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加氢站的工作原理和建设模式

加氢站的主要设备及其发展方向:提高技术标准,逐步实现压缩机国产化。

加氢站的主要设备

包括储氢装置、压缩设备、加注设备、站控系统等,其中压缩机占总成本较高(约30%)。

目前设备制造的发展方向主要是加速氢气压缩机的国产化进程,从而降低加氢站的建设成本,促进氢能产业链的发展。

高压储氢装置

一般有两种方式,一种是用具有较大容积的气瓶,该类气瓶的单个水容积在 600L~1500L之间,为无缝锻造压力容器;另一种是采用小容积的气瓶,单个气瓶的水容积在 45L~80L。

从成本角度看,大型储氢瓶的前期投资成本较高,但后期维护费用低,且安全性和可靠性较高。

氢气压缩设备

常用的氢气压缩设备为隔膜式压缩机,该型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。

氢气压缩机在加氢站中占据重要地位,目前我国加氢站所采用的氢气压缩机仍需外购。

未来国内加氢站与生产压缩机的外资企业加强合作以及加快国产化速度的情况下,有望将压缩机的成本减少 50%以上。

站控系统

作为加氢站的神经中枢,站控系统控制着整个加氢站的所有工艺流程有条不紊的进行,站控系统功能是否完善对于保证加氢站的正常运行有着至关重要的作用。

燃料电池的商业化应用的拦路虎已经不是其自身的成本,而是氢气的使用成本。燃料电池车和加氢站的问题类似于“鸡蛋谁先”的问题。

加氢站不先建,燃料电池车无法加氢跑不起来;燃料电池车不够,加氢站的成本根本收不回来。

那么,问题来了,建一个加氢站要多少钱?

回答这个问题,先从加氢站的主要设备开始。

加氢站主要的设备有卸气柱、压缩机、储氢瓶组、加注机。卸气柱是用来对接管束车,导流氢气进压缩机,压缩机将氢气压成高压,储存进储氢瓶组存储,当需要时候,氢气经加注机加到燃料电池车上。

以一座日加氢量200kg的外供氢加氢站来说,站内制氢加氢站更贵,就不讨论了,主要的设备成本如下:

一辆丰田未来百公里耗氢1kg,加注成本要39元,按美国现行价格就是100元了。作为对比,丰田皇冠20172.0t百公里油耗7L,约合45元。再作为对比,特斯拉model s百公里耗电20kwh,约合16元。

由此可见,现在燃料电池车的用车成本不是一般的贵,这不利于燃料电池车的推广。

加氢站的建站成本和加油站对比并没有什么劣势,而且如果加氢站中所用的压缩机和加注机进一步国产化之后,加氢站的建站成本能下降不少。

但可惜建站成本对终端加注成本影响并不大。加注成本39元中近45%是氢气原料成本,运输成本占比也达20%以上。

可见,制氢和运氢/储氢这两项成本才是当今燃料电池车推广运营最大的拦路虎。而且规模化的红利对制氢和运氢的成本并没有太多影响。

因此,新型、高效、廉价的制氢和运氢技术才是燃料电池完全市场化的救星。

更多技术探索

加油站改建技术可实现低成本加氢功能引入。改造加油站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。

根据加州燃料电池联盟数据显示,由于节约了施工成本和通用性设备的采购成本,该方法将使加氢站建设成本降低 200 万美元以上,并且形成油气联供的综合性汽油氢气补给站,但同时油气系统的协调合作也对控制系统提出了更高的要求。

移动加氢站建设技术以较低的成本实现更大区域覆盖。移动式氢气站的建设成本仅为普通直接建设固定站点的 50%,对于扩大加氢站的覆盖面积和增加燃料电池汽车使用者的便利性具有十分重要的意义。

2015 年 12 月,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,移动加氢站还可以与母站共同构成小型高压氢气加注网络,显著加大了固定式加氢站的辐射半径和机动性,是解决现有加氢站数量不足和节约建设成本的有效途径。

加氢站的降本之路:努力压缩制氢和运输成本

制氢和运输成本是构成氢气价格的决定性因素,和国外相比,在国内建立一座加氢站具有成本方面的优势。

目前在国内建设一座加氢站(35Mpa)的投资在 200~250 万美元之间,日本建设一座中型加氢站( 300Nm3/h) 投资在 500~550 万美元; 在美国, 约需要280~350万美元。

从政策力度方面来看,中国建设加氢站的补贴额度较美国和日本更高,降低了国内加氢站建设中的固定成本投资部分。

这主要是由于,在日本、美国等地,加氢站的建造和维护标准比较严苛, 导致这部分成本远超中国。此外,中国为建造加氢站提供的补贴政策也优于日本和美国。

影响我国氢气售价的最主要因素是包括制氢和储运氢气在内的氢气成本部分。

比较日本和我国的加氢站氢气售价价格组成可以发现,影响日本氢气售价的最主要的两个因素是氢气成本(约占 38%)和加氢站固定成本(约占 26%),而影响我国氢气售价最主要的因素是氢气成本(约占 65%)。

这说明,要降低我国加氢站整体的成本,在补贴力度较强的现阶段来看, 选择合适的氢源,并降低氢气运输与储藏的成本,是最适当的选择。

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