中原地區(qū)的加氫站設(shè)施及規(guī)劃調(diào)研分析

高紅波

摘? 要：該文是關(guān)于在中原地區(qū)建立汽車(chē)加氫站的可行性研究報(bào)告。該文對(duì)氫燃料電池汽車(chē)和全球加氫站的發(fā)展以及我國(guó)加氫站的現(xiàn)狀和需求進(jìn)行了調(diào)查分析。調(diào)查了我國(guó)目前建設(shè)加氫站的具體情況、主要分布地區(qū)、國(guó)家有關(guān)政策及各地區(qū)政府的相關(guān)政策。通過(guò)汽車(chē)發(fā)展量、分析氫燃料電池的發(fā)展?fàn)顩r、在此基礎(chǔ)上，還討論了為中部地區(qū)加氫站提供氫源的可行性。

關(guān)鍵詞：加氫站;分布;新能源汽車(chē);燃料電池;中原

中圖分類(lèi)號(hào)：U473.4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著我國(guó)汽車(chē)擁有量爆發(fā)式的增長(zhǎng)，汽車(chē)對(duì)能源的需求量也越來(lái)越大。但同時(shí)也隨著燃油汽車(chē)排放對(duì)氣候影響更大。由于采用氫燃料汽車(chē)非常環(huán)保，排放污染為零。世界各國(guó)為了本國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，都紛紛建設(shè)和布局加氫站以便為氫燃料汽車(chē)提供續(xù)航能源。

1 氫燃料電池的優(yōu)勢(shì)

從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度來(lái)看，燃料電池是最有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。燃料電池可以使用多種燃料，包括氫氣、一氧化碳以及比較輕的碳?xì)浠衔?，氧化劑通常使用純氧或者空氣，現(xiàn)在運(yùn)用最廣的燃料電池是氫-氧型燃料電池，簡(jiǎn)稱氫燃料電池。

氫燃料電池優(yōu)勢(shì)：能量轉(zhuǎn)換效率高。因這種裝置的基本原理是原電池反應(yīng)而不涉及燃燒，因此其能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，理論效率可高達(dá)50%～60%，實(shí)際使用效率是普通內(nèi)燃機(jī)效率的2～3倍。氫能的能量密度大。氫的發(fā)熱值為142 351 kJ/kg，除了核燃料，氫是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中熱值最高的，約是焦炭的4.5倍、酒精的3.9倍、汽油發(fā)熱值的3倍。燃料資源豐富。氫燃料電池以氫氣和氧氣作為原料，氫是自然界中存在最普遍的元素，據(jù)估計(jì)它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%，它主要以化合物的形態(tài)儲(chǔ)存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)?？梢哉f(shuō)氫資源是取之不竭的。汽車(chē)補(bǔ)充氫能快速。每臺(tái)氫燃料電池汽車(chē)根據(jù)其充氣量的多少可以在10 min內(nèi)甚至3 min～5 min完成補(bǔ)充能源（氫氣）。氫燃料電池反應(yīng)過(guò)程環(huán)保清潔，生成物是水，使用過(guò)程幾乎是零排放。且氫燃料電池從生產(chǎn)到報(bào)廢都很少產(chǎn)生有害物。同時(shí)氫燃料電池沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)部件，因此沒(méi)有噪聲污染，排放出的有害氣體極少。

2 加氫站分布狀況

2.1 全球加氫站分布狀況

截至2017年底，世界投入使用加氫站最多的國(guó)家是日本，公共加氫站數(shù)量為94座。其次的是德國(guó)和美國(guó)，德國(guó)建45座。目前德國(guó)氫氣價(jià)格大約是9.5歐元/kg，按照通常每kg氫跑百公里計(jì)，約花0.72元人民幣/km，這個(gè)成本與傳統(tǒng)車(chē)已經(jīng)差別不大了。美國(guó)加氫站的數(shù)量為40座。隨著加氫站的發(fā)展普及，成本將越來(lái)越低。我國(guó)加氫站數(shù)量排第四，占全球運(yùn)營(yíng)數(shù)量的2.2%。

2.2 我國(guó)加氫站分布狀況

我國(guó)近兩年加氫站建設(shè)加快了速度，2006年-2016年11年共建有9座加氫站（上海世博會(huì)加氫站、廣州亞運(yùn)會(huì)加氫站、深圳大運(yùn)會(huì)加氫站已拆除）;2017年新建成6座加氫站，2018年新建成10座加氫站，其中6座在廣東（位于中山的沙朗加氫站;云浮的國(guó)鴻加氫站、新興加油加氫站;位于佛山的南海瑞暉加氫站、佛羅路加氫站、國(guó)聯(lián)氫能加氫站），3座在江蘇、上海（常熟的豐田加氫站、神華如皋加氫站、上海江橋加氫站），2座在遼寧（同新加氫站、撫順的新賓沐與康加氫站），2座在湖北（東風(fēng)十堰加氫站、武漢中極加氫站），四川河北山東各1座（邯鄲區(qū)加氫站、張家港臨時(shí)加氫站、聊城中通加氫站）。總體南方以廣東深圳長(zhǎng)三角區(qū)域?yàn)槭自诟?jìng)先加速建設(shè)加氫站。

3 全球及我國(guó)政府對(duì)建設(shè)加氫站的態(tài)度

由于氫燃料電池運(yùn)行必須配用加氫站，世界發(fā)達(dá)國(guó)家和我國(guó)均在攻關(guān)氫燃料電池核心工藝的同時(shí)，加快規(guī)劃建設(shè)配套的加氫站。德國(guó)已融資3.93億歐元支持氫能及燃料電池技術(shù)發(fā)展;其中55%的資金用于氫生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施建設(shè)，計(jì)劃于2023年建立覆蓋全德的氫能汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)，包括400座加氫站。日本計(jì)劃2021年3月之前建設(shè)160座加氫站、普及4萬(wàn)輛FCEV。

我國(guó)在《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》里明確提出：推動(dòng)車(chē)載儲(chǔ)氫系統(tǒng)以及氫制備、儲(chǔ)運(yùn)和加注技術(shù)發(fā)展，推進(jìn)加氫站建設(shè)。2018年12月15日人民日?qǐng)?bào)第六版在以“促進(jìn)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展”為主題的文章中指出：“應(yīng)及時(shí)把產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)向燃料電池汽車(chē)拓展。”

但相比之下我國(guó)因氫燃料汽車(chē)在很多城市尚未商業(yè)化使用，加氫站建設(shè)較慢。加氫站少使氫燃料汽車(chē)運(yùn)營(yíng)成本提高，反過(guò)來(lái)又限制了氫燃料汽車(chē)的發(fā)展。國(guó)家由對(duì)建加氫站補(bǔ)貼改為對(duì)氫燃料汽車(chē)的車(chē)補(bǔ)，每車(chē)補(bǔ)貼高達(dá)50萬(wàn)元。

4 各地區(qū)發(fā)展?fàn)顩r

一些地方政府主要是南方地區(qū)加強(qiáng)了對(duì)加氫站建設(shè)的補(bǔ)貼。2018年4月廣東出臺(tái)《佛山市南海區(qū)促進(jìn)加氫站建設(shè)運(yùn)營(yíng)及氫能源車(chē)輛運(yùn)行扶持辦法》（暫行），根據(jù)加氫站的類(lèi)型以及建成時(shí)間，進(jìn)行梯段式補(bǔ)貼。即按日加氫能力固定式加氫站350 kg～500 kg、500 kg以上，撬裝式加氫站350 kg及以上，建成年限2018年底前建成、2019年內(nèi)建成、2020年-2022年內(nèi)建成等依梯度分別給予150萬(wàn)元～800萬(wàn)元補(bǔ)貼。其中，日加氫能力500 kg以上，2018年12月31日前建成的新建固定式加氫站的按800萬(wàn)元/個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)貼。廣東南海還對(duì)加氫站的運(yùn)營(yíng)進(jìn)行扶持補(bǔ)貼，享受補(bǔ)貼的加氫站需按規(guī)定的加氫銷(xiāo)售價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)給予符合補(bǔ)貼條件的氫能源車(chē)輛優(yōu)惠。2018年-2019年，對(duì)加氫站銷(xiāo)售價(jià)格為40元及以下的氫氣給予20元/kg的補(bǔ)貼;2020年-2021年，對(duì)銷(xiāo)售價(jià)格為35元及以下的氫氣給予14元/kg的補(bǔ)貼;2022年度對(duì)銷(xiāo)售價(jià)格為30元及以下的氫氣給予9元/kg的補(bǔ)貼。

在此政策推動(dòng)下，廣東加氫站建設(shè)發(fā)展迅猛，截止2018年底已有7座加氫站建成使用，在2019年還將在佛山、云浮新建成14座加氫站（包括加油加氫站）;張家口計(jì)劃2019年建成5座加氫站，至2020年建成21座加氫站。

反觀中原地區(qū)，加氫站的建設(shè)一開(kāi)始是走在前列的。鄭州宇通加氫站早在2015年就通過(guò)驗(yàn)收并試運(yùn)行。鄭州宇通加氫站2018年進(jìn)行了擴(kuò)建，加氫能力由200 kg/d提升至1 200 kg/d，以保證鄭州氫燃料公交車(chē)的使用。據(jù)悉鄭州市計(jì)劃近兩年逐步把市內(nèi)公交、出租車(chē)、物流車(chē)更換為包括氫燃料汽車(chē)在內(nèi)的電動(dòng)汽車(chē)，再開(kāi)建2～4座加氫站，以滿足鄭州市氫燃料汽車(chē)的需求。但目前為止河南省仍是僅鄭州有一座加氫站，嚴(yán)重制約了氫燃料電池汽車(chē)在中原地區(qū)的推廣使用。

5 中原氫能資源分析

5.1 制備氫氣的途徑

目前制備氫氣的主要方式包括氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫、化工原料制氫（甲醇、乙醇、液氨裂解等）、石化資源制氫（石油裂解、水煤氣法等）和新型制氫方法（生物質(zhì)、光化學(xué)等）。

如果使氫燃料電池車(chē)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力（百公里耗氫成本較百公里耗油成本低20%以上），則氫氣成本需控制在1.3元/Nm3～1.5元/Nm3，且環(huán)保性能較好，生產(chǎn)的氫氣純度高，目前而言適用于大規(guī)模制取燃料電池所使用的氫氣原料，也是可實(shí)現(xiàn)度最高的氫氣來(lái)源。甲醇裂解和液氨裂解成本較氯堿制氫高50%左右，較化石資源制氫技術(shù)前期投資低、能耗低，較水電解法制氫單位氫成本低。

單純水電解法制氫成本最高，在2.5元/Nm3～3.5元/Nm3，但環(huán)保，且在應(yīng)用水力、潮汐、風(fēng)能的情況下能量轉(zhuǎn)化率高達(dá)70%以上。在與可再生能源發(fā)電緊密結(jié)合的條件下，水電解法制氫成本會(huì)不斷降低，未來(lái)將發(fā)展成為氫氣來(lái)源的主流路線。

通過(guò)比較分析以上制氫方式的成本、優(yōu)劣勢(shì)，我們認(rèn)為：目前氫燃料汽車(chē)較少的情況下，選擇成本低、氫氣純度較高的氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫的途徑，可以滿足氫燃料汽車(chē)的需求，在未來(lái)利用可再生能源電解水制氫將成為終極能源解決方案。

5.2 中原地區(qū)氫能資源

在目前氫燃料汽車(chē)較少的情況下，選擇成本低、氫氣純度較高的氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫的途徑，完全可以滿足氫燃料汽車(chē)的需求。

河南的氯堿工業(yè)如神馬氯堿化工股份有限公司、昊華宇航化工有限公司沁陽(yáng)氯堿分公司、焦作市偉祺新潔能源有限公司、河南聯(lián)創(chuàng)化工有限公司、河南省永銀實(shí)業(yè)有限公司，主要分布在平頂山、焦作、濟(jì)源、漯河、南陽(yáng)等地。

6 中原地區(qū)建汽車(chē)加氫站的選址規(guī)劃

總體來(lái)說(shuō)，焦作的氯堿化工業(yè)發(fā)達(dá)，副產(chǎn)品氫源充足，純度高，作為化工業(yè)發(fā)達(dá)城市，采用氫燃料物流車(chē)可以就地消化本地化工副產(chǎn)氫，進(jìn)一步促進(jìn)化工業(yè)的發(fā)展，改善空氣質(zhì)量，可以考慮建設(shè)加氫站。

在洛陽(yáng)建加氫站，現(xiàn)階段氫源可以從焦作外購(gòu)。洛陽(yáng)是中原副中心城市，氫燃料汽車(chē)的使用必將有效促進(jìn)洛陽(yáng)制冷行業(yè)、電解水制氫行業(yè)、汽車(chē)制造等行業(yè)的發(fā)展，打造成為全國(guó)重要的現(xiàn)代裝備制造業(yè)基地和國(guó)際文化旅游名城，并推動(dòng)豫西北各市的聯(lián)動(dòng)發(fā)展?，F(xiàn)階段最優(yōu)的制氫和運(yùn)氫方式搭配為氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫+氣氫拖車(chē)運(yùn)輸，其氫氣成本范圍在17.9元/kg～19.2元/kg?，F(xiàn)階段加氫站氣氫運(yùn)輸距離以（<500 km，200 km）為宜。洛陽(yáng)距離焦作約100 km，氣氫運(yùn)輸距離適宜，因此在洛陽(yáng)建加氫站是可行的。

未來(lái)在液化氫技術(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)且氫氣需求量規(guī)模上升（100 t/d）的情況下，可以采用站內(nèi)電解水制氫或采用液氫運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)送氫氣，進(jìn)一步降低氫的運(yùn)輸成本。

7 建站規(guī)劃時(shí)間

燃料汽車(chē)從技術(shù)層面看走入實(shí)用也許是2-5年的時(shí)間，2020-2025年將是燃料電池快速發(fā)展期。建站耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，通常需要1-2年的時(shí)間。加氫站審批程序復(fù)雜，審批時(shí)間長(zhǎng)，建設(shè)所需關(guān)鍵的零部件我國(guó)工藝尚達(dá)不到要求，需要從國(guó)外進(jìn)口和預(yù)定，象壓縮機(jī)泵頭、加氫槍頭等，加氫槍頭更是還要提前半年向德國(guó)的weh公司預(yù)訂才能拿到產(chǎn)品;建成后需要數(shù)月的試運(yùn)行。

8 結(jié)論

鑒于以上分析，從氫燃料汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)及氫源制備等方面考慮，盡快著手在洛陽(yáng)市及焦作市籌建汽車(chē)加氫站是合理可行的。如果洛陽(yáng)、焦作均建立了加氫站，可有力促進(jìn)氫燃料汽車(chē)向豫西北各市的輻射，有望將來(lái)與省會(huì)鄭州共同打造一個(gè)中原氫三角，加速中原地區(qū)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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