鉅大LARGE | 點擊量：1173次 | 2019年05月29日
加氫站進入快車道
▌加氫站及網絡建設是普及氫能的基礎
氫是目前全球公認的最潔凈的燃料，也是重要的化工合成原料。氫不是一次能源，需要使用一次能源通過轉換來生產出能量載體，目前氫氣的工業應用大多采用高壓氣態形式作為燃料或原料。
氫燃料電池車(Fuelcellvehicle-FCEV)是使氫或含氫物質及空氣中的氧通過燃料電池以產生電力，再以電力推動電動機，由電動機推動車輛，整個過程將氫的化學能轉換為機械能。
氫能源的最大好處是跟空氣中的氧反應產生水蒸氣之后排出，可有效減少燃油汽車造成的空氣污染問題，現階段下高速車輛、巴士、潛水艇和火箭已經在不同形式使用氫燃料，而燃料電池車一般在內燃機的基礎上改良而成。
制約氫燃料電池真正走向實用、走向市場、走向大眾生活的最大障礙是經濟規模的制氫、加氫技術及其社會普遍度、技術上(電堆和整車技術)的可靠性等。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
關于經濟規模的制氫我們在燃料電池行業深度報告(一)中深入闡述了，本篇作為系列報告的第二篇將重點討論加氫技術及其社會普遍度，也就是加氫站及網絡的建設問題。
對于經濟規模的制氫，在燃料電池行業深度報告(一)中，我們分析了低成本氫源的可能來源，我們認為從目前來看，國內化工副產氫的利用是燃料電池行業供氫的較優選擇，國內氯堿、PDH和快速發展的乙烷裂解行業可提供充足的低成本氫氣資源，且集中在負荷中心密集的華東地區，在對這些裝置進行低強度的改造之后可同時解決燃料電池行業的供氫和副產氫高效利用的問題，未來化工副產集中式供氫+水電解分散式制氫將會是國內燃料電池行業供氫模式的發展方向。
作為系列報告的第二篇，在本文中我們將討論加氫站建設的技術難點，按照不同的分類方法，加氫站可以分為多種類型:
按照制氫地點，加氫站可分為站外制氫加氫站(off—site)和站內制氫加氫站(on—site);按照儲存地點，可分為固定式加氫站和移動式加氫站;按照氫氣儲存狀態，可分為液氫加氫站和高壓氫氣加氫站;按照加注方式，可分為單級加注加氫站和多級加注加氫站;按照制氫方式，加氫站可分為電解水制氫加氫站、工業副產氫加氫站、天然氣重整制氫加氫站、甲醇重整制氫加氫站等。
業界通常將加氫站分為站外制氫加氫站和站內制氫加氫站兩種。
站外制氫加氫站在加氫站內無氫氣生產裝置，氫氣是從氫源通過運輸到達加氫站，氫氣運至加氫站后，在站內進行壓縮、儲存、加注等步驟;
站內制氫加氫站是在加氫站內自備了制氫系統，可以自主制取氫氣，氫氣經純化和壓縮后進行儲存。
目前小型的站內制氫加氫站主要采用站內電解水的方法制氫，另外，還有站內天然氣重整制氫、甲醇重整制氫、太陽能或風能制氫等。
氫氣的運輸:長管拖車目前最經濟
短距離運輸長管拖車氣態氫氣運輸最經濟。
300公里以上液氫槽車運輸更經濟:氫氣運輸的方式包括氣態氫氣輸送、液態氫氣輸送和固態氫氣輸送。
前兩者將氫氣加壓或液化后再利用交通工具運輸，這是目前加氫站比較常用的方式，固態氫氣輸送通過金屬氫化物進行運輸。如果考慮氫氣液化裝置的投入、液化能耗等等因素，氣態氫氣的運輸最經濟，長管拖車氣態氫氣運輸成本最低可以達到50公里2.3元/kg，折合為46元(/噸·公里)，當運輸距離超過300公里，液氫槽車運輸變得更經濟。
加氫站核心設備:基本依賴進口
為了使汽車能攜帶足夠的氫氣，必須把氫氣壓縮，壓縮的壓力越高，儲罐所能儲存的氫氣就越多，其能量密度越大，因此現在國際上燃料電池電動汽車上的氫氣儲罐壓力一般都做到35MPa的工作壓力，甚至有做到70MPa工作壓力，那么作為給汽車加氫的加氫站，其儲罐儲存氫氣的壓力更要高于汽車氫氣儲罐的壓力，才能保證給汽車充氣。
因此要真正做到給燃料電池電動汽車、氫內燃機汽車加注氫氣，使氫氣真正作為能源使用，關鍵在于氫氣的升壓技術、儲存技術和加注技術及其系統集成，特別是儲存技術，這是加氫站的技術難點，而對于站內制氫加氫站，技術難點還包括制氫技術以及系統集成。
加氫站與現有較為成熟的壓縮天然氣(CNG)加氣站相似，主要包括卸氣柱(站外制氫加氫站)、壓縮機、儲氫罐、加氫機、管道、控制系統、氮氣吹掃裝置、放散裝置以及安全監控裝置等等，無論是站外制氫加氫站還是站內制氫加氫站其核心設備都是壓縮機、儲氫罐和加氫機，它們分別占到加氫站建設成本的30%、11%、13%，目前國內加氫站核心設備基本依賴進口。
1.壓縮機
壓縮機是將氫源加壓注入儲氣系統的核心裝置，輸出壓力和氣體封閉性能是其最重要的性能指標。
目前加氫站使用的壓縮機主要有隔膜式壓縮和離子式壓縮機兩種。
隔膜式壓縮機因無需潤滑油潤滑，從而能夠獲得滿足燃料電池汽車純度要求的高壓氫氣，并且隔膜式壓縮機輸出壓力極限可超過100MPa，足以滿足加氫站70MPa以上的壓力要求，但隔膜式壓縮機在壓縮過程中需要采用空氣冷卻或液體冷卻的方式進行降溫。
目前國際上主要的隔膜式壓縮機的生產商有美國Hydro-PAC公司、PDC公司等等，國內特種718所能夠利用PDC公司提供的部件完成組裝，上海世博加氫站、北京加氫站都是引進的美國PDC公司產品。
離子式壓縮機能實現等溫壓縮，但因技術尚未成熟，沒有大規模使用。
2.儲氫罐
儲氫罐很大程度上決定了加氫站的氫氣供給能力。加氫站內的儲氫罐通常采用低壓(20~30MPa)、中壓(30~40MPa)、高壓(40~75MPa)三級壓力進行儲存。有時氫氣長管拖車也作為一級儲氣(10~20MPa)設施，構成4級儲氣的方式。
3.加氫機
加氫機是實現氫氣加注服務的設備，加氫機上裝有壓力傳感器、溫度傳感器、計量裝置、取氣優先控制裝置、安全裝置等等。當燃料電池汽車需要加注氫氣時，若加氫站是采用4級儲氣的方式，則加氫機首先從氫氣長管拖車中取氣;
當氫氣長管拖車中的氫氣壓力與車載儲氫瓶的壓力達到平衡時，轉由低壓儲氫罐供氣;依此類推，然后分別是從中壓、高壓儲氫罐中取氣;當高壓儲氫罐的壓力無法將車載儲氫瓶加注至設定壓力時，則啟動壓縮機進行加注。
加注完成后，壓縮機按照高、中、低壓的順序為三級儲氫罐補充氫氣，以待下一次的加注。這樣分級加注的方式有利于減少壓縮機的功耗。
加氫機主要的生產企業有德國林德(Linde)、美國AP公司等等，國內厚普股份已成功研發氫氣加注裝置，產品規格包括日加氫量50公斤、200公斤、500公斤、1000公斤等規格，并且已經為上海、武漢、鄭州、張家口等國內布局氫能源汽車的城市供應了氫氣加注設備，加氫機是目前最有可能實現國產化的核心設備。
▌國內外加氫站及網絡的建設情況
據H2stations(H2stations.org網站)統計，截至2018年底全球加氫站數目達到369座，新增48座:其中歐洲152座，亞洲136座，北美78座。在全部369座加氫站中，有273座是零售型加氫站，對外開放，其余的站點則為封閉用戶群提供服務，比如公共汽車或車隊用戶。
截至2018年底，全球擁有10座以上加氫站的國家有日本(102座)、德國(60座)、美國(42座)、中國(23座)、法國(19座)、英國(17座)、韓國(14座)、丹麥(11座)。日本、德國和美國加氫站共有204座，占全球總數的55%，這三個國家在氫能與燃料電池技術領域在全球處于絕對領先地位。
目前全球氫能源產業還處于導入期，加氫站的建設規模還較小，截至2018年底，已經規劃的新增加氫站計劃較大的有德國(38座)、荷蘭(17座)、法國(12座)、加拿大(7座)、韓國(27座)、中國(18座)。
▌國內加氫站的建設情況
截至2018年底，我國已有23座加氫站在運營，大部分都是以35Mpa加注氫氣，并且以外供氫氣為主。
對于全球而言，通過上文的分析，我們認為加氫站及網絡的建設主要難點并不是在技術層面上，其主要難點是如何降低成本。不僅是建設成本，還有日常運營成本。據日本主要的加氫站建設運營商巖谷產業預計，加氫站的一年運營費用為5000萬日元(300萬人民幣)左右，要想實現盈利，每個站點需要有700-1000輛FCV(固定客戶)來加氫，然而在目前的普及程度上，這是不可能達到的。
我國在加氫網絡的建設上還處于起步階段，核心設備基本依賴進口，加氫站數量也比較少，整體比較薄弱。通過對日本、德國、美國的加氫站及網絡建設情況的分析，我們可以借鑒:
1.在起步階段，要通過政府政策引導以及政府示范項目，對加氫站的建設、運營、管理、安全等等方面進行論證，論證結束后，可以制定相關的標準，并不斷優化;
2.進入商業化運營后，加氫站的建設應以主要城市為中心，然后再在連通主要城市的交通干道(高速)上建設，形成初步的氫能高速路(網絡);
3.在商業化運營后，應該建立政府、上下游企業等參與的產業聯盟，不斷優化相關標準，并對技術路線、未來政策的制定等等集思廣益，發揮全社會的能動性;
4.在規模經濟顯現前，適當的補貼政策是必要的，可以如日本一樣對建設成本、日常運營成本進行補貼，補貼可以是政府發放，也鼓勵汽車企業參與發放;
5.相關標準成熟后，應該鼓勵產業資本(民間資本)參與建設加氫站，并最終應該以民營企業為主建設加氫網絡;
6.加氫站降成本方面，除了技術革新之外，應該充分考慮油氣綜合加注站，我國幅員遼闊，已有11萬座以上的加油站，如果能夠充分利用已有的加油站資源，將節省可觀的加氫站基礎建設成本。
