前言
2021年兩會《政府工作報告》部署的第七項重點工作強調要扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，制定2030年前碳排放達峰行動方案。在我國打造低碳經濟、塑造新能源體系已經成為了主流發展方向，集中體現在當前的汽車產業和列車產業的應用上，積累了燃料電池、鋰電池、超級電容等一批關鍵技術。
其中以氫燃料電池技術為代表的氫能源由于產物零污染，被譽為“終極能源”。目前，我國已經實現了氫能源在現代列車上的應用，技術已經逐步走向成熟。本期專報將圍繞軌道交通氫能源技術和氫能源的發展前景做簡要介紹，供行業主管部門和相關企業參考。
一、氫能源列車介紹和城軌供電技術分類
氫能源列車是一種極為環保的交通工具，運行過程中的產物只有水。在當今國家大力推行碳中和、碳達峰的背景之下，氫燃料電池技術作為一種清潔能源在軌道交通領域中蓬勃發展，目前主要布局在城市軌道交通中的有軌電車板塊。
氫燃料電池是一種新型的自帶動力的城市軌道交通供電方式，而常規的第三軌供電和接觸網供電都屬于非自帶動力的供電方式，下面將對幾種城軌供電方式做一個簡要的分類和比較。
1、非自帶動力的城軌供電方式
非自帶動力的城軌供電方式主要指的是接觸網與第三軌，接觸網是架設在軌道上空供車輛受電弓取流的高壓輸電線，第三軌則是安裝在線路旁邊的用于供電的一條單獨軌道。這兩種方式的優點是技術成熟可靠，成本可控，是城市軌道交通中最常見的供電方式，但其局限性也不可忽視。
接觸網主要問題是對線路的限界空間要求較高，在地下線路中較大的限界標準會增大隧道截面積，在高架線路中也會增加承重要求，顯著增加工程成本。并且接觸網結構復雜，維護成本大，美觀性較差。此外接觸網在露天環境下易受大風影響，例如今年五一期間大風造成了京廣高鐵接觸網懸掛異物，導致了高鐵大面積晚點的嚴重后果。
第三軌由于貼近地面不遮擋視線，美觀性較好，但容易出現短路和腐蝕軌道的情況，線路檢修也存在觸電致死的安全隱患。另外第三軌存在電壓等級較低，過道岔需斷電，接觸不良等結構性問題，造成列車的最高時速難以提升。
2、自帶動力的城軌供電方式
近些年自帶動力的城軌供電方式逐漸發展了起來，主要包括鋰電池、超級電容和氫燃料電池這三種技術，自帶動力的列車既省去了大量的線路建設成本，又節能環保，且具有了良好的美觀性。目前這三種技術更加普及于新能源汽車領域，在列車領域仍處于早期發展階段，但隨著清潔能源技術的不斷進步，自帶動力的供電技術會擁有更加廣闊的發展前景。
鋰電池與超級電容供電方式的基本原理皆是列車在站點內進行充電。主要區別在于，超級電容充放電速度比鋰電池快的多，因此超級電容可滿足急加減速時的大功率需求；而容量上超級電容卻比鋰電池小的多，續航能力上明顯遜于鋰電池。因此在實際應用中往往將鋰電池與超級電容相接合，來保證列車的基本性能。
氫燃料電池技術通過氫與氧的直接電化學反應發電，反應最高溫度不超過100℃，不產生氮氧化合物，唯一的排放物質只有水。氫能源列車幾乎克服了上述鋰電池和超級電容的缺點，它儲能容量大、續航長，注氫快，最高速度高，零污染，安全可靠，是列車清潔能源開發的主流方向之一。當然，目前氫能源列車也存在局限性，主要體現在兩個方面：一是電堆技術難度大、成本高、國產電堆壽命與國外存在差距；二是氫能列車需要配套的產氫、儲氫、加氫設施系統，國內相關基礎設施建設和產業化布局還處于起步階段。
二、氫能源發展的宏觀戰略分析
回顧電氣化列車興起之時，我國已經有了一個成熟強健的電網系統，大力發展電氣化列車順理成章地減輕了對化石燃料的重度依賴，實現了節能減排。目前我國將近68%的電量由火電提供，發電碳排放約占碳排放總量的37.6%，要想擺脫化石能源，更進一步地實現碳達峰和碳中和的目標，發展氫能源的確是一個可行性很高的“捷徑”。
目前代表著清潔能源的太陽能、風能等都屬于現開現銷的一次能源，難儲存、難調峰，每年被不計其數地白白棄用變成“垃圾能源”，隨著光伏、水電、風能制氫技術的發展成熟，制氫儲氫成本在未來有望大幅降低，氫能源將成為最主要的清潔儲能方案。
然而選擇發展氫能源則必須要重新建立一個類似電網一樣的“氫能網絡”，工程量大、變革性強，造成氫能源的成本問題無法在短期得到解決。在這樣的難度下國家仍然選擇大力支持氫能源戰略并出臺了一系列支持政策，這其中必然有著高于成本問題的戰略思考。
本文的觀點是氫能源戰略是一個完整的產業戰略，它既不能簡單理解為列車供電方式的一種替代方案，也不能理解為新能源體系中的一個分支附庸：
在應用場景上，氫能源并不局限于車輛應用，而是豐富且開放的，尤其是在軍民融合領域，例如航空航天、人防工程、特種重載、船舶、無人機、醫療、雷達、應急電源、移動發電站等各方各面。通過氫能源多樣的場景布局，聯合不同的行業領域，可以打造一個協同創新的產業生態，面向廣闊的未來市場。
在技術路線上，氫能源與太陽能、風能、水電、鋰電池、超級電容等可再生能源技術相互交融，各有所長，相輔相成。在傳統的電氣系統和內燃系統上，西方國家經過上百年的發展已經制造了難以攻克的技術壁壘，而在新能源領域國內國外尚處在同一起跑線，是新一輪的國際產業競賽機遇。
在產業聚集上，通過氫能源可以打造完整的產業鏈。從上游的制氫到中游的儲氫、注氫再到下游的新能源應用形成了一個閉環。圍繞這樣一個產業鏈生態可以落地一批具有競爭力的項目，例如燃料電池系統項目、膜電極項目、氫能列車研發和運營系統項目等，最終可形成一個極具規模的產業集群。
三、從氫能源政策中思考產業發展機遇
隨著2021年全國兩會的召開及十四五規劃的發布，2021年3-4月中央及全國多地發布了氫能源相關政策，本文已梳理成表格列在下方。
從中不難發現，中央站在宏觀角度，主要是從優化能源結構的層面來支持氫能源的發展的；而在地方的產業化實施路徑層面，主要還是圍繞汽車領域進行產業化布局和基礎設施建設，涉及軌道交通列車領域的并不多，表明軌道交通領域的氫能應用還未受到很多地方政府的關注。
在實際應用層面，氫能目前很難在私人汽車市場上大范圍推廣。一是加氫站的建設費用非常高，平均一座要投入1200萬元以上，國內現有的70多家加氫站在2020年全部虧損。二是燃料電池發動機成本居高不下，一輛燃料電池汽車的價格是燃油車的3倍多，鋰電池車的3.5倍。三是加氫花銷很大，目前每公斤高達60-80元，對普通個人用戶來說難以接受。簡單總結就是，雖然氫能源汽車借著鋰電池車近幾年的火爆也有了一些起色，但其產業化能力還遠遠不夠。
而氫能源列車就很好地規避了氫能源汽車上述體現出來的幾個關鍵弊端。一是列車加氫站是線性布置的，相較于網絡布置的汽車加氫站成本大大節約。二是省去了接觸網和第三軌的線路建設費用彌補了應用燃料電池技術造成的額外成本。三是由于列車屬于公共交通，加氫費用可以最大化的攤薄以及得到財政補貼。也就是說，氫能源列車的應用場景在當下更具有現實的實踐意義，更具備產業化落地的基礎。
基于上述原因，我們應當給予氫能源列車板塊更多的關注度，尤其是主打軌道交通的相關產業園區。傳統的軌道交通產業如今已經陷入“內卷”，而結合了氫能源的列車順應了碳中和的大背景，又是國家優化能源結構戰略中的重要一環，同時可以結合氫能源的優勢延伸產業鏈觸角，做大做足增量市場。
四、軌道交通產業融合氫能源的園區招商方向
僅拿氫能源自己的產業鏈來說，主要分為上游的制氫、中游的儲氫注氫和下游的氫能應用。如果要將氫能源與現有的軌道交通產業有機地融合起來，我們首要關注的應該是產業鏈下游的氫能應用環節。首先，新技術要面向市場應用才能更好地實現產業化，培育出更多真正優質的企業，盡快擺脫政府燒錢補貼的模式；其次，軌道交通為氫能源的應用提供了得天獨厚的應用場景，新技術新標準都可以在氫能源列車上進行檢驗與示范；再者，氫能源作為新事物將激活軌交行業的創新動力，軌交行業的成熟體系又能賦能氫能源的發展。
一些具有代表性的氫能源產業下游企業如下：
結語
從發展路徑來看，氫能產業大致可以分為兩種模式。一種路徑模式是從產業角度出發，著眼于具體項目層次，部分地區發展氫能產業十幾年，但迄今仍然缺乏比較系統的進展。另一種路徑模式是高層路線，自上而下，強化戰略研究，主打政策形成,抽象出政策要點，通過政策來推動關鍵國企。這條路徑所需的時間同樣不短，但配合政策大氣候，已在國內成功。軌道交通產業集群在今后的發展戰略中既要重視產業目標，又要重視更廣的社會發展目標，發展氫能源緊緊貼合十四五規劃與2035遠景目標綱要。
