為應對傳統(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。
其中，氫能作為一種低碳高效的二次能源，來源廣泛，儲運方式靈活，被普遍認為將與電能互補，在未來社會能源體系的轉(zhuǎn)型中扮演重要的角色。
燃料電池汽車是氫能應用推廣最重要的組成部分之一，其續(xù)航里程長，充氣時間短，行駛過程完全零排放，是純電動車以外又一越來越受到關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)動力，并借助加氫站為其提供氫氣加注服務。
因此，要發(fā)展燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)，加氫站等配套基礎設施的建設是先決條件。
近年來，多項國家級政策及發(fā)展規(guī)劃大力鼓勵和支持氫能的應用推廣，尤其注重基礎設施的完善。
2019年，“推動充電、加氫等設施建設”更是被寫入政府工作報告，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，最終很可能導致資源的浪費，亦不利于產(chǎn)業(yè)的有序進步。
基于此，本文擬以加氫站的實際有效運營為目標，探討加氫站規(guī)劃布局與選址應考慮的主要因素，提出合理化建議，為構(gòu)建有效的加氫站網(wǎng)絡，探索成熟的氫能應用商業(yè)模式提供支持。
目前全球的氫能產(chǎn)業(yè)仍處于導入期，加氫站建設的規(guī)模比較小。
據(jù)H2stations網(wǎng)站統(tǒng)計，截至2018年年底，全球加氫站數(shù)量達到369座，其中，日本（102座）、德國（60座）、美國（42座）合計擁有204座，占比達到55%。這3個國家在燃料電池與氫能應用領域亦處于世界領先地位。
我國國內(nèi)有23座加氫站已投入運營，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、美等領先國家前期的建設經(jīng)驗和應用實踐，同時結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)階段的實際應用需求、資源條件等情況，當前我國加氫站的規(guī)劃選址應從全局出發(fā)，至少考慮潛在市場、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同、上游資源3方面的要素。
瞄準潛在市場
加油站在其一定的服務半徑內(nèi)具有排他性，因而其規(guī)劃與設置應以實際需求預測為依據(jù)。
2003年《國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會、建設部關于完善加油站行業(yè)發(fā)展規(guī)劃的意見》（國經(jīng)貿(mào)貿(mào)易[2003]147號）中就明確要求：國道、省道百公里加油站數(shù)量原則上不得超過6對，高速公路加油站按照國家相關規(guī)定執(zhí)行，每百公里不得超過兩對。
而加氫站作為功能性相仿的燃料補給站點，同樣具備區(qū)域排他性的特征。
另外，單個加油站的投資僅在百萬元量級，而單個加氫站的投資達到1500萬——2000萬元，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，而應首先考慮未來潛在的市場需求，以構(gòu)建合理化分布的加氫站網(wǎng)絡為目標選取布點位置，為未來市場做好準備。
那么加氫站的未來市場，即燃料電池車的目標客戶群，最可能分布在哪些區(qū)域呢？
2018年美國加利福尼亞州空氣資源委員會（CARB）針對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個正在運營，29個在建。
該項調(diào)研共訪問640位使用者（約占15%），旨在為加州進一步建設加氫站網(wǎng)絡、擴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%以上擁有學士以上學位；同時家庭收入相對優(yōu)厚，大約2/3年均收入超過10萬美元。
而關于購車時的考慮因素，約有30%的受訪者表示“降低環(huán)境壓力”是首要考量要素。
這表明該群體對環(huán)境的關注程度非常高，也認可燃料電池車在減排方面的突出優(yōu)勢。
燃料電池車的目標市場應優(yōu)先瞄準匯集了大量高收入、高學歷、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，這客觀上也能夠為燃料電池車的先期示范和運行探索創(chuàng)造有利條件。
同時，加氫站的地址選擇也會對燃料電池車使用者的購車決定產(chǎn)生影響。
超過50%的使用者認為在家附近的加氫站對其購車影響最大，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/加氣站布點極為相似，因而對加氫站而言，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。
國內(nèi)加油站/加氣站網(wǎng)絡多掌控在中石化、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，將為加氫站基礎設施建設的鋪開節(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)上處于絕對領先地位，日本政府甚至將氫能的重要性提升到了國家戰(zhàn)略層面。
早在2014年，日本經(jīng)濟貿(mào)易產(chǎn)業(yè)?。∕ETI）就提出要實現(xiàn)“氫能社會”，到2040年建設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個加氫站的全年合計加氫量僅為150t，按單站加注能力200kg/d估算，平均的實際運營負荷不到3%。
考慮到加氫站的初始投資成本很高，日常運營維護也需要不菲的費用，這種超低負荷狀態(tài)使多數(shù)加氫站長期虧損，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？中國給出的答案是商用車先行。
與日美直接瞄準私家車市場的策略不同，背靠國內(nèi)廣大的商用車市場，中國發(fā)展燃料電池車的思路是先從商用車開始示范運行，在此過程中逐步完善加氫站建設，最終向乘用車領域擴散，《中國制造2025》等國家規(guī)劃即很好地體現(xiàn)了這一思路。
一般而言，商用車以車隊為單位，氫氣需求量大，且行駛路線相對固定，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展導入期僅需配套少量加氫站即可實現(xiàn)閉環(huán)，對提升加氫站的運營負荷率使其達到或接近自負盈虧水平，從而促進行業(yè)健康發(fā)展的意義不言而喻。
但即便對于商用車，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，購置成本高企（一輛上汽大通FCV80燃料電池車的售價為130萬元，一輛12m長燃料電池公交車的售價為150萬——200萬元）也是重要的障礙。
對于物流車、通勤班車等商用車隊來說，選擇燃料電池車事實上不具備經(jīng)濟性，運營方的長期投入意愿存在很大疑問。
在此條件下，地方政府對產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和扶持至關重要。
一方面，通過財政補貼的方式可在一定程度上降低加氫站和車輛運營方的成本，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)劃選點應與商用車隊的示范應用相結(jié)合，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同以求車站聯(lián)動。
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、地方政府已有具體補貼措施出臺，產(chǎn)業(yè)扶持的決心和力度都比較大的地區(qū)進行加氫站規(guī)劃布點，更可能實現(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)，目前對氫氣價格的期望水平是至少與燃油車可比，甚至略低于燃油車。
以柴油為例作簡單的估算。柴油平均價格為6.5元/L，其體積能量密度約為36.7MJ/L（參考GB/T2589—2008《綜合能耗計算通則》，下同），考慮柴油機的能量轉(zhuǎn)換效率（約30%），1L柴油實際轉(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，氫氣售價應控制在6.5/0.15=43元/kg左右。
再從氫氣的成本出發(fā)進行分析。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。
運輸成本指從氫源點通過管束車運送到加氫站產(chǎn)生的成本。通常包括管束車折舊與檢測成本（約20萬元/a），可變成本（約10元/km）。
可變成本又包含油耗、過路費、保養(yǎng)費、人工工資等，隨運輸距離增加而直線增加。
按單管束車單次有效運載氫氣300kg，往返里程（150×2）km估算，運輸可變成本部分約為10元/kg。
以一個典型的500kg/d加注能力、投資總額約為1500萬元的站為例，站內(nèi)成本主要包括：人工成本（2人次，約30萬元/a），公用工程成本（電耗等，約15萬元/a），運營維護成本（約50萬元/a）及固定資產(chǎn)折舊（約100萬元/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營負荷率。假設其運營負荷達到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t優(yōu)質(zhì)氫氣，上述制備/提純成本也相對在可接受的范疇，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價格水平期望的關鍵，除了提高運營負荷外，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，二是盡可能縮短運輸距離以降低運輸可變成本。
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
從國內(nèi)現(xiàn)階段氫能行業(yè)發(fā)展的實際出發(fā)，考慮市場、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；
（2）上下游產(chǎn)業(yè)鏈有基礎，地方產(chǎn)業(yè)扶持有力度，商用車示范易落地的區(qū)域；
（3）多處低成本氫源點可有效覆蓋，保障穩(wěn)定供應的區(qū)域。
