他山石 | 建一座加氫站需要多少錢？這篇文章給你算明白

發(fā)布時間：2021-06-16 10:34:18
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當(dāng)前，國內(nèi)外加氫站投資都處于比較活躍的狀態(tài)，但投資加氫站的首要難題是巨額的建設(shè)成本。選取不同的技術(shù)路線，加氫站建設(shè)和運營的成本也各不相同。本文就加氫站的建設(shè)成本進行詳細的分析和比較。

加氫站從組成上主要包含制氫系統(tǒng)（僅適應(yīng)于具有內(nèi)制氫能力的加氫站）、純化系統(tǒng)（內(nèi)制氫加氫站中用于純化站內(nèi)制備的氫氣，以達到使用標(biāo)準(zhǔn)）、壓縮系統(tǒng)、儲氫系統(tǒng)、加氫系統(tǒng)、安全監(jiān)控、電氣設(shè)備以及其他機械設(shè)備（包括管道、配件、閥門等）。

外供氫式高壓氫氣加氫站的建設(shè)成本最低

我們對外供氫高壓氫氣加氫站、外供液氫加氫站以及內(nèi)制氫加氫站，三種不同技術(shù)路線加氫站的建設(shè)總成本進行了對比分析。

由于我國現(xiàn)階段加氫站全部為高壓氫氣儲存加氫站，為了比較不同類型加氫站建設(shè)成本，我們以2015財年，美國加利福尼亞洲這三種不同類型加氫站的建設(shè)成本為例進行分析。

外供氫高壓氫氣加氫站建設(shè)成本

以日供氫能力為180kg/d，存儲能力為250kg的外供氫高壓氫氣加氫站為分析對象，其氫氣運輸方式為集裝管束拖車運輸，加氫站同時具備35MPa和70MPa兩種加氫壓力。

當(dāng)加氫壓力達到70MPa時，需要添加冷卻系統(tǒng)，在加氫過程中對氫氣進行預(yù)冷，以防止加氫過程中由于氫氣溫度過高而引發(fā)的安全事故。

加州能源局的研究數(shù)據(jù)表明，該類型加氫站建成所需的與設(shè)備相關(guān)的費用約為160萬美元，考慮投入使用前所需的調(diào)試費用、工程設(shè)計費用、管理費用、建筑施工費用等其他費用，總成本將超過200萬美元。

如果生產(chǎn)規(guī)模增加到100套/年，加氫站建設(shè)成本較2015年可降低40%左右。

未來，隨著設(shè)備生產(chǎn)規(guī)模的擴大，規(guī)模經(jīng)濟影響顯著，壓縮系統(tǒng)、儲氫系統(tǒng)以及加氫系統(tǒng)的成本將明顯下降，外供氫高壓氫氣加氫站的總成本將有很大的下降空間。

外供液氫加氫站建設(shè)成本

下面對一個日供氫能力為350kg/d，同樣具備35MPa和70MPa兩種加氫壓力的外供液氫加氫站進行建設(shè)成本分析。

相比于外供高壓氫氣加氫站，外供液氫加氫站在運輸之前需要耗能將氫氣溫度降低到零下253℃，以液態(tài)氫的形式進行運輸。

加氫站中需要添加額外的儲氫瓶和冷卻系統(tǒng)保證加氫站的正常運行，占地面積更大，因此液態(tài)加氫站的建設(shè)成本高于高壓氫氣加氫站。

加州能源局的研究數(shù)據(jù)表明，外供液氫加氫站建成所需的與設(shè)備相關(guān)的費用約為193萬美元（高于外供氫高壓氫氣加氫站的160萬美元），考慮投入使用前所需的調(diào)試費用、工程設(shè)計費用、管理費用、建筑施工費用等其他費用，總成本約為280萬美元。

站內(nèi)電解水制氫加氫站建設(shè)成本分析

美國加利福尼亞州HyGen加氫站采用站內(nèi)電解水制氫，該加氫站日供氫能力為130kg/d，同樣具備35MPa和70MPa兩種加氫壓力，下面對該加氫站的建設(shè)成本進行分析。

站內(nèi)電解水制氫加氫站由于站內(nèi)具備制氫能力，與外供氫加氫站相比，省去了將氫氣由制氫廠運至加氫站的運輸費用。

受益于模塊化的設(shè)計，電解水制氫系統(tǒng)包含的所有設(shè)備都可以放置于20-40英尺的國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱中，英國ITM Power、加拿大的Hydrogen Technology and Energy(HTEC)公司以及美國HyGen Industries等企業(yè)都提供這種集裝箱式電解水制氫系統(tǒng)。

本部分對外供氫加氫站的分析中并沒有考慮集裝管束拖車的制造/使用成本、氫氣運輸成本等，僅針對加氫站建設(shè)投資成本進行分析比較。

加州能源局的研究數(shù)據(jù)表明，HyGen電解水制氫加氫站總建設(shè)成本超過320萬美元，遠遠超過外供氫高壓氫氣加氫站（200萬美元）和液氫加氫站（280萬美元），其中電解水制氫裝置成本約131萬美元。

綜合來看，現(xiàn)階段外供氫高壓氫氣加氫站的建設(shè)成本最低，且隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，成本將有大幅降低的可能，進一步考慮氫氣生產(chǎn)和運輸費用后的氫氣使用成本將增加。

壓、儲、加三大系統(tǒng)成本規(guī)模經(jīng)濟性顯著

國內(nèi)現(xiàn)階段主要為外供氫高壓氫氣加氫站，因此，本節(jié)中我們對外供氫高壓氫氣加氫站中最為重要的三大系統(tǒng)——壓縮、儲氫及加氫系統(tǒng)，進行建設(shè)成本的分析。

根據(jù)Ahmad Mayyas等人的研究，直接成本可分為系統(tǒng)核心部件成本及輔助設(shè)備成本（Balance of system，BOS）兩部分進行分析，主要包括與設(shè)備生產(chǎn)有關(guān)的設(shè)備/建筑成本、材料成本、廢料成本、工人工資費用、生產(chǎn)耗能、設(shè)備及廠房維護費用以及資本成本。

另外，考慮系統(tǒng)建設(shè)產(chǎn)生的裝配費，從而得到加氫站中相應(yīng)系統(tǒng)生產(chǎn)建設(shè)所需的成本。

壓縮系統(tǒng)成本隨生產(chǎn)規(guī)模擴大而大幅降低

假設(shè)加氫站壓縮系統(tǒng)中采用活塞式壓縮機，其直接成本包括與壓縮機殼體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)加工制造相關(guān)的系統(tǒng)核心部件成本，以及與電機、控制單元、管路系統(tǒng)等相關(guān)的輔助設(shè)備成本。

根據(jù)Ahmad Mayyas等人的研究，通過對比壓縮系統(tǒng)建設(shè)成本與生產(chǎn)規(guī)模的關(guān)系我們發(fā)現(xiàn)：

（1）隨著生產(chǎn)規(guī)模的增加，壓縮系統(tǒng)核心部件的直接生產(chǎn)成本將大幅降低，當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模由10套/年增加到100套/年時，核心部件直接生產(chǎn)成本降低約82%；

（2）核心部件直接生產(chǎn)成本降低的主要原因是由于隨著生產(chǎn)規(guī)模的增加，平均到每套壓縮系統(tǒng)的資本成本及設(shè)備/建筑成本明顯降低；

（3）輔助設(shè)備成本隨生產(chǎn)規(guī)模的增加變化很小，其中系統(tǒng)的控制單元價格最高，占輔助設(shè)備成本的58%，高精度的控制單元成本約為13000美元；

（4）考慮壓縮系統(tǒng)直接成本及裝配成本的總成本隨生產(chǎn)規(guī)模的增加而降低，生產(chǎn)規(guī)模由10套/年增加到100套/年時，總成本降低約56%.

預(yù)測在未來，壓縮系統(tǒng)的成本降低空間將更大。

隨著生產(chǎn)規(guī)模的增加，輔助設(shè)備成本在總成本中的占比將超過直接成本，未來隨著需求的增加，針對不同參數(shù)壓縮系統(tǒng)的閥組、接頭、傳感器等輔助部件將趨于更加標(biāo)準(zhǔn)化、集成化的生產(chǎn)制造模式。

屆時，輔助設(shè)備成本將大幅降低，這使得壓縮系統(tǒng)的成本在未來將有很大的降低空間。

儲氫系統(tǒng)成本隨生產(chǎn)規(guī)模擴大降幅有限

儲氫系統(tǒng)成本分析分為儲氫瓶直接成本以及輔助設(shè)備成本兩部分。假設(shè)加氫站采用Ⅰ型儲氫瓶，儲氫壓力為38MPa時容量為30kg。

根據(jù)Ahmad Mayyas等人的研究，通過進一步分析我們發(fā)現(xiàn)：

（1）材料費用是儲氫系統(tǒng)成本的主要部分，其次為人工費用；

（2）由于材料費用為主要成本構(gòu)成，且隨生產(chǎn)規(guī)模變化不大，因此儲氫系統(tǒng)成本隨生產(chǎn)規(guī)模的增加降低較??；

（3）當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模由100套/年增加到1000套/年時，與儲氫系統(tǒng)直接生產(chǎn)建設(shè)相關(guān)的成本將可降低8.5%.

加氫系統(tǒng)成本隨生產(chǎn)規(guī)模擴大而降低

對于加氫系統(tǒng)的成本分析，我們考慮兩種情況：

（1）只有35MPa加注口的加氫機；

（2）同時配有35MPa和70MPa兩種加注口的加氫機。

加氫系統(tǒng)相關(guān)部件可直接購買并進行組裝，成本可分為設(shè)備成本及人工費用。

在已有加氣站加氣系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)驗基礎(chǔ)上，加氫系統(tǒng)中的相關(guān)部件現(xiàn)已形成了較為標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)制造，包括加氫機外殼、相關(guān)閥門組件、流量計、壓力計、加氫槍、控制及顯示面板、相關(guān)按鍵等。

根據(jù)Ahmad Mayyas等人的研究：

（1）設(shè)備成本中最主要的為閥門和計量儀表等，占設(shè)備成本的60%左右，用于監(jiān)測壓力以及氫泄露相關(guān)的傳感器也是加氫系統(tǒng)成本的重要組成部分；

（2）加氫槍組件成本在H35/H70加氫系統(tǒng)中的占比高于在H35單加注口加氫系統(tǒng)成本中的占比。這是由于70MPa加氫槍組件成本相比于35MPa成本更高，且能夠制造成熟產(chǎn)品的供應(yīng)商更少；

（3）H35單一加注口加氫系統(tǒng)設(shè)備成本約為35048美元，H35/H70雙加注口加氫系統(tǒng)的設(shè)備成本約為67595美元；

（4）加氫系統(tǒng)的成本隨著生產(chǎn)規(guī)模的增加而降低。