南莊一體站，“氫”而易舉

文／姜 勇

南莊制氫加氫加氣一體化站的正式啟動試運行，為我國加氫站的發展提供了佛山方案。

近日，我國首個站內天然氣制氫加氫一體站，由佛燃能源投資建設的南莊制氫加氫加氣一體化站（以下簡稱南莊站）在廣東佛山正式啟動試運行。

作為我國首個站內天然氣制氫加氫一體站，南莊站有何特點？對我國加氫站的發展有何借鑒意義？對我國的氫能利用有何啟示？筆者略談淺見。

符合加氫站發展趨勢

南莊站是集天然氣制氫、光伏發電耦合電解水制氫、加氫、加氣、充電等功能于一體的綜合能源供應站，屬于站內制氫—加氫母站，符合國際一致認同的“可再生能源+氫”減碳路徑。

安裝的屋頂光伏發電系統裝機容量達230千瓦，年發電量24萬千瓦時，可通過電解水工藝生產5000公斤綠氫。率先采用了橇裝式天然氣制氫裝備，已具備生產純度超99.999%的氫氣的條件。站內天然氣制氫能力為500標方/小時，電解水制氫能力為50標方/小時，日制氫加氫能力達到1100公斤，可滿足公交車100車次或物流車150車次的加氫需求。

配套了加氫設備，包括一臺充裝卸氣柜、兩臺20MPa隔膜壓縮機、兩臺45MPa隔膜壓縮機，一套儲氫量約為206公斤、工作壓力為20MPa的儲氫瓶組，一套儲氫量約為391公斤、工作壓力為45MPa的儲氫瓶組，一套低壓瓶組柜，一套順序控制閥組，兩臺雙槍單系統加氫機和兩套冷水機組。

氫能供應鏈由制氫、運輸氫、加注氫、使用氫四大循環環節構成。在制氫環節，中國已經是世界上工業副產氫和可再生能源第一大國。氫產業的痛點不是制氫而是運氫加氫環節。

氫作為元素周期表的首位，在恒定溫度的狀態下為氣態，極其容易揮發。非制氫加氫加氣一體化站在使用氫之前，需要先將氫從產地或儲存地運輸到加氫站，而后通過加氫站進行加氫工作，從而與上游制氫環節形成一個氫能循環體系。

南莊站采用的站內制氫模式，砍掉了四大環節中的運輸環節，把制氫與加氫連為一體。相比站外供氫模式省卻了長管拖車運輸、裝卸車環節，對于降低終端用氫成本和減少城市道路運輸風險有積極作用。站內制氫加氫一體模式符合國際加氫站發展趨勢和中國實際情況。

最適合的氫能供應鏈模式

南莊站的氫能供應鏈模式解決了一系列難題，可以說是選擇了一個最適合的氫能供應鏈模式。

從生產端來看，一般制氫廠在危化品集中地，建在遠離市區的地方，而加氫站大多分布在市區。各種方式的制氫都有其間歇性、延遲性、地域性、不穩定性。尤其是工廠制氫量不一定就是加氫站實際用氫量，很容易導致生產多了用不掉，或者生產少了不夠用。南莊站完美地解決了這個問題，可以實現用多少制造多少，避免生產過剩，浪費積壓。

從運輸端來看，一方面氫長距離運輸損耗很大，另一方面成本高、危險系數高。目前專用的氫運輸車輛必須是造價相對昂貴的20MPa長管拖車。拖車數量有限，每輛車運輸量也有限，一次只能運輸氫250公斤。加壓裝車，從車上卸到加氫站還得二次加壓，得另外購買專用的壓縮機組進行二次加壓。環節多，易出錯，需要專人操作，費時、費事、費力、費錢。運氫車輛屬于危化品運輸車輛，是道路運輸移動的危險源，被重點監控。可以說，從制氫場所長途開車運送到加氫站，中間的運輸、加氫環節效率低下、極不通暢，環節紛繁復雜。有了一體站就意味著完全避開了這些環節，不用兩次加壓就不用上這么多設備，最大的好處是可以無限制加氫（只要生產能力夠）。

值得一提的是，中國不同地區能源結構存在很大差異，應結合自身條件和需求進行合理的站內制氫方式的選擇。比如內陸油氣田產氣區附近、沿海LNG接收站附近、進口天然氣管道樞紐分輸站附近，可以依托豐富的天然氣資源就近建設天然氣制氫加氫站；遠離天然氣氣源或者天然氣運輸不便的地區，應當因地制宜采用水電解制氫和甲醇制氫。南莊站作為我國首個天然氣制氫加氫加氣一體化站落戶廣東佛山，與其靠近LNG接收站有著密切關系。

據預測，雖然今后較長一段時期仍是以天然氣等低碳能源制氫為主要發展路線，但未來終極方案將是可再生能源電解水制氫。南莊站“天然氣低碳制氫+光伏電解水綠色制氫”多元化制氫模式為實現“3060雙碳目標”樹立了制氫加氫一體站樣本。所以，筆者認為南莊模式才是目前最適合的氫能供應鏈模式。

●站內制氫加氫一體模式符合加氫站發展趨勢。 供圖/中國石化 中國石油

意義重大但仍需優化

從加氫站的發展來看，以南莊站為代表的制氫加氫一體站的規劃設計具有重大意義。

第一，南莊模式將很大程度上加快加氫站、加油站、加氣站、充電站綜合改建，推進綜合能源示范站在我國合理、高效布局的進程。第二，能最大限度避免氫氣儲運帶來的成本和風險，用氫總體成本優于集中供氫。第三，可促使燃氣公司大力發展天然氣制氫業務，并與CCS技術結合，實現從“灰氫”到“藍氫”的轉變，同時依托制氫廠建設加氫站，加快布局，搶占市場先機，并且可利用已建成的加氣站，實施加氣站、加氫站聯建模式，降低成本，擴大服務范圍。第四，全新形式的加氫站可促使整個氫能產業鏈上下游企業及氫能行業的可持續、良性、健康發展。

另一方面需要指出的是，天然氣制氫加氫一體站從整體上還存在一些不足，尤其是在優化制氫工藝的過程中，需要科研人員加以完善。

首先，我國沒有正式公布制氫加氫一體站的建設標準規范。在各地加氫站管理辦法中，也沒有明確指出關于一體站的選址、建設、審批等環節的規范標準。加快我國加氫站標準范圍擴展到不同類型的加氫站也是當下需要做的工作，有法可依有標準可遵循才能廣泛高效推廣。第二，節能降耗應用技術不足，導致制氫工作中存在燃料浪費現象，使得燃料成本占到制氫總成本的六成以上。第三，熱能浪費。天然氣制氫會釋放大量熱能，這些熱能多是經煙道氣出口直接排放掉，造成資源浪費。第四，天然氣制氫所用容器需耐高溫，這樣的設備通常成本較高。因此如何在反應溫度高這一背景下降低制氫成本是制氫有待解決的技術問題。

總的來說，因地制宜發展天然氣制氫加氫一體站項目，可以有效解決氫源供應不足、氫氣終端價格居高不下、氫源對外依賴性強等問題。南莊站的試運行對佛山氫能產業發展乃至全國氫能產業發展具有里程碑意義，為國內同行提供了獨特的佛山方案。