关于氢能利用的那点事儿建设以智能加氢站为 [复制链接]

年3月13日，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和年远景目标纲要》正式发布，氢能进入国家十四五规划和年远景目标纲要，标志着氢能产业规划已经逐步进入国家顶层设计阶段。

年3月22日，成都市经信局会同市发改委等共8个部门联合发布了《成都市加氢站建设运营管理办法（试行）》规定了从事加氢站经营活动需申办《危险化学品经营许可证》；该办法还将加氢站纳入特许经营权目录予以管理。年5月10日在上海展览中心品博会上，中国一汽集团带来自主研发的首台氢能发动机亮相。接连不断的关于氢的消息，不得不让我们重新审视下氢能的利用。那么，氢能应如何利用，又向何处发展？

今晚8点，让我们相约“天然气之夜”空中论坛，一起聊聊“关于氢能利用的那点事儿？”。

本期主持：*骞

记录：曹烨

策划：刘晓东

特邀嘉宾：沈*

嘉宾介绍

沈*，现任江阴富仁高科股份有限公司，氢能总监，在全国各地开展建设加氢加油合建站业务，具有丰富的氢能投资运营经验。

引言

“碳达峰与碳中和”定调为国家级绿色发展战略，是今后很长一段时期的工作重点；开启第三次能源革命，支撑第四次工业革命，关系着国家的命脉，引起社会各界高度重视，纷纷加大对新能源的投资力度。“碳中和”是全球级别的共同目标，一些发达国家都将其作为绿色新*，重视绿色能源技术的研发与投入，其*策背后就是能源革命、能源安全、能源责任三大内在驱动力，我国不可避免的与这些发达国家展开激烈竞争，这将是一场国运之战。

（1）以能源革命带动经济转型

回顾能源发展史：从柴薪→煤炭→化石能源、油气→可再生能源、发电与制氢→氢气，总是从高碳向低碳乃至无碳方向发展，其能量密度反过来看：氢气→3.4倍油气→6.8倍煤炭→倍柴薪；每次工业革命的兴起，都会引起能源革命，都会带来巨大的社会变革和商业机会，形成无数个新兴产业，推动人类文明社会的进步，这次以氢能为主的能源革命，将是大气雾霾、气候变化问题的终结者。

（2）可再生能源成为保障能源安全的重要力量

国际局势动荡，我国过度依靠油气资源进口安全不可持续的矛盾更加突出，已经达到了“警戒红线”，这也是我国大力推广新能源汽车的根本原因，目前，潍柴动力大功率氢燃料电池已经量产，意味着氢燃料电池商用车即将量产，为可再生能源制氢提供了用氢环节。

我国水电、风电、光伏发电装机容量均位居世界首位，可再生能源装备制造业领跑全球，提供了优质的制氢环节，“中国优势”明显，这种优势如何再次发扬光大，需要一项技术突破后加以引领如同第一名片“中国高铁”基础设施建设一样，可作为第二名片走出国门，在世界各地布局，争取更多的氢能源市场份额以销售更多的氢燃料电池汽车，使得中国的可再生能源装备和燃料电池汽车在世界各地开花结果；

绿色能源科技革命是抢占国内外能源转型的制高点、掌握能源安全主动权、确保我国能源长久安全的战略保障。

（3）优化能源革命结构，履行能源责任

全球应对气候变化，一致举措是“全球-中央-地方”自上而下推动“碳中和”，氢能是人类的终极能源，取之不尽用之不竭，发展氢能源产业是作为能源结构调整和实现“碳中和”的重要手段；目前全世界认可最有效的方法是：用可再生能源发电与制氢替代化石能源，全过程零排放，即在能源生产（上游制氢）环节中用可再生能源发电与制氢，在能源消费（下游用氢）环节将不断扩大电气化、氢能化应用（纯电动汽车与氢燃料电池汽车并行发展），推动能源转型升级，我们争取做到在全世界各地复制与推广具有中国自主知识产权的氢能供应链。

早在几年前，日本丰田、韩国现代燃料电池汽车就批量生产了，但是，大面积推广起来遇到的困难是：与燃料电池汽车配套的加氢站基础设施建设难以逾越，这也是全球举世公认的世界性难题；几年来，全球各地建设的加氢站总数才几百座，建设速度太慢，只能呈个位数线性增长，加氢站这一技术瓶颈解决不了，可再生能源制氢替代化石能源将是一句空话。

一、当前加氢站基础设施建设难在哪里？

当前的加氢站采用的是几十年来20MPa长管拖车对应的天然气能源领域的压缩天然气（CNG）加气站的非常成熟的老技术路线，包括现在的法规，道路运输压力还限定在20MPa以内的老规矩当中，一个新事物出来，采用成熟的老技术路线与其配套过渡，避免技术上的冒险与失误，符合正常思维，做得对；但是，没有想到的是：由于氢气非常轻，暴露出一些缺点，这些缺点还非常严重，严重程度影响到了加氢站基础设施建设的商业价值，没有了商业价值，谁还在建设与推广呢？具体在储运氢气和加注氢气这两个环节：

储运环节采用20MPa长管拖车储运氢气，该拖车自重25吨只能装载-公斤氢气，返程空载剩余压力一般为4-6MPa，还有大约30%的氢气没有用完。这种运输方式，运送压缩天然气（CNG）尚可，但是运送20MPa的压缩氢气就非常不经济了。往返运送氢气其实是在运送自身长管钢瓶“大铁疙瘩”，有效负载太小，运输燃油消耗过大，运输距离大于50公里，运输成本就成倍增加了，使得加氢站销售的氢气价格就没有了经济性和竞争力。

20MPa长管拖车储运氢气到对应的加氢站，还需要将20MPa的氢气再次加压到45MPa充装到站内储氢瓶组中，供加氢机使用，需用动力电源和动力设备即压缩机配套，这是一种有动力的加氢站，所涉及的设备和工艺步骤繁多，其工艺流程为：

20MPa长管拖车→卸气柱→压缩机（三相动力电源配电房配套）→PLC站内监控系统→气体分配器→站内45MPa储氢瓶组→降温器→加氢机→35MPa燃料电池汽车。

当来站加氢气的车辆增多时，会有车辆排队等候现象，这是由于站内45MPa高压氢气不够时，需要启动压缩机抽取长管拖车上的20MPa或20MPa以下的氢气再次加压到45MPa，属于现场加压、现场加注的工艺流程，应对不及时的时候，会有加注氢气中断现象的发生，影响加注氢气效率；这种现象在天然气加气站汽车加注高峰时会经常发生，如果压缩机排气量或站内储氢瓶组储氢量比较小，这种现象会更加严重；从整个氢能供应链上看，中间加注环节存在中断、拥堵、不顺畅现象，严重影响上下游制氢、用氢匹配。

有动力的加氢站，一项重要指标就是日加氢量，日加氢量受压缩机和站内储氢瓶组技术参数的限制，有日加氢量为、、、0公斤等不同规格的加氢站，其造价也不一样。这样的有动力的加氢站将来还存在着设备重复更新与淘汰的诟病，严重影响总体投资的经济效益。举例说明：当下游用氢环节的燃料电池汽车日益增多时，日加氢量由公斤的加氢站需要增加到0公斤的时候，只有两种办法：一是，再增加一套公斤的加氢站设备并联使用，占地面积增加很多，投资加大；二是，淘汰原有的日加氢量公斤的设备，更换日加氢量为0公斤的加氢站设备，造成原有设备投资的浪费。

现在有动力的加氢站就是一个典型的小型工厂，设备工作噪音很大，占地面积也很大，特别是压缩氢气的工作量，比上游制氢厂负担还重。对氢气压缩做功，由于氢气导热性能好，氢气压力升高快，温度升高也快，流速也加快，氢气“一好三快”秉性会有与金属管道静电摩擦产生燃烧、爆炸的可能性；同时，所涉及的设备及工艺步骤越多，氢气泄漏点就越多，安全隐患就越多（国外韩国、美国已有加氢站发生爆炸事故），一次燃烧、爆炸安全事故，就能把一个企业或一个行业毁掉，这样的加氢站就是有更多的人员维护，还不一定能确保百分之百安全，安全始终是一个非常严重的问题，值得大家考虑与重视。

二、以智能加氢站为核心的可再生能源制氢的氢能供应链

上游（可再生能源发电、电解水）制氢与压缩（或液化）氢气→储运氢→加氢站→下游用（储备与消耗）氢四个环节构成氢能源供应链，这四个环节本身内部也是循环的，即上游可再生能源循环发电、循环电解水制氢、循环压缩、循环储运氢气、循环加注氢气，下游燃料电池汽车（车上的储氢瓶）循环储氢与耗氢发电满足汽车循环上路行驶之目的。

这四个环节循环，实际上构成了上游制氢和下游用氢大循环相互匹配的氢能供应链，简化就是:制氢→储运→加氢→用氢八个字；透过现象看本质，就是（可再生能源发电、电解水）制氢→用氢（燃料电池汽车上的储氢瓶储存氢气）相互对应与匹配，也可以说我们重新构建了一个可再生能源循环储（氢）能体系，即用千家万户的（燃料电池汽车的）储氢瓶来储存上游的可再生能源；如果这个体系中四个环节非常畅通，中间的储运、加氢环节增加的成本不多，具有可复制性，那么，这个体系就能大规模推广起来，实现可再生能源制氢替代化石能源之目的。

这里，先着重解决加氢站简单、安全、高效的问题，可以到达大规模复制的技术效果，这点非常重要；需要从制氢、储运环节全盘考虑，在储运环节，不用20MPa长管拖车，改用50MPa的储氢瓶（Ⅳ型瓶）组拖车（这个也符合国家的发展*策，《中国氢能与燃料电池白皮书》中有这样的技术路线加以推荐，要求在五年内推广实施）；把加氢站压缩工艺步骤放在上游制氢环节里完成，上游工厂化大规模对氢气一次性加压到位即50MPa，提高了压缩机的设备利用率和工作效率，反而降低了压缩氢气成本，用50MPa储氢瓶组拖车储运氢气，并与加氢机构成智能无动力加氢站，满足35MPa燃料电池汽车加满氢气的要求；同样的技术原理，将来用95MPa储氢瓶组拖车满足70MPa燃料电池汽车加满氢气的要求。

智能加氢站操作人员只需完成插、拔加氢枪动作，按键加气即可，无需人工干预；储氢瓶组拖车和加氢机，通过物联网连接，在加氢机电脑芯片和云端服务器上，下达分析与判断指令，自动完成加注氢气功能。

以智能加氢站为核心的可再生能源制氢的氢能供应链，是真正意义上的确实可行的具有大规模复制效果的可再生能源替代化石能源的一种技术方案，解决了大规模复制性、能源供给时间差、能源上下游匹配通畅三个大问题。

三、商业模式与如何运作

采取“专利技术”+“资金”+“社会精英、企业家”的商业模式，

做好基础工作，互联网加氢站平台可以集中管理未来所有的加氢站，包括储氢瓶组拖车道路运输监控，加氢卡充值等，把现实中复杂的事，变成简单的事，把简单的事变成标准化可复制的具有操作性的“公式”，满足非技术专业的人套用该“公式”拓展业务。

基本公式：

制氢→储运→加氢→用氢

应用场景公式：

（1）工业副产氢、吸附、压缩→储氢瓶组拖车→加氢机→用氢

（2）工业副产氢、吸附、压缩→储氢瓶组拖车式加氢站→用氢

（3）可再生能源发电、电解水制氢、压缩→储氢瓶组拖车→加氢机→用氢

（4）可再生能源发电、电解水制氢、压缩→储氢瓶组拖车式加氢站→用氢

鉴于目前社会各界精英和企业家都认为：现在的加氢站和智能加氢站是两种不同的加氢站，其技术路线完全不同，就意味着未来的投资路径就不同，投资巨大，不能有任何闪失，非常有必要进行进一步论证。探讨智能加氢站能否成为未来的唯一的一种加氢站的建站方案，探讨以智能加氢站为核心的可再生能源制氢的氢能供应链替代化石能源是否成立。特别是：智能加氢站是一种怎么样的算法，能否解决30%的加氢效率，对此，以前很多我们能源领域的专家同行们都持怀疑的态度，只有经过面对面的讲解，才能理解与确认是一项颠覆性的创新。

总之现在氢能离我们越来越近，大家做好准备！迎接这次能源革命的到来。

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