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(dòng)試運(yùn)行，為我國加氫站的發(fā)展提供了佛山方案。

近日，我國首個(gè)站內(nèi)天然氣制氫加氫一體站，由佛燃能源投資建設(shè)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(dòng)試運(yùn)行。

作為我國首個(gè)站內(nèi)天然氣制氫加氫一體站，南莊站有何特點(diǎn)？對我國加氫站的發(fā)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(fā)展趨勢

南莊站是集天然氣制氫、光伏發(fā)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(yīng)站，屬于站內(nèi)制氫—加氫母站，符合國際一致認(rèn)同的“可再生能源+氫”減碳路徑。

安裝的屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量達(dá)230千瓦，年發(fā)電量24萬千瓦時(shí)，可通過電解水工藝生產(chǎn)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(chǎn)純度超99.999%的氫氣的條件。站內(nèi)天然氣制氫能力為500標(biāo)方/小時(shí)，電解水制氫能力為50標(biāo)方/小時(shí)，日制氫加氫能力達(dá)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(shè)備，包括一臺充裝卸氣柜、兩臺20MPa隔膜壓縮機(jī)、兩臺45MPa隔膜壓縮機(jī)，一套儲(chǔ)氫量約為206公斤、工作壓力為20MPa的儲(chǔ)氫瓶組，一套儲(chǔ)氫量約為391公斤、工作壓力為45MPa的儲(chǔ)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(tǒng)加氫機(jī)和兩套冷水機(jī)組。

氫能供應(yīng)鏈由制氫、運(yùn)輸氫、加注氫、使用氫四大循環(huán)環(huán)節(jié)構(gòu)成。在制氫環(huán)節(jié)，中國已經(jīng)是世界上工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源第一大國。氫產(chǎn)業(yè)的痛點(diǎn)不是制氫而是運(yùn)氫加氫環(huán)節(jié)。

氫作為元素周期表的首位，在恒定溫度的狀態(tài)下為氣態(tài)，極其容易揮發(fā)。非制氫加氫加氣一體化站在使用氫之前，需要先將氫從產(chǎn)地或儲(chǔ)存地運(yùn)輸?shù)郊託湔?，而后通過加氫站進(jìn)行加氫工作，從而與上游制氫環(huán)節(jié)形成一個(gè)氫能循環(huán)體系。

南莊站采用的站內(nèi)制氫模式，砍掉了四大環(huán)節(jié)中的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，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(yùn)輸、裝卸車環(huán)節(jié)，對于降低終端用氫成本和減少城市道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)有積極作用。站內(nèi)制氫加氫一體模式符合國際加氫站發(fā)展趨勢和中國實(shí)際情況。

最適合的氫能供應(yīng)鏈模式

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

從生產(chǎn)端來看，一般制氫廠在?；芳械?，建在遠(yuǎn)離市區(qū)的地方，而加氫站大多分布在市區(qū)。各種方式的制氫都有其間歇性、延遲性、地域性、不穩(wěn)定性。尤其是工廠制氫量不一定就是加氫站實(shí)際用氫量，很容易導(dǎo)致生產(chǎn)多了用不掉，或者生產(chǎn)少了不夠用。南莊站完美地解決了這個(gè)問題，可以實(shí)現(xiàn)用多少制造多少，避免生產(chǎn)過剩，浪費(fèi)積壓。

從運(yùn)輸端來看，一方面氫長距離運(yùn)輸損耗很大，另一方面成本高、危險(xiǎn)系數(shù)高。目前專用的氫運(yùn)輸車輛必須是造價(jià)相對昂貴的20MPa長管拖車。拖車數(shù)量有限，每輛車運(yùn)輸量也有限，一次只能運(yùn)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(jī)組進(jìn)行二次加壓。環(huán)節(jié)多，易出錯(cuò)，需要專人操作，費(fèi)時(shí)、費(fèi)事、費(fèi)力、費(fèi)錢。運(yùn)氫車輛屬于危化品運(yùn)輸車輛，是道路運(yùn)輸移動(dòng)的危險(xiǎn)源，被重點(diǎn)監(jiān)控。可以說，從制氫場所長途開車運(yùn)送到加氫站，中間的運(yùn)輸、加氫環(huán)節(jié)效率低下、極不通暢，環(huán)節(jié)紛繁復(fù)雜。有了一體站就意味著完全避開了這些環(huán)節(jié)，不用兩次加壓就不用上這么多設(shè)備，最大的好處是可以無限制加氫（只要生產(chǎn)能力夠）。

值得一提的是，中國不同地區(qū)能源結(jié)構(gòu)存在很大差異，應(yīng)結(jié)合自身?xiàng)l件和需求進(jìn)行合理的站內(nèi)制氫方式的選擇。比如內(nèi)陸油氣田產(chǎn)氣區(qū)附近、沿海LNG接收站附近、進(jìn)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(shè)天然氣制氫加氫站；遠(yuǎn)離天然氣氣源或者天然氣運(yùn)輸不便的地區(qū)，應(yīng)當(dāng)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(gè)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(guān)系。

據(jù)預(yù)測，雖然今后較長一段時(shí)期仍是以天然氣等低碳能源制氫為主要發(fā)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(shí)現(xiàn)“3060雙碳目標(biāo)”樹立了制氫加氫一體站樣本。所以，筆者認(rèn)為南莊模式才是目前最適合的氫能供應(yīng)鏈模式。

●站內(nèi)制氫加氫一體模式符合加氫站發(fā)展趨勢。 供圖/中國石化 中國石油

意義重大但仍需優(yōu)化

從加氫站的發(fā)展來看，以南莊站為代表的制氫加氫一體站的規(guī)劃設(shè)計(jì)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(jìn)綜合能源示范站在我國合理、高效布局的進(jìn)程。第二，能最大限度避免氫氣儲(chǔ)運(yùn)帶來的成本和風(fēng)險(xiǎn)，用氫總體成本優(yōu)于集中供氫。第三，可促使燃?xì)夤敬罅Πl(fā)展天然氣制氫業(yè)務(wù)，并與CCS技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從“灰氫”到“藍(lán)氫”的轉(zhuǎn)變，同時(shí)依托制氫廠建設(shè)加氫站，加快布局，搶占市場先機(jī)，并且可利用已建成的加氣站，實(shí)施加氣站、加氫站聯(lián)建模式，降低成本，擴(kuò)大服務(wù)范圍。第四，全新形式的加氫站可促使整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)及氫能行業(yè)的可持續(xù)、良性、健康發(fā)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(yōu)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(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在各地加氫站管理辦法中，也沒有明確指出關(guān)于一體站的選址、建設(shè)、審批等環(huán)節(jié)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。加快我國加氫站標(biāo)準(zhǔn)范圍擴(kuò)展到不同類型的加氫站也是當(dāng)下需要做的工作，有法可依有標(biāo)準(zhǔn)可遵循才能廣泛高效推廣。第二，節(jié)能降耗應(yīng)用技術(shù)不足，導(dǎo)致制氫工作中存在燃料浪費(fèi)現(xiàn)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(fèi)。天然氣制氫會(huì)釋放大量熱能，這些熱能多是經(jīng)煙道氣出口直接排放掉，造成資源浪費(fèi)。第四，天然氣制氫所用容器需耐高溫，這樣的設(shè)備通常成本較高。因此如何在反應(yīng)溫度高這一背景下降低制氫成本是制氫有待解決的技術(shù)問題。

總的來說，因地制宜發(fā)展天然氣制氫加氫一體站項(xiàng)目，可以有效解決氫源供應(yīng)不足、氫氣終端價(jià)格居高不下、氫源對外依賴性強(qiáng)等問題。南莊站的試運(yùn)行對佛山氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展乃至全國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有里程碑意義，為國內(nèi)同行提供了獨(dú)特的佛山方案。