隨著新一輪能源技術革命的興起，構建清潔低碳、安全高效的能源體系已經成為迫切的現實需求，氫能作為最具發展潛力的清潔能源，可為燃料電池汽車提供核心動力，是能源結構中至關重要的一部分。國家發改委和國家能源局出臺了《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030年）》，行動計劃部署了氫能與燃料電池技術創新等15項重點任務。作為氫能產業健康發展中不可或缺的關鍵環節，加氫站的建設在我國仍處于萌芽階段，從布局現狀出發進行問題探究，可破解發展困局。加氫站的快速發展及合理布局有助于氫能及燃料電池汽車產業可持續健康發展。
加氫站是氫能供應的渠道，也是燃料電池汽車的動力補給點。合理布局加氫站點，有利于擴大燃料電池汽車的運行范圍，也能促進氫能產業的快速發展。截至2018年12月25日，我國建成加氫站28座，包括尚未運營、正在調試以及運營的加氫站，主要分布在上海、廣東、江蘇等地區，且多以試驗及內部使用為主，商業化運營的加氫站極少，加注壓力基本為35MPa，加注能力基本為200～500kg/天，具體分布情況如圖1所示。同時，湖北、山東等省份也相繼出臺了氫能產業發展規劃。2016年12月國家發布了《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》，規劃中明確提出推進加氫站建設，到2020年，實現燃料電池汽車批量生產和規模化示范應用。
李克強總理于2018年5月11日在日本豐田汽車參觀時，重點了解了加氫站布局等情況。2018年11月6日，《汽車產業中長期發展規劃》八項重點工程實施方案公布，到2025年燃料電池汽車推廣規模累積達到5萬輛，建設加氫站超過500座[5]。因此，積極推進加氫站的建設布局，是促進我國汽車產業升級、能源結構轉型的關鍵舉措之一。
本文將分析美、德、日三國加氫站布局發展情況，提取并總結適合我國加氫站發展的有益經驗。從我國監管體系、審批流程、商業模式以及核心技術等視角剖析我國加氫站布局發展所面臨的現實情況及可能出現的問題，基于我國氫能產業環境，結合國外先進經驗，提出利于我國加氫站發展的對策建議。研究結論一方面可為地方政府布局加氫站提供一定的意見參考，另一方面也可為我國制定加氫站發展政策提供決策依據。
1 國外加氫站布局發展的經驗借鑒
1.1美國
為調整能源結構，構建低碳社會，美國加州陸續出臺了零排放汽車法規和低碳積分等激勵政策，將燃料電池汽車作為汽車產業的重要發展方向。燃料電池汽車的發展促進了加氫站的建設，發達的加氫網絡又保障了燃料電池汽車的自由出行。截至2018年12月25日，美國加氫站已達37座，且大部分位于加州地區。加州地區的加氫站全部對外開放，供應規模在100～350kg/天，并可實現35MPa/70MPa雙壓力加注，具體分布如圖2所示。加州發達的加氫網絡主要取決于精準的布局模型、完善的商業模式以及政府的政策支持。其布局依據加州大學STREET模型，基于市場分析、土地利用、交通路網和駕駛可達等基本要素進行綜合優化，確定加氫站位置和數量，精準布局加氫站網絡。
商業模式采取“以站促車”的方式，通過適度超前建立完善的加氫站網絡，解決燃料電池汽車的動力需求，來促進燃料電池汽車的快速發展，截至2018年12月1日，在美國銷售與租賃的燃料電池汽車共有5658輛。政府不僅在政策上支持，發布了加氫站許可指南，為加氫站建設提供了詳細的指導意見，有效提升了審批速度；同時也在資金上進行激勵，加州政府將提供加氫站70%的投資資金，并在前三年每年提供10萬美元的運行資金支持，并確立每年10月8日為國家氫能及氫燃料電池日。
1.2德國
為遏制環境進一步惡化，德國于2016年11月發布了《德國2050年氣候行動計劃》，計劃將通過嚴格的措施降低尾氣排放。同時，政府還出臺了《氫燃料電池技術政府計劃2016-2026》，計劃將撥款2.5億歐元支持氫燃料汽車量產，激活燃料電池汽車市場。奔馳、寶馬等車企也在積極研發氫燃料電池技術，分別開發出奔馳GLCF-CELL、寶馬i8等燃料電池汽車，燃料電池汽車產業在德國得到了長足發展。加氫站在德國主要城市及其連接走廊上進行了布局，截至2018年12月25日，德國已建成加氫站58座、立項規劃4座、正在審批11座、正在建設11座、調試階段10座，基本覆蓋德國七大都市區范圍，運營加氫站均能實現70MPa的壓力加注，并實現全天對外運營，具體分布如圖3所示。同時，由AirLiquide、Daimler等六大股東為主成立了聯合機構H2Mobility，負責加氫站基礎設施的建設和管理，并成立運行基金。
H2Mobility計劃在漢堡、柏林、魯爾、法蘭克福、斯圖加特、慕尼黑六大都市圈的主干道和高速公路上建成100座加氫站，其中以上六大城市圈各布局10座，其余40座布局在相鄰城市之間，作為加氫站網絡的連接站和目的地站，形成環網狀氫能高速公路。
1.3 日本
受限于大部分化石能源依賴于進口的現狀，日本極其重視氫能產業的發展，并將氫能列為極其重要的戰略能源，同時日本認為氫能與燃料電池汽車產業是實現3E（環境保護、能源安全、經濟增長）目標的有力方式。日本是全球加氫站建設數量最多的國家，截至2018年2月，已達101座，其中39座移動加氫站，62座固定加氫站，加氫站可在70MPa壓力標準下，3min左右加注5kg氫氣。加氫站主要圍繞東京、大阪、名古屋、福岡四大都市區而建，由大城市向周圍地區輻射，形成了區域聯動加氫網絡，其中部分采取分時開放模式，以確保商業運營經濟性。日本加氫站具體分布如圖4所示。
為實現加氫站規模化商業應用，2018年3月，在日本政府的授權許可下，6家加氫基礎設施開發商、3家汽車制造商以及2家金融機構等企業聯合成立了JapanH2Mobility（JHyM）公司，并統一對其管理的加氫站進行投資部署、建設運營以及商業模式探索。同時，日本經濟產業省制定了加氫站補貼計劃，包括建設、運營補貼等設定了2030年燃料電池汽車推廣到80萬輛的目標；新能源和工業技術發展組織聯合相關企業正研發高效低成本的加氫站關鍵技術。
1.4經驗借鑒
通過以上對美國、德國、日本加氫站布局發展體系的研究分析發現，美國、德國主要受法規政策驅動推進氫能產業發展，日本主要受能源結構驅動推進。各國加氫站布局發展各有特色，主要以政策主導，輔以社會資本共同促進加氫站發展，最終目的都是積極推動氫能產業發展。不同于美、德、日三國，在全球范圍內，我國加氫站僅占少數，本文基于對國外加氫站先進建設經驗的借鑒，提出適合于我國加氫站的發展路徑。
從國家層面來看，應制定氫能行動計劃及具體路線圖，引導產業健康發展，同時統一規范加氫站審批流程，明晰責任歸屬，探索第三方加氫站建設認證機構，提高審批效率；由政府主導，社會資本參與聯合成立加氫站產業基金或組織，對加氫站統一布局建設、運營管理；企業、高校以及科研院所重點攻關加氫站基礎與關鍵技術，實現加氫站關鍵設備的自主化與國產化；提升公眾對氫能與燃料電池汽車的消費認可，營造全社會綠色生態發展氛圍。
2 我國加氫站發展現狀及問題剖析
2017年我國燃料電池汽車產量達到1275輛，2018年1～11月產量為465輛。截至2018年12月，我國有41家整車企業開始研發燃料電池汽車，燃料電池汽車產業在我國才剛剛起步。加氫站布局發展體系尚未成形，對標國外加氫站布局發展情況，正視我國加氫站布局發展現狀，從立項審批、布局建設以及運營管理等發展環節出發，全視角剖析加氫站目前存在的問題，歸納總結出監管體系待完善、審批流程不明晰、商業模式不成熟、核心技術未突破等四大主要問題，如圖6所示。立足問題根源，破解發展困局，有利于加快我國加氫站發展體系成形，促進氫能及燃料電池汽車產業可持續發展。
2.1監管體系待完善
安全是加氫站發展過程中的重中之重，高要求的標準規范、嚴質量的檢測認證以及全流程的監測監管是加氫站安全運營的重要保障。現行加氫站建設安全要求大體依據2018年5月出臺的加氫站安全技術規范，但涉及到具體安全要求、操作流程等細節還有待完善，同時尚缺乏商業化運營的標準。
由于產業技術發展的步伐遠大于政策制定的步伐，我國在涉及加氫站很多環節內的標準尚處于空白，如加氫站建站標準、車用氫質量標準、液氫/固氫運輸標準、儲氫標準等。在運營過程中，加氫站運營的資質要求、車用氫氣的品質檢測認證、加氫站核心設備的安全監測、加氫站安全運營管理等具體實施步驟還處于探索階段，尚無統一規范的標準流程，我國加氫站安全運營急需成套標準監管體系。
2.2審批流程不明晰
加氫站的首要環節即為立項審批，截止2018年12月，國家尚未出臺明確的審批流程，已建成的加氫站由當地城市出臺文件進行指引，如武漢、佛山等地相繼研究制定了地方加氫站管理辦法。此環節出現的問題主要表現在氫氣管理歸屬不明、加氫站用地不明確以及行政審批流程繁瑣等方面，首先存在爭議的是氫氣應歸屬于危化品管理，還是歸屬于能源管理，危化品建站審批流程復雜，準入條件苛刻，能源建站審批流程簡單，但在安全問題上有所顧慮，發達國家已將氫能作為能源來管理。
其次，加氫站建設用地應是商業用地還是工業用地，商業用地導致投資成本過高，工業用地使加氫站不能公開運營，從綜合效益考慮往往得不到最優化布局方案。最后，審批過程中職責部門多，以現有云浮《加氫站管理辦法》為例，多達10家主管部門，審批手續復雜，包括項目選址、用地審批、立項審批、規劃審批以及報建環節等流程都存在各種審批項目，由于各地初期并沒有明確的管理辦法，導致審批時間過長。明確的立項審批流程可使加氫站快速布局，而目前加氫站建設速度緩慢，審批流程未明晰是制約其發展的一大要素。
2.3商業模式不成熟
成熟的商業模式有利于加快實現加氫站市場化，加氫站未能有效商業化運營，一方面原因是加氫站供應鏈體系產業化尚未成形，另一方面原因是燃料電池汽車未能大規模示范推廣。目前國內制氫企業分布不均，未發展燃料電池汽車的地區氫能往往得不到有效利用；車用氫提純企業相對較少，且產量供應不足，導致車用高純氫來源有限且價格昂貴；氫氣運輸目前采用管束車或高壓氫瓶運輸，運輸成本相對高昂；加氫站建設模式尚未形成，國外大多為政府主導、聯盟企業共同投資運營管理的建站模式，雖然地方政府相繼出臺加氫站補貼措施，但對于昂貴的建站費用及有限的市場，投資門檻較高；即使加氫站建設運營成功，能有效加氫的燃料電池汽車數量及頻率有限，供氫應用場景有限，基本無法維持加氫站正常運營管理。
2.4核心技術未突破
加氫站建站成本相對高昂，建站費用達千萬元以上，設備采購成本占總成本一半以上，其中的關鍵因素就是核心技術尚未突破、關鍵設備依賴進口以及加氫站配套設備尚未產業化，致使建站成本居高不下。目前制氫來源渠道有限，電解水制氫、太陽能光解水制氫技術還有待突破；車用高純氫提取技術發展相對緩慢；制氫與加氫環節必須嚴格分離；高壓容器輸送氫氣的效率還有一定提升空間；站內制氫加氫技術還未成熟；液氫儲運經濟性成本更優，但液態儲氫、固態儲氫等技術與國際水平還有較大差距；加氫站三大核心設備氫氣壓縮機、高壓儲氫罐、氫氣加注機以及部分關鍵零部件如加氫槍等還依賴于進口。相比于日本、美國和歐洲采用與汽車配套的70MPa壓力標準，我國燃料電池汽車車載供氫系統仍處于35MPa壓力的技術水平，加注能力停留在200kg左右。目前，加氫站建設仍處于知識產權受制于人的階段，專業人才隊伍存在很大缺口，強化加氫站自主創新體系，加強自主研發實力才是唯一出路。
3 我國加氫站發展的對策建議
燃料電池汽車是未來汽車產業可持續發展的重要方向之一。為供給燃料電池汽車動力，加氫站的布局建設是必不可少的環節。正視我國加氫站發展現狀，從監管體系、審批流程、商業模式以及核心技術等主要問題入手，借鑒國外加氫站先進發展經驗，有針對性地為我國加氫站發展提出切實可行的對策建議，使加氫站朝著布局規模化、技術自主化、設備國產化、流程安全化的方向健康發展，具體如圖7所示。
3.1完善安全監管體系，統籌保障環節聯動
只有持續保證制氫、運氫、儲氫、加氫、用氫等全生命周期過程中的安全要求，才能從根源上消除公眾對氫能使用的不認可，從而促進燃料電池汽車的大規模推廣。對標國外加氫站建設標準和流程，制訂符合我國國情的加氫站審批建設、運營管理、安全監管等方面的國家強制性標準；優化加氫站站控系統，確保加氫站內工藝流程有序進行，規范加氫站站內操作流程，提升氫氣安全檢測能力，確保儲氫用氫安全；設立統一運營管理及安全監管平臺，實時監控加氫站技術與運營數據，實現對加氫站運行狀態的動態監管；做好應急預案，及時有效地處理各種突發情況；構建安全可控的監管保障體系，統籌保障各環節安全聯動，護航加氫站健康發展。
3.2提升立項審批效率，協同促進網狀布局
要想打通加氫站健康發展的制約瓶頸，首先要解決的問題是有效提升立項審批效率，統一規范審批流程。從國家層面考慮，應充分調研并結合地方已有的審批流程，出臺全國統一的、高效率的加氫站審批流程；精簡審批環節及職責部門，對于具有相同性質的受理環節可合并精簡，如立項環節中的選址及核準，報建環節中的各種審查工作等，或成立加氫站審批小組，定期定點集中處理加氫站立項審批事項，協同提升審批效率；探索成立第三方加氫站建設認證機構，加強第三方認證的可靠性與公眾認可性；同時確定審批周期，明晰主管部門職責、氫氣管理性質、加氫站建設土地性質等相對重要但界定模糊的關鍵事項。
3.3構建生態商業模式，培育完善產業環境
加氫站布局建設、供應體系、運維管理等多維度商業模式的構建，能夠有效實現加氫站上下游及周邊產業等融合發展的氫能產業生態體系。開展風電、水電、光伏電力等可再生能源制氫示范，優化以制氫企業為中心的加氫站布局，滿足交通路網、駕駛可達等基本要素，設立站內制氫加氫站和液氫加氫站等具有未來發展趨勢的加氫站。轉換“先車后站”的建設模式，適度超前布局加氫站網絡建設，滿足燃料電池汽車的出行需求。探索加氫加油合建、加氫充電等建站模式，不僅可以充分利用現有網點優勢開拓業務，還可節約土地成本，省去立項審批中的規劃布局等環節。開發氫能利用的多樣應用場景，如燃料電池儲能、分布式發電、熱電聯供等領域。構建氫能產業生態發展環境，加速加氫站產業化、規模化以及商業化進程。
3.4加強自主創新能力，聚力突破核心技術
加氫站能夠以較低成本迅速規模化布局的關鍵核心在于技術自主化及設備國產化。只有加強自主創新能力，注重薄弱技術的加強與積累，不斷拓寬制氫來源渠道，研發車用高純氫高效率低成本制取方式，重點突破液態制儲氫技術和固態制儲氫技術，提升高壓容器輸送氫氣效率，精益核心設備產業化工藝流程，同時引導企業、學校及科研院所聚力攻關制約加氫站發展的關鍵技術，研究關于加氫站最前沿的新設備、新工藝、新材料等基礎技術，力爭與國際水平接軌，才能實現加氫站關鍵設備自主化與國產化，有效降低建站及運營成本。
3.5探索示范推廣模式，持續增強公眾認可
綠色消費理念是決定產業能否可持續發展的關鍵環節，探索以市場驅動的示范推廣模式，才能使加氫站建設及燃料電池汽車產業不斷壯大。氫能是未來能源的主要發展方向之一，政府應向大眾科普氫能源知識，積極消除氫氣是危險化學品的認知顧慮；企業應通過科普巡游、展會推廣、試乘試駕等方式，提高公眾對燃料電池汽車的認知接受度，促進燃料電池汽車的市場化推廣；充分利用燃料電池汽車里程優勢，重點在公交、物流等公共服務領域開展示范推廣；成立加氫站聯合產業基金或組織，統一對加氫站進行布局規劃、運營管理；同時打造加氫走廊及加氫網絡，聯動區域氫能發展，以加氫基礎設施的完善程度促進公眾認可，待燃料電池汽車大規模發展之時，可快速滿足其出行需求。
文/趙俊瑋 陳軼嵩 方海峰 劉永濤 韓天園 徐鑫，長安大學汽車學院 天津大學 中國汽車技術研究中心有限公司，汽車工程學報
