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关于国内加氢站,看这篇就够了

2019-06-04 浏览次数:1,943 次 盖世汽车

中国新能源汽车市场蓬勃发展的大背景下,充电服务市场萎靡不振,原本期盼前者带着后者一起跑,目前来看效果并不理想。

氢燃料电池汽车同样如此,放眼全世界都是极为小众的存在,更何况它的配套基础设施。

来看组数据,2018年我国新能源汽车产销量分别完成127万辆和125.6万辆,较2017年同期分别增长59.9%和61.7%。

其中,氢燃料电池汽车产销均完成1527辆,占比之小不值一提。2016年-2018年,中国在三年的时间内累计销售燃料电池汽车共3428辆。


根据H2stations.org发布的第11期全球加氢站统计报告显示,截至2018年底全球共有369座加氢站。其中欧洲152座,亚洲136座,北美78座。在全部369座加氢站中,仅有273座为公共加氢站,其余加氢站保留给封闭用户群,并供应给公共汽车或车队车辆。

国内方面,截至2018年底中国共有23座建成的加氢站,占比约为6%,这个数字相较全国10万多座加油站和70多万个充电桩,九牛一毛。

根据2016年10月发布的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》,到2020年我国建成加氢站将达100座,2030年将达到1000座。

如果这组数据会说话,一定滔滔不绝。加氢站与充电桩的痛点有很多相似之处,不同的是,前者的痛点要更多、更痛。


政策倾斜,管理成阻

谈及中国氢燃料电池汽车的相关补贴政策,还要追溯到2009年,当年的《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》中指出,对试点城市购置燃料电池汽车等节能与新能源汽车给予一次性定额补助,其中,零排放纯电动和燃料电池汽车按6万-60万元不等的成本差价财政补贴。

2014年,我国终于迎来了加氢站方面的补贴政策。相关内容包括,对符合国家技术标准且日加氢能力不少于200公斤的新建燃料电池汽车加氢站,每个站奖励400万元。

2019年3月15日,也就是十三届全国人大二次会议落幕后,审议后的《政府工作报告》(修订版)补充了“推动充电、加氢等设施建设”等内容。另外一边,发改委发布了《国民经济和社会发展计划草案的报告》,报告中指出应加强城市停车场和新能源汽车充电、加氢等设施建设。

3月26日是一个转折点,一个新能源车市场从政策导向正式转向市场导向的转折点——2019年新政浮出水面。

新政中提到,地方应完善政策,过渡期后不再对新能源汽车(新能源公交车和燃料电池汽车除外)给予购置补贴,转为用于支持充电(加氢)基础设施“短板”建设和配套运营服务等方面。


4月9日,中国政府网发布了《国务院关于落实<政府工作报告>重点工作部门分工的意见》,意见中提到了加氢基础设施建设,并提及该项工作由财政部、工信部、发改委、商务部、交通运输部、住建部、能源局按职责分工负责。同时,地方推进加氢站建设工作。上海、苏州、如皋等地区均已有相关的发展规划。

明眼人都看得出来,国家已经意识到加氢站对于氢能产业的重要性,并且开始逐步落实相关政策。但是,远水解不了近渴,就目前的情况来看政策来得有些姗姗来迟。

2014年的《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》发布后,虽然有明显效果,但等政策结束后就再也没了下文,虽然消费端补贴不退坡,但加氢站的补贴却出现了“断层”。

当顶层设计消失后,即使目标再明确、再宏伟,在落实层面也就变成了空谈。况且,资本本来就是逐利的。

除了政策方面的长时间缺失,地方主管部门的不明确也是导致加氢站发展受阻的重要原因,本就是科普程度不足的新领域,再加上“二类危险化学品”的属性标签,问题就显得越发突出。

虽然最新意见中进一步明确了管理事宜,但仍是分工负责,主管流程依旧不够清晰,这就意味着会存在复杂的审批流程,难度和时间成本会随之增加,这对设施的建设又是一层沉重的打击,大家对其望而却步的态度无可厚非。

“国内有几个城市已经有相应的审批流程,包括武汉、佛山。我们国家其他的城市,包括政府部门借鉴这样的流程,明确加氢站审批的责任部门,缩短审批流程,满足燃料电池客车发展的需求。” 国家电动客车电控与安全工程技术研究中心副主任李飞强表达了相同的观点。

成本高,盈利难

氢能经济的基础是制氢、储氢、加氢。制氢与加氢环节必须严格分离,这是我国出于安全考虑的明确要求。说白了,你要是制氢就别加氢,选择加氢就别搞制氢。这样一来,加氢站的作用就体现出来了,其是上游制氢、运氢与下游氢燃料电池汽车应用的重要枢纽。

无论是国外还是国内,加氢站的类型无非就两大类,一类是外供氢加氢站,另外一类是站内制氢供氢加氢站。

外供氢加氢站采用氢气长管拖车运输、管道输送后供氢。站内制氢供氢加氢站则自备制氢系统,将制得的氢气经纯化、压缩后进行存储、加注。目前国内大部分都是外供氢加氢站,原因在于运输过程的成本相对于制氢设备建设和运营要低很多。

国外市场大多采用的70MPa氢气,国内大部分采用了35MPa氢气压力标准。目前中国的加氢站加氢能力最高的为1000-2000kg/d,最低的为100kg/d。一座日加氢能力500kg左右的加氢站,即使刨去土地租赁的费用,1500万元的建设费用肯定是要花的,这里面占比最高的费用项是核心设备的进口费,其中排名前三的是压缩机、储氢设备以及加氢设备。如果是站内制氢供氢加氢站,建设成本则要高达2000万-3000万元。

企业其实最初是愿意投资建设加氢站的,但除了高昂的建设费用,利用率低也让加氢站的收益难以得到保障。对于那些进行示范运营的车辆,往往会选择短途行驶,加氢站的选择比较固定,从运营时长和频次来说也远不能和正式运营的车辆相提并论。

国家的加氢站补贴政策几乎为零,佛山、中山是目前对加氢站建设有明确扶持和补贴政策的地方区域。政策更多地偏向于销售端、技术端以及制造端,这种侧重对于投资方也是一个无形的引导。加氢站的遇冷,意料之中。

对于加氢站成本高的问题,清华工业开发研究院副院长朱德权给出了一个解决方案,他表示,基础设施的建设一定要稳健发展,油氢混合站是中国的方向,中石油、中石化已经开始从事相关研究和工作了。


张家口市常务副市长,市委常委郭英也有相似的规划,他介绍说:“根据河北省《氢能产业发展的指导意见》,着眼于打造氢能城际高速公路。张家口、雄安新区将率先规划布局加氢站的建设,优先在京张高速和京港澳高速、河北等沿线服务区设立加氢站,实现加氢站与加油站、加气站和充电站多站合一的布局。”

关键设备需要进口

国内的外供氢加氢站,是氢气通过管束槽车运输至站里,经由压缩机增压后储存至站内的高压储罐中,之后再通过加氢机为车辆加氢,关键设备包括储氢设备、压缩设备、加注设备以及站控系统等。

问题来了,这些关键的设备很多都需要进口,国产能力明显不足。其中,压缩机的成本最高,接近占到30%,国产化是国内加氢站技术升级的最核心、最切实的方向。

隔膜式压缩机,靠金属膜片在气缸中作往复运动来压缩和输送气体。可以说,它是加氢站最核心的设备,目前已经有一些加氢站与压缩机生产企业展开了合作,虽然无法100%消化成本,但未来50%的成本降低还是可期的。

可喜的是已经有一些企业开始推出自主产品,北京天高隔膜压缩机便是其中的代表,他们推出的产品,在生产、监测,新曲面不但使膜片工作应力均匀,外缘应力幅小,同时还增大了膜腔曲面约20%。这样的创新不仅提升了隔膜的工作容积,还延长了寿命。

2018年1月,“十二五”863计划、先进技术能源领域“基于可再生能源制/储氢的70MPa加氢站研发及示范”项目通过验收,87.5MPa缠绕大容积储氢容器采用了碳纤维全缠绕增强钢内胆的结构形式,解决了结构设计、成型工艺、密封、氢脆等多个技术难题,填补了国内空白。

在加氢设备方面,张家港富瑞氢能加氢机已经取得了国内整机防爆认证,供应了国内超过15座加氢站项目。

当然,还有一个事儿得放在很重要的位置去说。既然国内的加氢站基本上都是外供氢加氢站,氢气运输就尤为关键。

目前钢铁企业的副产氢气是加氢站氢气的主要来源,其被使用高压氢气瓶集束拖车运输。举个例子,每辆拖车装有18个高压氢气瓶,每次可以以20MPa的压力运送4000Nm3的氢气。平时站区里停泊2辆拖车,另有1辆拖车往返加氢站和氢源之间,运送氢气,并替换站内空车。

这些拖车上装有压力传感器,可以远程监测拖车里的氢气量。此加注方式可以大大降低氢气压缩机的功耗,同时减少站上所需高压氢气储罐的容积。

气氢拖车,被行业普遍认为是未来相当长一段时间内最靠谱的方式。基于200km左右运输距离和每天10吨的运输规模来看,气氢拖车的成本可以达到2.02元/kg。

在2018 All-Energy大会上,Calvera公司正式向BIG HIT(在独立地区建立创新的绿色氢气系统)项目组交付两辆氢气管拖车。这两辆新型拖车使得奥克尼(位于苏格兰北方沿海32km)氢气管拖车车队的车辆数目增加至5辆,这些管拖车安全高效地运输“绿色氢气”。

当需要长距离输送大量氢气时,还可以选择液态氢的方式,因为液态氢的能量密度要高于气态氢,这也使其成为未来的核心发展方向。不过,氢气的液化过程耗能较多,需要消耗运输的氢的能量30%左右。由于冷氢与环境温度之间存在明显温差,因此,对所用材料和绝缘也有很高的要求。


除了拖车运输,管道运输也是选择之一,其可以长距离运输大量氢气。不过,建设管道网络的成本非常昂贵,尤其是在城市区域搭建网管,受到的限制非常多。

在国外有一些加氢站采用自制氢的方式,方式包括电解水制氢和天然气制氢。电解水制氢的技术要相对成熟一些,装置利用电力将水分解成氢气和氧气后,利用压缩机将氢气以高压形式储存在储罐中,通过加注机完成向燃料电池大客车的氢气加注。

天然气重整制氢有很多优点,比如成本低,应用范围广等。不过,这种方式所需要的设备初始投资较大,制备的氢气还需要经过纯化工艺,这样才能满足燃料电池的要求。

北京低碳清洁能源研究所新能源中心助理主任何广利坦言:“目前国内的加氢站都是供气氢,国外有气氢、也有液氢。国外有一种方式,是可以站内制氢的,就是加氢站里面制氢,然后给加注,我们国内政策限制,目前还不允许。”

加油站改建技术也可实现低成本加氢功能的引入,其主要通过在原有加油站引入高压储氢罐和压缩机等设备的方式完成加油站的升级。加州燃料电池联盟数据显示,该方法将使加氢站建设成本降低200万美元以上。但是,油气系统的协调合作也对控制系统提出了非常高的要求。

移动式氢气站被很多方面提及和应用,2015年,丰田公司与Air Products公司合作,在加州新建设的加氢站建成前,为消费者提供氢气燃料。Air Products公司的移动加氢车使用蓄电池以及太阳能发电制氢,每车可以满足30多辆车的加氢需求,每次可以为丰田MIRAI加注半罐氢气。

此外还有一种无动力加氢车,依靠其自身到制氢厂充装高压氢气,然后运输到指定地点加氢或移动加氢,可无需长管拖车供氢,无需压缩机,依靠智能加氢控制系统实现分级平压加注,完成加氢作业,同时监控加氢过程中温升影响、调节加氢速率。

希望在哪里

全国政协副主席、中国科学技术协会主席万钢曾表示:“发达国家把加氢站作为能源管理,创造了科学安全的氢加注建设和车载的氢罐技术标准、检测体系,有力地推动了燃料电池汽车的商业化。我们建议,要借鉴先进经验,总结试点成果,抓紧研究氢能加氢站和储罐技术标准,来提升检测能力,尽快破除标准的检测障碍和市场准入壁垒。”

从政策上来说,如果想要让氢燃料电池汽车产业形成商业化、规模化,对基础设施的扶持和补贴必不可少。但从国外的情况和纯电动车的发展来看,除了政策上的支持,还需要国家为其打造一套全新、相对完善的产业链体系,这就需要决心和魄力。

所以,想要将氢燃料电池车产业发展到何种程度、对它的期待有多高,这些将是关键。

如果不能像发展纯电动车一样的坚决,就势必会造成十分尴尬的局面,加氢站建设得少、布局不合理、成本高,如果这样的问题长期存在,那么它的处境就非常困难。投资加氢站如果不能有足够多的补贴,恐怕不会有民间资本打这个主意。

从目前来看,纯电动汽车和氢燃料电池汽车两条腿走路的可能性比较大。国务院新闻办公室于4月23日举行了新闻发布会,工业和信息化部新闻发言人、运行监测协调局局长黄利斌认为,氢燃料电池汽车将与纯电动汽车长期并存互补,共同满足交通运输和人们的出行需要。

不过他也表示,氢燃料电池汽车的发展不仅是一个技术问题,还依赖于整体氢能产业链的发展及相关的政策、标准、法规的不断优化完善,某种程度上比电动汽车的推广难度可能还要大。

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