北京市交通领域氢能发展分析

近几年，随着碳中和目标的提出，全球能源体系正在经历从化石能源向新能源的转变，氢能作为一种清洁、零碳的二次能源，成为碳中和能源体系中的重要组成部分。中国、美国、欧洲、日本、韩国已将氢能产业纳入国家能源战略规划。中国发布了《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》^[1]，提出了各阶段的发展目标，要重点推进氢燃料电池中重型车辆应用，有序拓展氢燃料电池等新能源客、货汽车市场应用空间，逐步建立燃料电池汽车与锂电池纯电动汽车的互补发展模式。在交通领域，京津冀燃料电池示范城市群成为国家首批示范城市群之一，科技创新、产业基础、支撑要素和市场应用全国领先，试图在应用端发力。把握2022年冬奥会、冬残奥会等契机，京津冀加速构建以北京为强大内核、区域协同发展的氢能产业发展新格局，打通氢能产业发展的商业模式。与纯电动汽车和传统燃油车相比，燃料电池汽车具有温室气体排放低、燃料加注时间短、续航里程长等优点，较适用于中长距离或重载运输，当前燃料电池汽车产业政策也优先支持商用车发展。

北京在碳中和背景下，除电力和热力领域的脱碳外，最主要的就是交通领域的脱碳。小客车、城市公交车等汽车领域电动化水平比较高，技术应用也比较成熟。对于物流车、重卡等一些细分领域，氢燃料电池汽车相比纯电动汽车续航里程长、加氢时间短、零排放零污染，更适宜在低温、山区、重载和远距离运输等场景应用，其将在交通脱碳中发挥极其重要的作用。经测算，2022年北京市交通领域的能源消费量约占北京市总能源消费量的12.7%，若未来柴油车被氢燃料电池汽车替代，则交通领域碳排放将减少13%。

2 北京市交通领域氢能发展现状

本文所提现状指截至2023年底的发展状态。

① 车辆规模尚需提升

为推动我国燃料电池汽车产业持续健康、科学有序发展，国家五部门联合发布了《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》^[2]，2021年8月，京津冀燃料电池汽车示范城市群获批。北京市发布了《北京市发布氢能产业发展实施方案（2021—2025年）》简称《实施方案》^[3]和《北京市氢燃料电池汽车车用加氢站发展规划（2021—2025年）》(简称《规划》)^[4]，提出氢燃料电池汽车的发展目标，即2023年前力争推广3 000 辆，2025年前力争推广突破10 000 辆。依据实施方案要求，北京市积极打造京北氢能产业科技创新应用示范区和京南氢能高端装备制造与应用示范区，积极推进氢燃料电池汽车技术创新和示范应用。截至2023年9月，运营氢燃料电池汽车2 049 辆，主要运行场景为城市公交、包车客运、城市物流、冷链运输等。按照示范城市群的要求，前两个年度以超额241 辆的成绩完成推广任务，第1年度已获得了中央财政奖励资金。但是与发展目标相比，还有一定差距。

② 加氢站建设进度相对滞后

按照《实施方案》和《规划》要求，2023年前力争建成并投运37座加氢站，总加氢能力达到74 t/d，满足47 t/d车用氢能需求。到2025年，加氢站保有量达到74 座，总加氢能力达到148 t/d以上^[4]。但是，经调研，截至2023年9月，北京市共建成加氢站14 座（内部站4 座，外部站10 座），投运12 座，总设计加氢能力16.8 t/d（内部站4 t/d，外部站12.8 t/d），正在运营中的外部站仅包括永丰、氢能产业园、时顺苑、国际氢能示范区站，实际加氢能力合计6.21 t/d。加氢站建设进度和加氢能力与规划偏差较大。

3 存在问题

① 已有加氢站选址与车辆加氢需求不匹配

北京市现状有14座加氢站，主要分布在北部、西部和南部，仅8座位于五环、六环附近。而从车辆运行轨迹来看，包车客运场景主要运行区域为海淀、昌平、大兴及亦庄区域，城市物流场景主要运行区域为顺义空港、通州马驹桥、平谷马坊等大型物流基地及京津高速、京哈高速等高速沿线区域；冷链场景主要运行区域为顺义空港、大兴机场与丰台新发地、丰台岳各庄、朝阳大洋路、通州八里桥等批发市场周边，牵引运输场景主要运行区域为房山、大兴。这使得以在市东部区域运行为主的氢燃料电池车辆需额外行驶30~50 km，才能抵达西部或南北部最近的加氢站，造成严重的行驶里程浪费和时间成本增加，进而造成企业运行成本增加，使得需求企业和车企没有继续发展氢燃料电池汽车的动力。

② 上游氢源不足，氢气供不应求

氢气供应方面，北京市内已建成4座制氢厂，当前产能可达8.02 t/d^[4]。仅靠北京市内氢源无法满足加氢站的加注需求，北京市外包括河北张家口、保定、沧州、廊坊，以及内蒙古乌兰察布均具备一定规模制氢能力，总产能可达56.82 t/d。环京氢源现状见表1。

表1    环京氢源现状

受到上游氢源生产以及车辆运输限制等供应不稳定因素影响，并且需要兼顾社会临时补给车辆和签署供应保障协议车辆的加注需求，氢气常处于供不应求状态，出现加氢站对车辆的加注氢气量进行限制的现象，仅能加注一半，严重影响氢燃料电池汽车的推广。

在车辆推广方面，根据当前燃料电池汽车覆盖的城市公交、旅游、自卸和牵引等车型，基于车辆大数据平台监测结果和企业调研，考虑车辆出车频率、日运行时间等实际运行状况，采用里程能源消耗测算法测算不同场景（城市公交、包车客运、冷链物资、普货物资、建筑垃圾、工业制品、生产原料、市政环卫、混凝土搅拌）下车辆年均行驶里程和氢气年需求量，见表2。由此得出推广车辆的氢气年需求量为5 205 t。

表2    现阶段不同场景车辆氢气年需求量

通过采用车辆推广预测模型，聚焦重点场景和优势车型，根据车辆技术性能、全生命周期成本、新能源替代潜力和能源设施布局建设情况，在叠加政策补贴和通行权便利的情况下，2023—2025年，年均氢燃料电池汽车推广规模将达3 000～3 500 辆，2025年北京市氢燃料电池汽车总保有量将达1万 辆，2025年氢燃料电池汽车氢气年需求量预计达32 754 t。北京市交通领域氢能供需预测见表3。整体而言，北京市氢燃料电池汽车用氢供不应求。

表3    北京市交通领域氢能供需预测

③ 加氢站运营成本高

加氢站与制氢厂以到站价进行结算，成本包含了制取和储运成本，加氢站氢气定价要综合考虑氢气到站价格及加氢站运营成本。通过调研周边氢气价格，氢气出厂价为15~28 元/kg，运输价格约为0.05~0.10 元/（kg·km），加氢站运营成本一般在17 元/kg。根据北京市经济和信息化局发布的《北京市关于支持氢能产业发展的若干政策措施》^[5]，对本市行政区域范围内提供加氢服务并承诺氢气市场销售价格不高于30 元/kg的加氢站，按照10 元/kg的标准给予氢气运营补贴。加氢站运营收入很难覆盖其成本，赢利比较难，使得加氢站的建设发展缓慢。

4 应对措施

① 完善氢气供需匹配

围绕氢燃料电池汽车应用场景和用氢需求，要做好新建加氢站的规划选址，利用公交、环卫、货运、客运等自属厂站及专用园区，以及既有加油（气）站开展建设，实现加氢站建设空间布局与车辆推广应用充分结合，进一步扩大加氢站服务辐射范围，形成规划布局合理的氢燃料电池汽车车用氢能供给保障体系。

② 氢能储运装备升级

氢能储运是氢能产业发展中的重要一环，储运成本占全流程总成本的30%～40%。目前我国以20 MPa运输为主，30 MPa车辆刚开始得到应用，使用30 MPa车辆代替20 MPa车辆进行氢气运输，将极大提升运氢效率。液氢制、储、运更加适用于长距离的氢能运输^[6]。液态储氢、固态储氢目前尚处于技术提升及研发示范阶段，而开发应用高压气态储氢、固体储氢、液态储氢等技术并升级氢能储运装备，将大大减小氢能应用中间成本，助力北京市交通领域氢能发展；同时，随着管道输氢示范项目快速推进，推进纯氢管道建设、积极探索管道掺氢，也将为打破氢能储运的瓶颈提供有力支撑。

③ 推进生物天然气制氢

从《天然气利用管理办法）》^[7]看，除为炼油、化工企业加氢装置配套、为钢铁冷轧配套的天然气制氢项目外，其他天然气制氢项目均为限制类。从北京市的资源禀赋及分布情况来看，在氢能需求地通过可再生能源发电电解水制氢以满足车辆加注需求难度较大。目前即便是小型加氢站规模也达1 t/d，北京市风力发电资源不足，若采用光伏发电则需约4万 m²占地面积，实操性较低。反观北京市可用的生物质气资源，现有3个垃圾填埋场、5个污水处理厂及8 个餐厨垃圾处理厂，预计生物天然气规模可达100万 m³/d以上，可制氢130 t/d以上，足以满足北京市未来用氢需求，实现本地供应并保障供应安全稳定。

④ 推进制氢加氢一体站建设

由于当前和未来一段时间内，外地氢到京的到站价较高，加上站内运行费用高，在现有的价格体系下，造成了加氢站的经济性欠佳，采用制氢加氢一体站运营模式，可以有效利用现有燃气管网实现低成本制氢原料运输，大大减少氢气的运输和储存成本，提高加氢站的运行经济性。

5 建议

① 突破审批限制，推动油气企业参与

在推进制氢加氢一体站建设方面，在建设审批上，尽快突破制氢项目要在化工园区内的限制。虽然河北、广东、吉林等地已突破化工园区限制，但是北京市还没有突破。需要明确项目审批机构、流程和建设的安全标准要求、条件等，有效推进油气企业充分利用自己的燃气运维经验、闲置土地资源等开展制氢加氢业务，保证供需匹配。

② 出台生物天然气入管网制氢绿色认证方法与机制

由于生物天然气制气厂与制加氢站分布位置不匹配，需要充分利用北京市现有燃气管网实现对生物天然气的输送。按照中国氢能联盟发布的团体标准T/CAB 0078—2020《低碳氢、清洁氢与可再生氢的标准与评价》要求，单位质量的氢气碳排放量阈值为14.51 kg/kg，清洁氢和可再生氢的阈值为4.9 kg/kg，可再生氢同时要求制氢能源为可再生能源。按照标准认定的范围，是从原料收集到制出氢的生命周期内的碳排放，由于生物天然气进入的是燃气管网，目前最难认定的就是生物天然气进入管网后的能耗，无法核算其在生命周期内的碳排放。所以亟须编制和出台相应的方法学，说明生物天然气入管网制氢的碳减排效果和核算方法，并建立相关的认证机制，推进绿氢的认证。

③ 推进氢能储运技术创新与规模应用

持续关注氢燃料电池的发展，持续探索高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢的示范应用，加快金属氢化物储氢等固体材料储氢技术的研发与技术攻关，打破氢能储存技术壁垒，在提高氢能利用效率的同时降低氢储运成本，以科技更迭带动产业良性发展，在北京市持续推动氢能储运规模化示范应用的落地。

④ 制定促进氢燃料电池汽车发展的优惠政策

结合京津冀燃料电池示范城市群建设及专项规划，持续完善和优化氢燃料电池汽车产业的政策环境，包括财税政策、非财税政策和合作机制等，以支持氢燃料电池汽车产业的健康快速发展。在城市群内部或城市群之间开通专门的零碳廊道，通过高速公路、城市道路或其他交通网络免高速费等优惠政策，鼓励更多用户选择氢燃料电池汽车，促进氢燃料电池汽车发展。

⑤ 强化全产业链联动

形成良好的商业推广模式，促进产业联盟、企业间合作，全产业链联动发展。北京市计划在2025年前实现氢燃料电池汽车累计推广量突破10 000辆，目前距离推广量的实现还有一定距离，这需要进一步技术创新和产业发展的支持，要加强氢能产业链上下游企业的紧密合作和资源共享。积极开发跨行业、多领域的合作模式，推动氢能交通技术的研发、生产、运营及加氢站建设等方面的深度合作，从而加速氢能交通产业的发展。

参考文献：

[1] 国家发展改革委，国家能源局.  氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）[EB/OL].  [2022-03-22].  http://www.nea.gov.cn/2022-03/23/c_1310525755.htm.

[2] 财政部，工业和信息化部，科技部，等.  关于开展燃料电池汽车示范应用的通知[EB/OL].  [2020-09-16].  https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-10/22/content_555 3246.htm.

[3] 北京市经济和信息化局.  北京市发布氢能产业发展实施方案（2021—2025年）[EB/OL].  [2021-08-16].  https://www.beijing.gov.cn/zhengce/gfxwj/sj/202108/t20210817_2469561.html.

[4] 北京市城市管理委员会.  北京市氢燃料电池汽车车用加氢站发展规划（2021—2025年）[EB/OL].  [2022-11-22].  https://www.beijing.gov.cn/zhengce/gfxwj/202211/t20 221125_2865746.html.

[5] 北京市政府.  北京市关于支持氢能产业发展的若干政策措施[EB/OL].  [2022-08-11].  https://www.beijing.gov.cn/zhengce/zhengcefagui/202208/t20220822_2796544.html.

[6] 张振扬,解辉.  液氢的制、储、运技术现状及分析[J].  可再生能源,2023(3):298-305.

[7] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.  天然气利用管理办法[EB/OL].  [2024-06-19].  https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/fzggwl/202406/t20240619_1387036.html.