)量激增至118 座；2021 年新增加氫站100 座，共建成加氫站218 座；至2022 年底，共建成投運(yùn)加氫站358 座。

雖然加氫站數(shù)目增長迅猛，但與2022 年底全國加油站數(shù)量10.76×104座相比，加氫站發(fā)展之路仍然漫長。從氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展來看，加氫站作為上游制氫和下游氫燃料電池汽車的紐帶，發(fā)展速度相對較慢［17］。但隨著燃料電池汽車保有量的不斷增加，以及中國石油化工集團(tuán)有限公司、中國石油天然氣集團(tuán)有限公司等能源央企的加速入局，國內(nèi)加氫站數(shù)量也將快速增加。

2 中國加氫站發(fā)展的主要問題

2.1 潛在風(fēng)險(xiǎn)大，日常管理難

外供氫加氫站主要工藝流程為：站外供氫→長管拖車→卸氣柱→壓縮機(jī)→儲氫容器→加氫機(jī)→氫能源汽車［18］。外供氫加氫站整體系統(tǒng)包括卸氣、壓縮、儲存、加注、管理這5 個環(huán)節(jié)［19-21］，具體見圖1。長管拖車運(yùn)輸站外氫氣并通過卸氣柱將其送達(dá)站內(nèi)，壓縮機(jī)將氫氣二次加壓后儲存至儲氫容器。需要加注氫氣時(shí)，利用加氫站儲氫容器與車載儲氫容器之間的高壓差，通過加氫機(jī)充裝至氫能源汽車的車載儲氫容器內(nèi)。

圖1 外供氫加氫站工藝流程

加氫站潛在風(fēng)險(xiǎn)主要為氫氣特性帶來的風(fēng)險(xiǎn)：①常規(guī)加油站汽油柴油均有色有味，而氫氣無色、無味、無嗅，人體無法感知?dú)錃庑孤?。②氫氣相對分子質(zhì)量小、密度小，在儲運(yùn)環(huán)節(jié)中容易產(chǎn)生泄漏，泄漏時(shí)向各個方向迅速擴(kuò)散并與空氣混合形成可燃?xì)庠疲鰺峄蛎骰饘⒀杆俦?，波及范圍極廣。③當(dāng)氫氣達(dá)到一定溫度和壓力時(shí)會解離成直徑很小的氫原子，向金屬設(shè)備中滲透并與材料中的碳素發(fā)生反應(yīng)，造成脫碳并生成甲烷，在材料內(nèi)部施加壓力，使得材料產(chǎn)生裂紋甚至斷裂。運(yùn)輸管道和儲存設(shè)備均會受到“氫脆”的破壞，需要進(jìn)行預(yù)防，否則產(chǎn)生“氫脆”后難以消除其影響。④氫氣具有帶電性，易在管口等處產(chǎn)生靜電積聚放電現(xiàn)象，造成火災(zāi)爆炸事故。高壓作用下，氫氣泄漏時(shí)會從泄漏處高速噴出，產(chǎn)生的靜電荷達(dá)到臨界值也將引發(fā)爆炸。

2.2 審批流程復(fù)雜，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)亟需完善

加氫站的建設(shè)用地需要通過審批，但全國各地的審批流程、審批牽頭部門尚未統(tǒng)一，相關(guān)規(guī)定也未完善，缺乏合理完備的全國標(biāo)準(zhǔn)體系。除此之外，加氫站需取得危險(xiǎn)化學(xué)品經(jīng)營許可、燃?xì)饨?jīng)營許可、加氫站經(jīng)營許可等不同許可證類型，審批流程涉及安全、規(guī)劃、消防等多個部門，協(xié)調(diào)部門多、時(shí)間長、效率低，使得加氫站的建設(shè)速度放緩。

全球針對加氫站制定的準(zhǔn)則并不統(tǒng)一，近10 個國家對加氫站制定了本國專門的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，如日本《高壓氣體保安法》、美國NFPA 2《氫技術(shù)規(guī)范》等。2021 年，GB 50516—2010《加氫站技術(shù)規(guī)范》（2021 年版）和GB 50156—2021《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》頒布，可為中國加氫站的建設(shè)提供指導(dǎo)。但加氫站標(biāo)準(zhǔn)仍需不斷完善，如GB/T 34542《氫氣儲存輸送系統(tǒng)》中第8 部分防火防爆技術(shù)要求尚未頒布，防火防爆技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有待完善。這些缺口增加了行業(yè)監(jiān)管的難度。此外，中國氫能安全技術(shù)研究基礎(chǔ)相對薄弱，對于加氫站安全的研究局限于氫氣儲運(yùn)、加注等過程，尚未建立起完善的加氫站安全標(biāo)準(zhǔn)體系。

2.3 建設(shè)運(yùn)營尚存瓶頸，市場驅(qū)動力不足

加氫站主要設(shè)備為壓縮機(jī)、加氫機(jī)和儲氫容器。加氫站內(nèi)壓縮機(jī)分為隔膜壓縮機(jī)、液驅(qū)式壓縮機(jī)、離子液壓縮機(jī)等。隔膜壓縮機(jī)應(yīng)用程度最高，此類壓縮機(jī)密封性好，氣體潔凈度高，但膜片使用壽命較短，單機(jī)很難實(shí)現(xiàn)大排量，因此成本為重要制約因素；液驅(qū)式壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)了單機(jī)的大排量，但密封性要求高，且更換周期短，維修費(fèi)用較高；離子液壓縮機(jī)除具備隔膜壓縮機(jī)優(yōu)點(diǎn)外，還具備高轉(zhuǎn)速、大容積、大排量等特性，但中國尚未突破離子液壓縮機(jī)技術(shù)。加氫機(jī)分為壓縮氫氣加氫機(jī)、液氫加氫機(jī)等，目前加注壓力為35 MPa 和70 MPa 的壓縮氫氣加氫機(jī)均已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，但加氫機(jī)內(nèi)部的加氫槍僅50 MPa 類型實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，70 MPa 加氫槍仍依賴進(jìn)口［22］；液氫加氫機(jī)尚在研發(fā)階段，仍受到加氫機(jī)冷卻系統(tǒng)集成、加氫槍密封結(jié)構(gòu)、加氫槍的高集成度等難點(diǎn)的制約。儲氫容器發(fā)展前景良好，目前中國已研制出可儲存高于100 MPa 氫氣的超高壓儲氫容器。

氫燃料電池汽車仍是小眾的新能源汽車產(chǎn)品。2022 年，中國新能源汽車產(chǎn)銷量分別為705.8×104輛和688.7×104輛， 同比增長96.9% 和93.4%，其中，氫燃料電池汽車產(chǎn)銷量分別為3 638 輛和3 367 輛，占比分別為0.051% 和0.048%，氫燃料電池汽車占比仍較小。目前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的氫能源汽車為線路固定、服務(wù)范圍一定的商務(wù)用車或輕型卡車，如公交車、旅游大巴、物流貨車等，尚未大規(guī)模應(yīng)用于家用車領(lǐng)域。氫燃料電池汽車的數(shù)量難以支撐加氫站獲利，這增加了加氫站市場化發(fā)展的難度。

3 中國加氫站發(fā)展對策

氫能已被正式納入中國“十四五”規(guī)劃“前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域”，支持、規(guī)范氫能的相關(guān)利好政策頻出，內(nèi)容覆蓋氫能技術(shù)路線、燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃、氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等細(xì)分領(lǐng)域。在國家和地方多重利好政策加持下，中國氫能行業(yè)有望進(jìn)入高速成長期。為推動加氫站的快速普及，提出以下發(fā)展對策。

3.1 注重加氫站安全維護(hù)

一是加強(qiáng)對加氫站的日常管理，建設(shè)動態(tài)監(jiān)測平臺，對加氫站運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，保障設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。在運(yùn)輸管道、儲氫設(shè)備等關(guān)口設(shè)置高靈敏度的氫氣濃度自動檢測儀表及報(bào)警裝置，出現(xiàn)氫氣泄漏時(shí)及時(shí)提醒工作人員。完善加氫站操作流程及規(guī)章制度，設(shè)置應(yīng)急預(yù)案，通過定期演練提高工作人員的安全意識，幫助及時(shí)應(yīng)對突發(fā)問題。二是從根源上防止氫氣的泄漏，其中對壓縮機(jī)系統(tǒng)的維護(hù)最為關(guān)鍵，在使用3 ～ 6 個月后需對壓縮機(jī)進(jìn)行維護(hù)。檢查氣閥、壓縮機(jī)膜片等，發(fā)現(xiàn)損耗后應(yīng)立即更換。針對核心部件，需注意選用材料與氫氣的相容性，以及國產(chǎn)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備的兼容性。三是防范氫氣泄漏后的積聚，在易泄漏處安裝通風(fēng)設(shè)備，出現(xiàn)泄漏時(shí)及時(shí)啟動通風(fēng)設(shè)備，減少氫氣聚集從而降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)。四是防止靜電造成的爆炸事故，在加氫站內(nèi)設(shè)置防靜電接地裝置并接入站區(qū)接地網(wǎng)，便于就近防靜電接地。工作人員進(jìn)行操作前須穿戴防靜電服，并觸摸人體靜電釋放裝置。

3.2 完善加氫站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合中國具體情況，并參考加氫站的實(shí)際案例，制定和完善加氫站標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)審批、建設(shè)、運(yùn)營、安全管理等環(huán)節(jié)的全面覆蓋。為實(shí)現(xiàn)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，應(yīng)固定制定標(biāo)準(zhǔn)的牽頭單位，以確保編制視角的一致。除加氫站相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定外，加氫站安全體系構(gòu)建還需從設(shè)備安全、泄漏檢測、爆炸防護(hù)等方面深入開展研究，實(shí)現(xiàn)卸氣、壓縮、儲存、加注、管理全流程的加氫站安全控制。

3.3 加大技術(shù)研發(fā)和研究實(shí)驗(yàn)投入

從國家層面制定氫能發(fā)展總體規(guī)劃，引導(dǎo)加氫站設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)核心部件的技術(shù)轉(zhuǎn)化，全面實(shí)現(xiàn)加氫站設(shè)備國產(chǎn)化，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)備的批量生產(chǎn)，降低設(shè)備成本。加大補(bǔ)貼力度，支持加油(氣)站與加氫站合建等建設(shè)模式，利用現(xiàn)有加油站資源建設(shè)綜合能源服務(wù)站的運(yùn)營模式，節(jié)約了土地資源和建設(shè)成本，有利于加氫站的推廣。未來進(jìn)一步推動氫能進(jìn)入乘用車領(lǐng)域，帶動加氫站發(fā)展。

4 結(jié)束語

氫能已被納入國家能源體系，發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)是促成“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的重要途徑。加氫站是連接氫能產(chǎn)業(yè)上下游的樞紐，但目前仍存在潛在風(fēng)險(xiǎn)大、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)未完善、建設(shè)運(yùn)營受技術(shù)限制等問題。建議：對加氫站的整體系統(tǒng)進(jìn)行全過程安全維護(hù)，事前檢查設(shè)備兼容性、事中定期查看、事后迅速補(bǔ)救，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)最小化；完善加氫站相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)習(xí)國際加氫站標(biāo)準(zhǔn)的精華部分，與國內(nèi)實(shí)例相結(jié)合，并隨著加氫站情況變化進(jìn)行修改補(bǔ)充；加大加氫站相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，同時(shí)通過加油（氣）站與加氫站合建等方式來推動氫能的示范推廣。