氫能發(fā)展與加氫站建設(shè)的思考

王煥霞

〔中國(guó)石化銷售股份有限公司 北京 100728〕

1 國(guó)內(nèi)能源形勢(shì)亟需發(fā)展氫能

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，能源需求急劇增長(zhǎng)，自1993年我國(guó)成為石油凈進(jìn)口國(guó)以來(lái)，對(duì)進(jìn)口石油的依賴程度越來(lái)越高。與此同時(shí)，影響國(guó)際油價(jià)和資源供給的因素日趨復(fù)雜，國(guó)際石油市場(chǎng)的不穩(wěn)定以及油價(jià)波動(dòng)等隨時(shí)影響著我國(guó)的石油供給，不僅可能對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成沖擊，甚至對(duì)我國(guó)能源以及經(jīng)濟(jì)安全都帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，實(shí)行多元化的能源戰(zhàn)略，不斷探索開發(fā)新能源，并使之成為真正安全環(huán)保且具長(zhǎng)遠(yuǎn)實(shí)用性和商業(yè)推廣價(jià)值的新型能源，對(duì)我們這樣一個(gè)能源需求大國(guó)至關(guān)重要。

近些年來(lái)，我國(guó)曾先后出臺(tái)政策，并輔以財(cái)政補(bǔ)貼等手段，引導(dǎo)支持天然氣、乙醇、甲醇、風(fēng)能、光伏發(fā)電等新能源的發(fā)展。與石油相比較，這些新能源在存儲(chǔ)、環(huán)保性、成本等方面均存在不同程度的不足，尚遠(yuǎn)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(diào)整，新一輪能源革命已經(jīng)開始，無(wú)碳和可再生日益成為兩個(gè)主要著眼點(diǎn)，而縱觀世界范圍內(nèi)對(duì)新能源的探索研發(fā)，目前基本形成了一個(gè)共識(shí)：氫能是解決能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的重要發(fā)展方向。

2 氫能的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀

在整個(gè)能源架構(gòu)里，氫能越來(lái)越體現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性，它可存儲(chǔ)、運(yùn)輸和再生，來(lái)源多元，且完全環(huán)保。具體來(lái)說，氫能具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)安全環(huán)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(huì)迅速升入高空，不會(huì)在地面聚集。而其他燃油、燃?xì)饩鶗?huì)聚集于地面而構(gòu)成易燃易爆危險(xiǎn)。氫氣完全無(wú)味無(wú)毒，不會(huì)對(duì)人體構(gòu)成危害，燃燒產(chǎn)物僅為水，不污染環(huán)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(dá)2 800℃，高于常規(guī)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(lái)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?xì)狻?/p>

(5)即產(chǎn)即用。利用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，氫氣適合于一切需要燃?xì)獾牡胤健?/p>

但在當(dāng)前，氫能仍存在制取成本高、生產(chǎn)存儲(chǔ)難。隨著科技的不斷進(jìn)步，這兩大技術(shù)難題終將被突破。

全球管理咨詢公司麥肯錫曾發(fā)布報(bào)告稱，“到2050年，全球10%的終端能源將是氫能，屆時(shí)，氫能在電力、交通、建筑等領(lǐng)域都將是主要能源之一”。2018年至今，已有包括日本、韓國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、法國(guó)在內(nèi)的諸多國(guó)家發(fā)布了氫能領(lǐng)域的最新規(guī)劃，尤其在《巴黎協(xié)定》簽署之后，世界各國(guó)都面臨節(jié)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(jié)能減排的要求，因此已經(jīng)被日本、美國(guó)、歐盟國(guó)家等眾多國(guó)家作為未來(lái)的主要能源來(lái)推動(dòng)和研發(fā)，積極支持氫能發(fā)展。2017年，日本正式把國(guó)家將來(lái)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(yīng)用最成熟的國(guó)家，正在打造以“氫車”“氫家”和“氫電”為基礎(chǔ)的三大支柱，著力發(fā)展“氫能社會(huì)”。

在國(guó)內(nèi)，目前已有23個(gè)省市相繼發(fā)布了與氫能和燃料電池汽車相關(guān)的發(fā)展計(jì)劃，并付諸實(shí)施。另一方面，我國(guó)擁有世界上最大的制氫能力。據(jù)了解， 2012年我國(guó)的氫產(chǎn)量是1 600萬(wàn)t左右，2018年增長(zhǎng)到2 000～2 200萬(wàn)t，僅中石化每年氫產(chǎn)量就多達(dá)300萬(wàn)t，具備良好的生產(chǎn)基礎(chǔ)，能夠滿足未來(lái)氫經(jīng)濟(jì)的潛在需求，也就是所謂的“氫能源產(chǎn)業(yè)”。在上海、廣東、江蘇、北京等地，眾多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)已先期開始了氫能領(lǐng)域的研發(fā)和試點(diǎn)工作。而國(guó)內(nèi)石油石化行業(yè)的龍頭企業(yè)——中石化在戰(zhàn)略參股國(guó)內(nèi)氫能龍頭企業(yè)上海重塑之后，于11月6日，在國(guó)家主席習(xí)近平和法國(guó)總統(tǒng)馬克龍見證下，與法國(guó)液化空氣集團(tuán)公司簽署了合作備忘錄，謀求加強(qiáng)氫能領(lǐng)域的合資合作，加大氫能技術(shù)研發(fā)力度和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐，共同打造氫能產(chǎn)業(yè)鏈和氫能經(jīng)濟(jì)生態(tài)圈，共同推動(dòng)氫能和燃料電池汽車解決方案在我國(guó)的推廣和應(yīng)用。法國(guó)液化空氣集團(tuán)公司是世界領(lǐng)先的工業(yè)氣體生產(chǎn)和服務(wù)公司，在氫氣(液氫)生產(chǎn)、加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)營(yíng)方面擁有豐富的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，已在全球建設(shè)了近120座加氫站，直接擁有并運(yùn)營(yíng)加氫站近60座，是國(guó)際氫能理事會(huì)的創(chuàng)始企業(yè)和輪值主席。此次合作將發(fā)揮法國(guó)液化空氣集團(tuán)公司在氫氣制、儲(chǔ)、運(yùn)、加全產(chǎn)業(yè)鏈的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)發(fā)展氫能和燃料電池提供有競(jìng)爭(zhēng)力的氫氣供應(yīng)方案。

總體來(lái)看，雖然從政府到企業(yè)，大家對(duì)氫能發(fā)展熱情不斷高漲，但氫能發(fā)展之路仍將任重而道遠(yuǎn)。首先在關(guān)鍵技術(shù)上，無(wú)論是氫氣的加工成本氫能汽車相關(guān)技術(shù)等都存在很大瓶頸，尚需突破；其次，我國(guó)新能源的發(fā)展路徑尚需進(jìn)一步明晰；三是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策尚待完善。

3 加氫站建設(shè)的現(xiàn)狀及相關(guān)知識(shí)

加氫站作為氫能發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈的一部分，在世界范圍內(nèi)，已經(jīng)有一些國(guó)家率先建成，開始向氫燃料汽車提供動(dòng)力。日本建成了100多座加氫站，全球數(shù)量最多。德國(guó)已經(jīng)建成了70多座加氫站，并且以每?jī)芍芤蛔碌募託湔就度脒\(yùn)營(yíng)的速度快速發(fā)展，預(yù)計(jì)到2019年底將有100座加氫站可供汽車使用。2018年以來(lái)，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展再次升溫，氫能聯(lián)盟于2018年6月發(fā)布《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》，預(yù)計(jì)到2050年，我國(guó)將建成加氫站1萬(wàn)座以上。中石油、中石化等能源企業(yè)和汽車生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開始進(jìn)行相關(guān)研究，并嘗試建站實(shí)操。2019年6月5日，國(guó)內(nèi)首座、全球最大的燃料電池車全場(chǎng)景應(yīng)用加氫站——上?；^(qū)加氫站也正式落成。7月1日，國(guó)內(nèi)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(guó)首座集油、氫、電能源供給及連鎖便利服務(wù)于一體的新型網(wǎng)點(diǎn)，日供氫能力為500 kg。

3.1 加氫站的分類

加氫站可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行細(xì)分：

(1)按建設(shè)形式不同，加氫站可分為固定式、撬裝式和移動(dòng)式三種。固定式加氫站占地面積可為2 000～4 000m2，在當(dāng)下城市建設(shè)用地緊張、價(jià)格不斷攀升以及加氫站未來(lái)發(fā)展不確定性的情況下，尋找用于建設(shè)加氫站的獨(dú)立用地不僅存在一定困難，且有可能影響用地的開發(fā)價(jià)值，造成不經(jīng)濟(jì)。而撬裝式和移動(dòng)式加氫站則將壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫裝置、加氫機(jī)等設(shè)備進(jìn)行集成化、模塊化設(shè)置，占地面積很小，甚至可小于600m2，一般不需要通過城市規(guī)劃中單獨(dú)控制用地，較為適合與加氣、加油站、環(huán)衛(wèi)廠區(qū)、物流園區(qū)等合建。

(2)按建設(shè)內(nèi)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(lái)源不同，加氫站可分為外供氫加氫站和內(nèi)制氫加氫站。外供氫加氫站內(nèi)無(wú)制氫裝置，而是通過長(zhǎng)管拖車、液氫槽車或者氫氣管道由制氫廠運(yùn)輸至加氫站，由壓縮機(jī)壓縮并輸入高壓儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)，最終通過氫氣加氣機(jī)加注到燃料電池汽車中使用。內(nèi)制氫加氫站內(nèi)需建制氫系統(tǒng)，站內(nèi)制備的氫氣一般需經(jīng)純化、干燥后再進(jìn)行壓縮、存儲(chǔ)，然后按需加注。目前制氫技術(shù)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(shù)由于設(shè)備便于安裝、自動(dòng)化程度較高，且天然氣重整技術(shù)可依托天然氣基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展，因而在站內(nèi)制氫的加氫站中應(yīng)用最多。

(4)根據(jù)氫氣存儲(chǔ)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(chǔ)運(yùn)加氫站，主要分布在美國(guó)和日本，我國(guó)現(xiàn)階段全部為高壓氣氫站。相比氣氫儲(chǔ)運(yùn)，液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站占地面積更小，存儲(chǔ)量更大，但建設(shè)難度也相對(duì)更大，適合加氫需求量大的區(qū)域。

3.2 加氫站的建設(shè)等級(jí)

目前，加氫站建設(shè)所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)主要是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《加氫站技術(shù)規(guī)范》(GB 50516)、《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(GB50156)、《加氫站安全技術(shù)規(guī)范》(GB/T 34584)和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。結(jié)合國(guó)內(nèi)外加氫站建設(shè)情況，對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》的修訂工作已經(jīng)啟動(dòng)，屆時(shí)將把加氫站內(nèi)容納入其中，有的企業(yè)已經(jīng)開始研究制定油氫混合站建設(shè)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《加氫站技術(shù)規(guī)范》(GB—50516)，加氫站根據(jù)其儲(chǔ)氫罐總?cè)萘亢蛦喂奕萘?，將單純加氫站分為三?jí)，具體見表1：

表1 加氫站的等級(jí)劃分

加油加氫站則根據(jù)其油罐總?cè)莘e與儲(chǔ)氫罐總?cè)萘?，將加油加氫站分為二?jí)，并對(duì)站內(nèi)單罐的油、氫容量進(jìn)行了明確規(guī)定，油氫合建站的等級(jí)劃分見表2。

表2 油氫合建站的等級(jí)劃分

注:①V為油罐總?cè)莘e(m3)。
②柴油罐容積可折半計(jì)入油罐總?cè)莘e。
③當(dāng)油罐總?cè)莘e大于60m3時(shí)，油罐單罐容積不得大于50m3； 當(dāng)油罐總?cè)莘e小于或等于60m3時(shí)，油罐單罐容積不得大于30m3。
④當(dāng)儲(chǔ)氫罐總?cè)萘?4 000kg時(shí)，單罐容積量≯2 000kg；當(dāng)儲(chǔ)氫罐總?cè)萘?1 000kg時(shí)，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(guó)外大多采用70MPa，國(guó)內(nèi)加氫站受現(xiàn)有壓縮機(jī)和儲(chǔ)氫瓶技術(shù)發(fā)展的限制，大部分采用35MPa。用35MPa壓力供氫時(shí)，氫氣壓縮機(jī)的工作壓力為45MPa，高壓儲(chǔ)氫瓶工作壓力為45MPa；用70MPa壓力供氫時(shí)，氫氣壓縮機(jī)的工作壓力為98MPa，高壓儲(chǔ)氫瓶工作壓力為87.5MPa。

4 對(duì)加氫站建設(shè)的思考

20多年來(lái)，我國(guó)在車用能源方面，曾先后力推支持過天然氣、乙醇、甲醇、電動(dòng)等新能源的應(yīng)用。

毫無(wú)疑問，雖然氫能本身具有其他新能源無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，但作為新能源，尚有諸多的技術(shù)難題需要突破，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚有很多的不確定性，雖然交通行業(yè)將是氫能使用的重要領(lǐng)域，但以氫能作為車用能源，使關(guān)鍵技術(shù)成熟、具有較高的商業(yè)價(jià)值、再到全面推廣還有很長(zhǎng)的路要走。作為車用氫能產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)供銷鏈條一環(huán)的加氫站建設(shè)雖可大膽創(chuàng)新嘗試，但在建設(shè)的數(shù)量、建站的規(guī)模、技術(shù)路線的選擇等方面仍需持重穩(wěn)妥，唯以車輛氫能消費(fèi)需求為主要投資決策依據(jù)，可適度超前布局建設(shè)加氫站，避免再度造成投資浪費(fèi)。

以下推進(jìn)加氫站建設(shè)的四點(diǎn)原則，可為相關(guān)單位建設(shè)加氫站提供參考：

(1)在選點(diǎn)布局上，緊緊圍繞消費(fèi)市場(chǎng)，主要考慮在氫能汽車市場(chǎng)發(fā)展前景較好的區(qū)域布點(diǎn)建設(shè)。

(2)在加氫站建設(shè)類型上，應(yīng)優(yōu)先考慮油氫合建站。因?yàn)橥恋爻杀臼羌託湔窘ㄔO(shè)投資的主要部分，在加氫業(yè)務(wù)盈利模式尚不明朗、加氫規(guī)模尚不能實(shí)現(xiàn)真正盈利之前，油氫合建站能夠提高建設(shè)用地的使用效能，并大大提高投資回報(bào)。

(3)在建設(shè)主體上，提倡由氫能汽車企業(yè)、大型油企和主要?dú)淠芟M(fèi)企業(yè)合資合作，共同投資建設(shè)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

(4)在建設(shè)等級(jí)選擇上，盡量選擇低等級(jí)。因?yàn)闅淠芗夹g(shù)尚在探索階段，在技術(shù)尚不完全成熟、安全風(fēng)險(xiǎn)尚未完全識(shí)別情況下，低等級(jí)的站點(diǎn)危險(xiǎn)性相對(duì)可控。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，綜合考慮國(guó)內(nèi)外氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)政策和氫能市場(chǎng)發(fā)展情況等多種因素，在一段時(shí)期內(nèi)，加氫站建設(shè)應(yīng)立足于氫能汽車研發(fā)情況和市場(chǎng)成熟度，恰當(dāng)把握建設(shè)節(jié)奏，理性發(fā)展建設(shè)加氫站。