國(guó)際氫能展獲悉，自“碳達(dá)峰碳中和”的目標(biāo)提出以來(lái)，以可再生能源為中心的新能源產(chǎn)業(yè)加緊布局，為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)助力。雙碳目標(biāo)催促我國(guó)新能源體系的加快構(gòu)建，更催促了氫能企業(yè)加緊跑馬圈地的步伐。

從制氫端到儲(chǔ)運(yùn)端再到應(yīng)用端，氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大且繁雜。作為最為清潔的二次能源，氫氣雖然廣泛存在于宇宙之中卻只能通過(guò)制取才能獲取?；谶@一“難題”，氫能在發(fā)展過(guò)程中備受掣肘。

在加氫方面，國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)已經(jīng)走入“擼起袖子加油干”的階段。根據(jù)各省市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃，到2025年，我國(guó)加氫站數(shù)量將超700座。

統(tǒng)籌規(guī)劃加氫網(wǎng)絡(luò)堅(jiān)持需求導(dǎo)向，統(tǒng)籌布局建設(shè)加氫站，有序推進(jìn)加氫網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)。堅(jiān)持安全為先，節(jié)約集約利用土地資源，支持依法依規(guī)利用現(xiàn)有加油加氣站的場(chǎng)地設(shè)施改擴(kuò)建加氫站。探索站內(nèi)制氫、儲(chǔ)氫和加氫一體化的加氫站等新模式。

——《國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》

加氫站是重要的氫能基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)情況對(duì)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展起著至關(guān)重要的作用。然而，加氫站建成后難以投運(yùn)、運(yùn)營(yíng)困難、“有站無(wú)車”的問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮。業(yè)內(nèi)眾多從業(yè)者均表示，盡管中國(guó)的加氫站建設(shè)數(shù)量最多，但仍然不夠氫燃料電池汽車的需求，許多加氫站“站內(nèi)無(wú)氫”，根本無(wú)法使用，使得建設(shè)方不僅花費(fèi)高昂的建設(shè)成本，又幾乎沒(méi)有任何收入所得。

加氫站建設(shè)究竟有多難?成本與技術(shù)的雙重壓力何時(shí)能夠破解?“有站無(wú)車”和“有車無(wú)站”的不平衡到底能否破解?本文重點(diǎn)關(guān)注固定式外供氣氫加氫站，為各位讀者詳細(xì)解讀加氫站的“破局之道”。

加氫站設(shè)備組成

加氫站建設(shè)有多種形式，按照儲(chǔ)氫方式，可分為氣氫加氫站和液氫加氫站，國(guó)內(nèi)主要是氣氫加氫站;按照建設(shè)方式，有固定式、撬裝式和臨時(shí)加氫站，國(guó)內(nèi)主要是固定式加氫站。另外，為了減少運(yùn)氫壓力，部分加氫站還帶有制氫系統(tǒng)，也就是制氫加氫一體站。

加氫站與現(xiàn)有較為成熟的壓縮天然氣(CNG)加氣站相似，主要由制氫系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)、加注系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分組成，其主要設(shè)備包括卸氣柱(站外制氫加氫站)、壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫罐、加氫機(jī)、管道、控制系統(tǒng)、氮?dú)獯祾哐b置、放散裝置以及安全監(jiān)控裝置等等。在這些設(shè)備中，氫氣壓縮機(jī)、高壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)、加氫機(jī)和加氫站控制系統(tǒng)屬于核心裝備和系統(tǒng)。

加氫站通過(guò)外部供氫獲得氫氣后，在氫氣壓縮機(jī)的輸送下進(jìn)入高壓儲(chǔ)氫容器儲(chǔ)存，最后通過(guò)加氫機(jī)為燃料電池汽車進(jìn)行加注。在此過(guò)程中，加氫站的工藝控制系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，決定了上述設(shè)備之間的協(xié)調(diào)工作以及氫氣管路閥門的開(kāi)關(guān)和切換。

氫氣壓縮機(jī)

壓縮機(jī)作為加氫站內(nèi)的核心設(shè)備，承擔(dān)了氫氣增壓的重要作用。氫氣壓縮機(jī)目前占建設(shè)總成本的30%，是加氫站建設(shè)降低成本的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)加氫站常用的氫氣壓縮機(jī)主要有隔膜式壓縮機(jī)、液驅(qū)式壓縮機(jī)和離子液壓縮機(jī)等。其中隔膜式壓縮機(jī)和液驅(qū)式壓縮機(jī)主要應(yīng)用于儲(chǔ)氫壓力不大于45MPa的加氫站，多個(gè)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家的相關(guān)技術(shù)也已日趨成熟;離子液壓縮機(jī)主要應(yīng)用于儲(chǔ)氫壓力90MPa的加氫站，國(guó)內(nèi)該壓力等級(jí)的壓縮機(jī)尚在研制過(guò)程中，目前主要還是依賴于進(jìn)口。

由于氫氣具有密度低、能量密度小的特點(diǎn)，氫氣壓縮機(jī)必須要具備承壓大、流量大、安全和密封性好的特質(zhì)，盡可能的追求較少的能源損耗，目前國(guó)內(nèi)加氫站較多采用的是活塞式和隔膜式壓縮機(jī)。

隔膜壓縮機(jī)主要結(jié)構(gòu)包括腔體、腔體板、膜片、膜片組。一個(gè)膜片組中包含三層金屬膜片用以隔離氣體和液體，分為工藝氣體層、中間層和液壓油層膜片，中間膜片開(kāi)有凹槽 (從圓心到圓周)，一旦膜片發(fā)生破裂，用于傳送氣體或液體至泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。

由于金屬膜片較薄，對(duì)氣體雜質(zhì)及其敏感，因此隔膜壓縮機(jī)對(duì)工藝氣體的要求很高，若要其正常無(wú)故障運(yùn)行，工藝氣體必須無(wú)任何固體顆粒雜質(zhì)，且露點(diǎn)要低。對(duì)于隔膜壓縮機(jī)而言，金屬膜片的使用壽命直接關(guān)乎壓縮機(jī)整體維修頻率和使用壽命，鑒于隔膜壓縮機(jī)易頻繁啟停的工作特點(diǎn)，一般隔膜壓縮機(jī)不適合移動(dòng)加氫站頻繁啟停工作工況。

液壓驅(qū)動(dòng)無(wú)油氫氣往復(fù)活塞壓縮機(jī)(也稱為高純無(wú)油增壓器氫氣壓縮機(jī))是采用大活塞驅(qū)動(dòng)小活塞的方式，按照大活塞與小活塞的面積比將驅(qū)動(dòng)壓力同比例放大，將被增壓介質(zhì)增壓。

液驅(qū)壓縮機(jī)的制造技術(shù)壁壘較高，對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)而言仍有較大突破空間，據(jù)了解，國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有能夠獨(dú)立生產(chǎn)液驅(qū)壓縮機(jī)的企業(yè)，但已有部分企業(yè)開(kāi)始嘗試，未來(lái)或有成果出現(xiàn)。

離子液體壓縮機(jī)是采用一種近零蒸汽壓的液體作為工質(zhì)和潤(rùn)滑介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)氫氣的無(wú)污染壓縮。離子液體壓縮機(jī)可以通過(guò)設(shè)置多級(jí)氣缸，實(shí)現(xiàn)合理的壓縮比和較寬的壓縮范圍。液壓驅(qū)動(dòng)也提高了系統(tǒng)的整體安全性，并且整個(gè)壓縮系統(tǒng)的壓縮效率比傳統(tǒng)壓縮機(jī)提高約 25%。

由于制造標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)不同，引進(jìn)手續(xù)較為復(fù)雜，國(guó)內(nèi)應(yīng)用離子壓縮機(jī)的加氫站較少。盡管離子壓縮機(jī)優(yōu)勢(shì)較高，但其高昂的成本價(jià)格也很難應(yīng)用在目前的加氫站建設(shè)之中。

高壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)

在加氫站內(nèi)配備高壓大容量的固定式儲(chǔ)氫裝置，可以實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)給車輛加滿氫氣。另外，儲(chǔ)氫瓶組作為緩沖裝置還可以避免壓縮機(jī)的頻繁啟動(dòng)，優(yōu)化氫氣加氣站的操作。加氫站儲(chǔ)氫裝置的儲(chǔ)氫壓力、儲(chǔ)氫容積以及分級(jí)壓力等是其主要技術(shù)指標(biāo)。為了滿足35MPa 和70MPa 車載儲(chǔ)氫瓶的壓力要求，加氫站的高壓儲(chǔ)氫裝置壓力通常分別為 45MPa 和 87.5MPa。

高壓儲(chǔ)氫裝置的設(shè)計(jì)除了要考慮材料的強(qiáng)度以滿足使用需要和安全需要外，還需要考慮材料疲勞性能和抗氫脆能力。

我國(guó)常用的站用固定式儲(chǔ)氫容器分為兩種結(jié)構(gòu)形式，分別為單層儲(chǔ)氫壓力容器(包括大容積無(wú)縫儲(chǔ)氫容器、單層整體鍛造式儲(chǔ)氫壓力容器等)和多層儲(chǔ)氫壓力容器(包括鋼帶錯(cuò)繞式儲(chǔ)氫容器、層板包扎儲(chǔ)氫壓力容器等)，其中鋼質(zhì)無(wú)縫儲(chǔ)氫容器有兩種類型：固定式(例如加氫站儲(chǔ)氫罐)和移動(dòng)式(例如氫氣長(zhǎng)管拖車氣瓶)。

鋼質(zhì)無(wú)縫儲(chǔ)氫容器依據(jù)美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)鍋爐壓力容器規(guī)范建造，其無(wú)縫鋼管經(jīng)過(guò)兩端鍛造收口而成，屬于整體無(wú)焊縫結(jié)構(gòu)。鋼質(zhì)無(wú)縫容器發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，氣瓶的生產(chǎn)線設(shè)備技術(shù)十分成熟，有著成本低、交貨快的優(yōu)點(diǎn)。

鋼帶錯(cuò)繞式壓力容器首創(chuàng)于1964年，其容器結(jié)構(gòu)完全由我國(guó)自主研發(fā)完成，主要產(chǎn)品包括高壓空氣儲(chǔ)罐、高壓氦氣儲(chǔ)罐和高壓氫氣儲(chǔ)罐等。經(jīng)過(guò)近60年的研究與驗(yàn)證，我國(guó)已有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。鄭津洋等以傳統(tǒng)鋼帶錯(cuò)繞式壓力容器為基礎(chǔ)，在主體結(jié)構(gòu)不變的條件下(扁平鋼帶傾角錯(cuò)繞式容器結(jié)構(gòu))，提出了一種多功能全多層高壓儲(chǔ)氫容器。

加氫機(jī)

加氫機(jī)是燃料電池汽車加注氫燃料的核心設(shè)備，加氫機(jī)上配備有加氫槍、溫度與壓力傳感器、環(huán)境溫度傳感器、計(jì)量裝置、加注控制器、軟管等。若加氫機(jī)-燃料電池汽車實(shí)現(xiàn)通信功能，則加氫槍還需配備紅外數(shù)據(jù)接收模塊。

加氫機(jī)是連接加氫站和氫燃料電池汽車的重要設(shè)備，其基本功能是安全加氫和精確計(jì)量功能，即在保障對(duì)車載儲(chǔ)氫瓶進(jìn)行安全加注氫氣的同時(shí)，要準(zhǔn)確顯示加氫量、金額等。同時(shí)，一般還具有防雷、防靜電等安全保護(hù)的功能，最重要的是緊急拉斷、防止過(guò)充的壓力-溫度補(bǔ)償系統(tǒng)等安全功能。

加氫機(jī)目前主要有 35MPa 與70MPa 兩種，主要技術(shù)要求是做到加注過(guò)程不超溫、不超壓，同時(shí)時(shí)間盡可能短。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2014年首次發(fā)布了GB/T 31138-2014《汽車用壓縮氫氣加氣機(jī)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為加氫機(jī)設(shè)備的制造、檢測(cè)和應(yīng)用提供支撐。

近年來(lái)，隨著我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，加氫機(jī)的性能要求、控制方法等都有了新的要求。

2020年，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)下達(dá)了GB/T 31138-2014《汽車用壓縮氫氣加氣機(jī)》的修訂計(jì)劃，全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織相關(guān)單位于2021年底完成標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容的修訂和審查工作。為適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，與GB 50516、GB50156等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致，標(biāo)準(zhǔn)名稱修改為《加氫機(jī)》。GB/T 31138-2022《加氫機(jī)》于2022年10月12日發(fā)布并實(shí)施，規(guī)定了加氫機(jī)的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存、安裝、維護(hù)的要求，適用于氫能汽車加氫設(shè)施用公稱工作壓力不大于70MPa的加氫機(jī)，氫能船舶、有軌電車、飛行器、工程車輛、發(fā)電裝置等的加氫設(shè)施也可參照本文件。

加氫站“卡”在哪

截至今年4月份，我國(guó)已建成加氫站數(shù)量超過(guò)350座，約占全球總數(shù)的40%，位居世界第一。

盡管我國(guó)加氫站建設(shè)數(shù)量眾多，但是在地廣人稠的基本國(guó)情之下，加氫站仍然難逃“不夠用”、“用不了”的迷之厄運(yùn)。加氫站的設(shè)備組成較多，成本較高，另外安全維護(hù)費(fèi)用也并不低，能否讓加氫站真正實(shí)現(xiàn)順利穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)還是業(yè)內(nèi)一大挑戰(zhàn)。

第一，加氫站設(shè)備技術(shù)與成本雙高。加氫站建設(shè)成本居高不下且成本降低空間不高的問(wèn)題需要業(yè)內(nèi)重視起來(lái)。據(jù)測(cè)算，一座加氫站的建設(shè)成本至少需要200萬(wàn)美元(加上建筑施工、設(shè)計(jì)維護(hù)、管理等費(fèi)用)，折合人民幣核算大概1500萬(wàn)元左右，若是日加氫能力在1000公斤，并且為70Mpa的加氫系統(tǒng)，大概將會(huì)達(dá)到2000萬(wàn)元。其中，氫氣壓縮機(jī)占加氫站整體成本的30%左右。從我國(guó)目前氫氣壓縮機(jī)市場(chǎng)的情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)氫氣壓縮機(jī)企業(yè)仍需努力。

第二，加氫站建設(shè)審批政策需要松綁。今年上半年，廣東、河北省相繼發(fā)布加氫站最新管理辦法，明確氫氣不再被列為?；罚託湔究山ㄔO(shè)在非化工園區(qū)等地。加氫站建設(shè)審批流程嚴(yán)苛是阻礙加氫站建設(shè)的一大“門檻”，我國(guó)目前絕大多數(shù)地區(qū)仍未放寬對(duì)加氫站建設(shè)以及加氫站土地審批流程的政策。對(duì)于一二線城市而言，加氫站等氫能基礎(chǔ)設(shè)施是否完善是氫燃料電池汽車能否規(guī)?；瘧?yīng)用的重要前提，然而多數(shù)地區(qū)在加氫站建設(shè)效率上仍是困難重重。鑒于此，油氫合建站或綜合能源站開(kāi)始嶄露頭角，在現(xiàn)有加油站或加氣站的基礎(chǔ)上增加加氫供應(yīng)設(shè)施，既保證站內(nèi)運(yùn)營(yíng)正常，又可以實(shí)現(xiàn)加氫。

第三，加氫站供氫需求難以保障?！耙徊揭粋€(gè)坎”，加氫站建成后能否正常運(yùn)營(yíng)是目前加氫站供應(yīng)商或運(yùn)營(yíng)商的一大主要問(wèn)題。一方面，多數(shù)加氫站均為外供加氫站，需要長(zhǎng)管拖車運(yùn)氫到加氫站后進(jìn)入儲(chǔ)氫系統(tǒng)，當(dāng)有加氫需求時(shí)再進(jìn)行加注。然而，眾多加氫站都面臨著供氫不足、儲(chǔ)氫不足的問(wèn)題。運(yùn)氫不及時(shí)、沒(méi)有供氫來(lái)源直接導(dǎo)致加氫站供氫需求無(wú)法得到保障。另一方面，部分城市雖然有建設(shè)一到兩座加氫站，但氫燃料電池汽車較少，即便有充足的氫氣供應(yīng)，但“幾天才加一次氫”的問(wèn)題也屢見(jiàn)不鮮?！跋扔械斑€是先有雞”的爭(zhēng)論成為加氫站與氫燃料電池汽車之間的主要矛盾，不少城市將加氫站建在高速服務(wù)區(qū)，對(duì)于城市中的氫車而言，加氫無(wú)疑也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

從我國(guó)目前氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況來(lái)看，加氫站建設(shè)正日益提上日程。河北省已將加氫站建設(shè)納入地方建設(shè)指標(biāo)，北京、上海、廣東等長(zhǎng)三角地區(qū)也在積極給予加氫站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展已有壯大之勢(shì)。進(jìn)入今年，氫能產(chǎn)業(yè)上游制氫端已開(kāi)始加緊開(kāi)工，新疆庫(kù)車光伏制氫項(xiàng)目、三峽納日松制氫項(xiàng)目均已有重大進(jìn)展。氫能頭部企業(yè)在下游應(yīng)用端也動(dòng)作不斷，車企開(kāi)始布局中國(guó)氫能業(yè)務(wù)、大佬跨界氫能打造多方位氫能應(yīng)用場(chǎng)景。在此基礎(chǔ)上，氫能儲(chǔ)運(yùn)端也將發(fā)揮承上啟下的良好作用，加氫站“卡脖子”難題也在各方協(xié)同推動(dòng)下逐步被解決。

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