氢能发展与加氢站建设的思考

王焕霞

〔中国石化销售股份有限公司 北京 100728〕

1 国内能源形势亟需发展氢能

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，能源需求急剧增长，自1993年我国成为石油净进口国以来，对进口石油的依赖程度越来越高。与此同时，影响国际油价和资源供给的因素日趋复杂，国际石油市场的不稳定以及油价波动等随时影响着我国的石油供给，不仅可能对经济运行造成冲击，甚至对我国能源以及经济安全都带来严峻挑战。因此，实行多元化的能源战略，不断探索开发新能源，并使之成为真正安全环保且具长远实用性和商业推广价值的新型能源，对我们这样一个能源需求大国至关重要。

近些年来，我国曾先后出台政策，并辅以财政补贴等手段，引导支持天然气、乙醇、甲醇、风能、光伏发电等新能源的发展。与石油相比较，这些新能源在存储、环保性、成本等方面均存在不同程度的不足，尚远不足以替代石油成为能源支柱。目前世界能源格局正在深刻调整，新一轮能源革命已经开始，无碳和可再生日益成为两个主要着眼点，而纵观世界范围内对新能源的探索研发，目前基本形成了一个共识：氢能是解决能源危机和环境危机的重要发展方向。

2 氢能的特点及发展现状

在整个能源架构里，氢能越来越体现出巨大的优越性，它可存储、运输和再生，来源多元，且完全环保。具体来说，氢能具有以下优点：

(1)安全环保。氢气分子量为2, 仅为空气的1/14, 因此，氢气一旦泄漏于空气中会迅速升入高空，不会在地面聚集。而其他燃油、燃气均会聚集于地面而构成易燃易爆危险。氢气完全无味无毒，不会对人体构成危害，燃烧产物仅为水，不污染环境。

(2)高能高温。1kg氢气热值为34 000kcal, 是汽油的三倍。氢氧焰温度达2 800℃，高于常规液气。

(3)热能集中，利用效率高。氢氧焰火焰挺直，热损失非常小。

(4)原料广布、自然再生且容易取得。氢能来源于水，燃烧后又还原成水，且氢气可由水电解制取，水资源取之不尽，每kg水可制备1 860L氢氧燃气。

(5)即产即用。利用先进的自动控制技术，氢气适合于一切需要燃气的地方。

但在当前，氢能仍存在制取成本高、生产存储难。随着科技的不断进步，这两大技术难题终将被突破。

全球管理咨询公司麦肯锡曾发布报告称，“到2050年，全球10%的终端能源将是氢能，届时，氢能在电力、交通、建筑等领域都将是主要能源之一”。2018年至今，已有包括日本、韩国、澳大利亚、英国、法国在内的诸多国家发布了氢能领域的最新规划，尤其在《巴黎协定》签署之后，世界各国都面临节能减排的巨大压力，而氢气作为一种低碳高效的能源，完全契合了节能减排的要求，因此已经被日本、美国、欧盟国家等众多国家作为未来的主要能源来推动和研发，积极支持氢能发展。2017年，日本正式把国家将来的第一能源定位为氢能，取代化石能源。截止目前，日本成为世界上氢能应用最成熟的国家，正在打造以“氢车”“氢家”和“氢电”为基础的三大支柱，着力发展“氢能社会”。

在国内，目前已有23个省市相继发布了与氢能和燃料电池汽车相关的发展计划，并付诸实施。另一方面，我国拥有世界上最大的制氢能力。据了解， 2012年我国的氢产量是1 600万t左右，2018年增长到2 000～2 200万t，仅中石化每年氢产量就多达300万t，具备良好的生产基础，能够满足未来氢经济的潜在需求，也就是所谓的“氢能源产业”。在上海、广东、江苏、北京等地，众多企业和科研机构已先期开始了氢能领域的研发和试点工作。而国内石油石化行业的龙头企业——中石化在战略参股国内氢能龙头企业上海重塑之后，于11月6日，在国家主席习近平和法国总统马克龙见证下，与法国液化空气集团公司签署了合作备忘录，谋求加强氢能领域的合资合作，加大氢能技术研发力度和基础设施建设步伐，共同打造氢能产业链和氢能经济生态圈，共同推动氢能和燃料电池汽车解决方案在我国的推广和应用。法国液化空气集团公司是世界领先的工业气体生产和服务公司，在氢气(液氢)生产、加氢站基础设施建设运营方面拥有丰富的技术和经验，已在全球建设了近120座加氢站，直接拥有并运营加氢站近60座，是国际氢能理事会的创始企业和轮值主席。此次合作将发挥法国液化空气集团公司在氢气制、储、运、加全产业链的专业经验，为我国发展氢能和燃料电池提供有竞争力的氢气供应方案。

总体来看，虽然从政府到企业，大家对氢能发展热情不断高涨，但氢能发展之路仍将任重而道远。首先在关键技术上，无论是氢气的加工成本氢能汽车相关技术等都存在很大瓶颈，尚需突破；其次，我国新能源的发展路径尚需进一步明晰；三是氢能产业发展政策尚待完善。

3 加氢站建设的现状及相关知识

加氢站作为氢能发展产业链的一部分，在世界范围内，已经有一些国家率先建成，开始向氢燃料汽车提供动力。日本建成了100多座加氢站，全球数量最多。德国已经建成了70多座加氢站，并且以每两周一座新的加氢站投入运营的速度快速发展，预计到2019年底将有100座加氢站可供汽车使用。2018年以来，我国氢能产业发展再次升温，氢能联盟于2018年6月发布《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》，预计到2050年，我国将建成加氢站1万座以上。中石油、中石化等能源企业和汽车生产企业已经开始进行相关研究，并尝试建站实操。2019年6月5日，国内首座、全球最大的燃料电池车全场景应用加氢站——上海化工区加氢站也正式落成。7月1日，国内首座油氢合建站——中石化佛山樟坑油氢合建站正式建成，这是全国首座集油、氢、电能源供给及连锁便利服务于一体的新型网点，日供氢能力为500 kg。

3.1 加氢站的分类

加氢站可以根据不同的标准对其进行细分：

(1)按建设形式不同，加氢站可分为固定式、撬装式和移动式三种。固定式加氢站占地面积可为2 000～4 000m2，在当下城市建设用地紧张、价格不断攀升以及加氢站未来发展不确定性的情况下，寻找用于建设加氢站的独立用地不仅存在一定困难，且有可能影响用地的开发价值，造成不经济。而撬装式和移动式加氢站则将压缩机、储氢装置、加氢机等设备进行集成化、模块化设置，占地面积很小，甚至可小于600m2，一般不需要通过城市规划中单独控制用地，较为适合与加气、加油站、环卫厂区、物流园区等合建。

(2)按建设内容不同，加氢站可分为单纯加氢站、加油加氢合建站、加气加氢合建站、加油加氢加电合建站等。

(3)按氢气来源不同，加氢站可分为外供氢加氢站和内制氢加氢站。外供氢加氢站内无制氢装置，而是通过长管拖车、液氢槽车或者氢气管道由制氢厂运输至加氢站，由压缩机压缩并输入高压储氢瓶内存储，最终通过氢气加气机加注到燃料电池汽车中使用。内制氢加氢站内需建制氢系统，站内制备的氢气一般需经纯化、干燥后再进行压缩、存储，然后按需加注。目前制氢技术主要包括电解水制氢、天然气重整制氢、可再生能源制氢等，其中，电解水制氢和天然气重整制氢技术由于设备便于安装、自动化程度较高，且天然气重整技术可依托天然气基础设施发展，因而在站内制氢的加氢站中应用最多。

(4)根据氢气存储方式的不同，加氢站可分为高压气氢站和液氢站，全球约30%的加氢站为液氢储运加氢站，主要分布在美国和日本，我国现阶段全部为高压气氢站。相比气氢储运，液氢储运加氢站占地面积更小，存储量更大，但建设难度也相对更大，适合加氢需求量大的区域。

3.2 加氢站的建设等级

目前，加氢站建设所依据的标准主要是国家标准《加氢站技术规范》(GB 50516)、《汽车加油加气站设计与施工规范》(GB50156)、《加氢站安全技术规范》(GB/T 34584)和相关行业标准等。结合国内外加氢站建设情况，对国家标准《汽车加油加气站设计与施工规范》的修订工作已经启动，届时将把加氢站内容纳入其中，有的企业已经开始研究制定油氢混合站建设的企业标准。根据国家标准《加氢站技术规范》(GB—50516)，加氢站根据其储氢罐总容量和单罐容量，将单纯加氢站分为三级，具体见表1：

表1 加氢站的等级划分

加油加氢站则根据其油罐总容积与储氢罐总容量，将加油加氢站分为二级，并对站内单罐的油、氢容量进行了明确规定，油氢合建站的等级划分见表2。

表2 油氢合建站的等级划分

注:①V为油罐总容积(m3)。
②柴油罐容积可折半计入油罐总容积。
③当油罐总容积大于60m3时，油罐单罐容积不得大于50m3； 当油罐总容积小于或等于60m3时，油罐单罐容积不得大于30m3。
④当储氢罐总容量>4 000kg时，单罐容积量≯2 000kg；当储氢罐总容量>1 000kg时，单罐容量≯1 000kg。

3.3 加氢站供氢压力

目前加氢站所采用的供氢压力有35MPa和70MPa两种。

国外大多采用70MPa，国内加氢站受现有压缩机和储氢瓶技术发展的限制，大部分采用35MPa。用35MPa压力供氢时，氢气压缩机的工作压力为45MPa，高压储氢瓶工作压力为45MPa；用70MPa压力供氢时，氢气压缩机的工作压力为98MPa，高压储氢瓶工作压力为87.5MPa。

4 对加氢站建设的思考

20多年来，我国在车用能源方面，曾先后力推支持过天然气、乙醇、甲醇、电动等新能源的应用。

毫无疑问，虽然氢能本身具有其他新能源无法比拟的优势，但作为新能源，尚有诸多的技术难题需要突破，氢能产业发展尚有很多的不确定性，虽然交通行业将是氢能使用的重要领域，但以氢能作为车用能源，使关键技术成熟、具有较高的商业价值、再到全面推广还有很长的路要走。作为车用氢能产业的产供销链条一环的加氢站建设虽可大胆创新尝试，但在建设的数量、建站的规模、技术路线的选择等方面仍需持重稳妥，唯以车辆氢能消费需求为主要投资决策依据，可适度超前布局建设加氢站，避免再度造成投资浪费。

以下推进加氢站建设的四点原则，可为相关单位建设加氢站提供参考：

(1)在选点布局上，紧紧围绕消费市场，主要考虑在氢能汽车市场发展前景较好的区域布点建设。

(2)在加氢站建设类型上，应优先考虑油氢合建站。因为土地成本是加氢站建设投资的主要部分，在加氢业务盈利模式尚不明朗、加氢规模尚不能实现真正盈利之前，油氢合建站能够提高建设用地的使用效能，并大大提高投资回报。

(3)在建设主体上，提倡由氢能汽车企业、大型油企和主要氢能消费企业合资合作，共同投资建设，实现优势互补。

(4)在建设等级选择上，尽量选择低等级。因为氢能技术尚在探索阶段，在技术尚不完全成熟、安全风险尚未完全识别情况下，低等级的站点危险性相对可控。

5 结语

总之，综合考虑国内外氢能产业发展的现状、国内氢能产业政策和氢能市场发展情况等多种因素，在一段时期内，加氢站建设应立足于氢能汽车研发情况和市场成熟度，恰当把握建设节奏，理性发展建设加氢站。