氫能發展與加氫站建設的思考

王煥霞

〔中國石化銷售股份有限公司 北京 100728〕

1 國內能源形勢亟需發展氫能

隨著我國經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，能源需求急劇增長，自1993年我國成為石油凈進口國以來，對進口石油的依賴程度越來越高。與此同時，影響國際油價和資源供給的因素日趨復雜，國際石油市場的不穩定以及油價波動等隨時影響著我國的石油供給，不僅可能對經濟運行造成沖擊，甚至對我國能源以及經濟安全都帶來嚴峻挑戰。因此，實行多元化的能源戰略，不斷探索開發新能源，并使之成為真正安全環保且具長遠實用性和商業推廣價值的新型能源，對我們這樣一個能源需求大國至關重要。

近些年來，我國曾先后出臺政策，并輔以財政補貼等手段，引導支持天然氣、乙醇、甲醇、風能、光伏發電等新能源的發展。與石油相比較，這些新能源在存儲、環保性、成本等方面均存在不同程度的不足，尚遠不足以替代石油成為能源支柱。目前世界能源格局正在深刻調整，新一輪能源革命已經開始，無碳和可再生日益成為兩個主要著眼點，而縱觀世界范圍內對新能源的探索研發，目前基本形成了一個共識：氫能是解決能源危機和環境危機的重要發展方向。

2 氫能的特點及發展現狀

在整個能源架構里，氫能越來越體現出巨大的優越性，它可存儲、運輸和再生，來源多元，且完全環保。具體來說，氫能具有以下優點：

(1)安全環保。氫氣分子量為2, 僅為空氣的1/14, 因此，氫氣一旦泄漏于空氣中會迅速升入高空，不會在地面聚集。而其他燃油、燃氣均會聚集于地面而構成易燃易爆危險。氫氣完全無味無毒，不會對人體構成危害，燃燒產物僅為水，不污染環境。

(2)高能高溫。1kg氫氣熱值為34 000kcal, 是汽油的三倍。氫氧焰溫度達2 800℃，高于常規液氣。

(3)熱能集中，利用效率高。氫氧焰火焰挺直，熱損失非常小。

(4)原料廣布、自然再生且容易取得。氫能來源于水，燃燒后又還原成水，且氫氣可由水電解制取，水資源取之不盡，每kg水可制備1 860L氫氧燃氣。

(5)即產即用。利用先進的自動控制技術，氫氣適合于一切需要燃氣的地方。

但在當前，氫能仍存在制取成本高、生產存儲難。隨著科技的不斷進步，這兩大技術難題終將被突破。

全球管理咨詢公司麥肯錫曾發布報告稱，“到2050年，全球10%的終端能源將是氫能，屆時，氫能在電力、交通、建筑等領域都將是主要能源之一”。2018年至今，已有包括日本、韓國、澳大利亞、英國、法國在內的諸多國家發布了氫能領域的最新規劃，尤其在《巴黎協定》簽署之后，世界各國都面臨節能減排的巨大壓力，而氫氣作為一種低碳高效的能源，完全契合了節能減排的要求，因此已經被日本、美國、歐盟國家等眾多國家作為未來的主要能源來推動和研發，積極支持氫能發展。2017年，日本正式把國家將來的第一能源定位為氫能，取代化石能源。截止目前，日本成為世界上氫能應用最成熟的國家，正在打造以“氫車”“氫家”和“氫電”為基礎的三大支柱，著力發展“氫能社會”。

在國內，目前已有23個省市相繼發布了與氫能和燃料電池汽車相關的發展計劃，并付諸實施。另一方面，我國擁有世界上最大的制氫能力。據了解， 2012年我國的氫產量是1 600萬t左右，2018年增長到2 000～2 200萬t，僅中石化每年氫產量就多達300萬t，具備良好的生產基礎，能夠滿足未來氫經濟的潛在需求，也就是所謂的“氫能源產業”。在上海、廣東、江蘇、北京等地，眾多企業和科研機構已先期開始了氫能領域的研發和試點工作。而國內石油石化行業的龍頭企業——中石化在戰略參股國內氫能龍頭企業上海重塑之后，于11月6日，在國家主席習近平和法國總統馬克龍見證下，與法國液化空氣集團公司簽署了合作備忘錄，謀求加強氫能領域的合資合作，加大氫能技術研發力度和基礎設施建設步伐，共同打造氫能產業鏈和氫能經濟生態圈，共同推動氫能和燃料電池汽車解決方案在我國的推廣和應用。法國液化空氣集團公司是世界領先的工業氣體生產和服務公司，在氫氣(液氫)生產、加氫站基礎設施建設運營方面擁有豐富的技術和經驗，已在全球建設了近120座加氫站，直接擁有并運營加氫站近60座，是國際氫能理事會的創始企業和輪值主席。此次合作將發揮法國液化空氣集團公司在氫氣制、儲、運、加全產業鏈的專業經驗，為我國發展氫能和燃料電池提供有競爭力的氫氣供應方案。

總體來看，雖然從政府到企業，大家對氫能發展熱情不斷高漲，但氫能發展之路仍將任重而道遠。首先在關鍵技術上，無論是氫氣的加工成本氫能汽車相關技術等都存在很大瓶頸，尚需突破；其次，我國新能源的發展路徑尚需進一步明晰；三是氫能產業發展政策尚待完善。

3 加氫站建設的現狀及相關知識

加氫站作為氫能發展產業鏈的一部分，在世界范圍內，已經有一些國家率先建成，開始向氫燃料汽車提供動力。日本建成了100多座加氫站，全球數量最多。德國已經建成了70多座加氫站，并且以每兩周一座新的加氫站投入運營的速度快速發展，預計到2019年底將有100座加氫站可供汽車使用。2018年以來，我國氫能產業發展再次升溫，氫能聯盟于2018年6月發布《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》，預計到2050年，我國將建成加氫站1萬座以上。中石油、中石化等能源企業和汽車生產企業已經開始進行相關研究，并嘗試建站實操。2019年6月5日，國內首座、全球最大的燃料電池車全場景應用加氫站——上海化工區加氫站也正式落成。7月1日，國內首座油氫合建站——中石化佛山樟坑油氫合建站正式建成，這是全國首座集油、氫、電能源供給及連鎖便利服務于一體的新型網點，日供氫能力為500 kg。

3.1 加氫站的分類

加氫站可以根據不同的標準對其進行細分：

(1)按建設形式不同，加氫站可分為固定式、撬裝式和移動式三種。固定式加氫站占地面積可為2 000～4 000m2，在當下城市建設用地緊張、價格不斷攀升以及加氫站未來發展不確定性的情況下，尋找用于建設加氫站的獨立用地不僅存在一定困難，且有可能影響用地的開發價值，造成不經濟。而撬裝式和移動式加氫站則將壓縮機、儲氫裝置、加氫機等設備進行集成化、模塊化設置，占地面積很小，甚至可小于600m2，一般不需要通過城市規劃中單獨控制用地，較為適合與加氣、加油站、環衛廠區、物流園區等合建。

(2)按建設內容不同，加氫站可分為單純加氫站、加油加氫合建站、加氣加氫合建站、加油加氫加電合建站等。

(3)按氫氣來源不同，加氫站可分為外供氫加氫站和內制氫加氫站。外供氫加氫站內無制氫裝置，而是通過長管拖車、液氫槽車或者氫氣管道由制氫廠運輸至加氫站，由壓縮機壓縮并輸入高壓儲氫瓶內存儲，最終通過氫氣加氣機加注到燃料電池汽車中使用。內制氫加氫站內需建制氫系統，站內制備的氫氣一般需經純化、干燥后再進行壓縮、存儲，然后按需加注。目前制氫技術主要包括電解水制氫、天然氣重整制氫、可再生能源制氫等，其中，電解水制氫和天然氣重整制氫技術由于設備便于安裝、自動化程度較高，且天然氣重整技術可依托天然氣基礎設施發展，因而在站內制氫的加氫站中應用最多。

(4)根據氫氣存儲方式的不同，加氫站可分為高壓氣氫站和液氫站，全球約30%的加氫站為液氫儲運加氫站，主要分布在美國和日本，我國現階段全部為高壓氣氫站。相比氣氫儲運，液氫儲運加氫站占地面積更小，存儲量更大，但建設難度也相對更大，適合加氫需求量大的區域。

3.2 加氫站的建設等級

目前，加氫站建設所依據的標準主要是國家標準《加氫站技術規范》(GB 50516)、《汽車加油加氣站設計與施工規范》(GB50156)、《加氫站安全技術規范》(GB/T 34584)和相關行業標準等。結合國內外加氫站建設情況，對國家標準《汽車加油加氣站設計與施工規范》的修訂工作已經啟動，屆時將把加氫站內容納入其中，有的企業已經開始研究制定油氫混合站建設的企業標準。根據國家標準《加氫站技術規范》(GB—50516)，加氫站根據其儲氫罐總容量和單罐容量，將單純加氫站分為三級，具體見表1：

表1 加氫站的等級劃分

加油加氫站則根據其油罐總容積與儲氫罐總容量，將加油加氫站分為二級，并對站內單罐的油、氫容量進行了明確規定，油氫合建站的等級劃分見表2。

表2 油氫合建站的等級劃分

注:①V為油罐總容積(m3)。
②柴油罐容積可折半計入油罐總容積。
③當油罐總容積大于60m3時，油罐單罐容積不得大于50m3； 當油罐總容積小于或等于60m3時，油罐單罐容積不得大于30m3。
④當儲氫罐總容量>4 000kg時，單罐容積量≯2 000kg；當儲氫罐總容量>1 000kg時，單罐容量≯1 000kg。

3.3 加氫站供氫壓力

目前加氫站所采用的供氫壓力有35MPa和70MPa兩種。

國外大多采用70MPa，國內加氫站受現有壓縮機和儲氫瓶技術發展的限制，大部分采用35MPa。用35MPa壓力供氫時，氫氣壓縮機的工作壓力為45MPa，高壓儲氫瓶工作壓力為45MPa；用70MPa壓力供氫時，氫氣壓縮機的工作壓力為98MPa，高壓儲氫瓶工作壓力為87.5MPa。

4 對加氫站建設的思考

20多年來，我國在車用能源方面，曾先后力推支持過天然氣、乙醇、甲醇、電動等新能源的應用。

毫無疑問，雖然氫能本身具有其他新能源無法比擬的優勢，但作為新能源，尚有諸多的技術難題需要突破，氫能產業發展尚有很多的不確定性，雖然交通行業將是氫能使用的重要領域，但以氫能作為車用能源，使關鍵技術成熟、具有較高的商業價值、再到全面推廣還有很長的路要走。作為車用氫能產業的產供銷鏈條一環的加氫站建設雖可大膽創新嘗試，但在建設的數量、建站的規模、技術路線的選擇等方面仍需持重穩妥，唯以車輛氫能消費需求為主要投資決策依據，可適度超前布局建設加氫站，避免再度造成投資浪費。

以下推進加氫站建設的四點原則，可為相關單位建設加氫站提供參考：

(1)在選點布局上，緊緊圍繞消費市場，主要考慮在氫能汽車市場發展前景較好的區域布點建設。

(2)在加氫站建設類型上，應優先考慮油氫合建站。因為土地成本是加氫站建設投資的主要部分，在加氫業務盈利模式尚不明朗、加氫規模尚不能實現真正盈利之前，油氫合建站能夠提高建設用地的使用效能，并大大提高投資回報。

(3)在建設主體上，提倡由氫能汽車企業、大型油企和主要氫能消費企業合資合作，共同投資建設，實現優勢互補。

(4)在建設等級選擇上，盡量選擇低等級。因為氫能技術尚在探索階段，在技術尚不完全成熟、安全風險尚未完全識別情況下，低等級的站點危險性相對可控。

5 結語

總之，綜合考慮國內外氫能產業發展的現狀、國內氫能產業政策和氫能市場發展情況等多種因素，在一段時期內，加氫站建設應立足于氫能汽車研發情況和市場成熟度，恰當把握建設節奏，理性發展建設加氫站。