杂志汇节能与环保

摘要：从能源的发展规律中找到了氢能源必将替代石油能源，从能源与汽车的结合点中找到了加氢站需要替代加油站的关键点，并自主研发了“多气瓶交替循环”加氢站技术。与新能源与可再生能源制氢和燃料电池汽车相结合，整合各种原料制氢、输送电网、电解水制氢机、压缩机、燃料电池汽车等相关产品，构成氢能产业链，并在世界各地推广应用。

关键词：加氢站；燃料电池；储能；储氢瓶；互联网+；循环；终端；产业链

1 从石油与汽车产业的结合点找出“替代”关键点

2017年我国燃油汽车保有量为21743万辆（包括三轮汽车和低速货车820万辆），比上年末增长11.8%（国家统计局公布数据）。与其配套的加油站，截至2015年底全国共有9.68万座，其中，中石化网点3.06万座；中石油网点2.07万座，中海油和民营加油站合计4.55万座。粗略估计一座加油站对应服务2100辆左右的燃油汽车。

数以百计的汽车制造厂家（含进口）生产与销售的各种各样的燃油汽车达上亿的规模，销售给上亿家客户，而配套的只有一种加油站产品，由少数石油公司控制着终端加油站网络。

与石油能源产业同样的道理：氢能源与燃料电池汽车的结合点是氢能源下游终端加氢站网络，对燃料电池汽车上储氢瓶（现在是压缩氢储氢瓶、未来是液态氢储氢瓶）加满氢气。

未来氢能源替代石油能源，就必须是氢燃料电池汽车替代燃油汽车，加氢站替代加油站。当前，丰田、本田、日产、宝马、奔驰、现代等世界著名厂家已经能批量生产氢燃料电池汽车，关键点在于加氢站能否替代加油站。

我们看出能源与汽车的结合点是加油站、加氢站，也就是连接能源与汽车全产业链的关键点，加氢站技术上“一点突破”，会使氢能源与燃料电池汽车两大产业“全面开花”。

随着世界各国禁止燃油汽车上路时间表的推出，要求氢能源替代石油能源的速度愈来愈快，未来的加氢站将替代全球数以百万个加油站，谁有加氢站这项专利技术，并在世界各地推广开来，谁就能“独占”氢能源和燃料电池汽车（含分布式能源）市场。

2 传统加氢站技术简介

2.1 站内制氢供氢加氢站技术

来源于天然气管网常规加气站原理，即加氢站内有制氢设备（如天然气重整制氢）生产氢气（相当于天然气管道输送来的气源）和加气站设备的组合。

工艺流程：产生氢气的原料（天然气）→站内制氢设备产生的氢气→经压缩机加压→到站内储气瓶组→加氢机→对氢燃料电池汽车加氢气。

北京2008奥运会的加氢站，属于站内制氢供氢加氢站类型，占地4000m2，制氢原料是管网内的天然气，站内制氢技术要求比较高，制氢和加氢两种设备组合占地面积大。

2.2 外供氢加氢站技术

来源于天然气母站和子站原理，即从外面制氢工厂（相当于天然气母站提供气源）经加氢站（子站）二次加压完成对外加气。

工艺流程：从外面制氢工厂运来的氢气→卸气→压缩设备二次加压→到站内储气瓶组→加氢机→对氢燃料电池汽车加氢气；

上海安亭加氢站，属于外供氢加氢站，用储氢瓶拖车运来的氢气在加氢站需要二次加压，压缩设备和站内储气瓶组占地面积较大，技术操作要求比较高。

2.3 推广难点

现在的两种加氢站技术至今已十几年，事实证明要替代加油站阵字库是一件非常困难的事。其主要原因是：和加油站相比所涉及的设备多、操作复杂，工艺步骤和规格不统一，无法像加油站那样简单、易操作可以大规模复制；这就需要创新研发出最新的第三种加氢站技术，可以实现标准化大规模复制的要求。

3 最新的“多气瓶交替循环”加氢站技术

未来氢能源应是压缩氢（气态）和液态氢两种物理状态，在外供氢加氢站技术基础上，引入加油站技术路线，把二者相结合再次创新，开发出第三种加氢站技术即“多气瓶交替循环”加气技术。

采用“多气瓶交替循环”的加氢站是由储氢瓶拖车（车上储氢瓶分成多个气瓶）和加氢机组成。储氢瓶拖车在加氢站和制氢厂之间循环运输与供气，就如同油罐运油车在炼油工厂（油库）和加油站之间循环运输与供油一样。其工作原理是：依靠储氢瓶（拖车上的）内的压缩氢气自身压力，通过加氢机计量智能化无需任何外部设备，独自完成对燃料电池汽车上“小”的储氢瓶，加满额定工作压力的氢气，可以不再需要任何动力设备做功对其进行二次加压，节省了设备投入和工艺步骤。

此加氢站技术来源于“外供氢+氢站+油站”技术，没有类似加油站的油泵、地下油罐设备和油泵做功卸车、加油等工艺步骤。只有类似加油站的油罐运油车和加油机即储氢瓶拖车和加氢机。

“多气瓶交替循环”加氢站技术，如用87.5MPa左右的储氢瓶（已国产化）拖车在制氢厂和加氢站之间往返运输为加氢站提供气源，可以分别加满储氢瓶额定工作压力是35MPa、70MPa的燃料电池汽车。

“多气瓶交替循环”第三种加氢站技术属国家发明专利，可以对应几十台加氢机同时对外加气，解决了加氢速度和加氢量的问题，加氢站服务燃料电池汽车的数量超过加油站服务燃油车的数量，达到了“快速”要求；对燃料电池汽车上的储氢瓶加满氢气，其实质就是快速储存氢气即储能。

4 推广优势

无论是何种资源或何种方式制造出的氢，都能与加氢站衔接成储运加氢站网络。如同石油能源终端加油站一样，将来全球各地的加氢站到处都是和加油站一样的工艺流程，人们容易接受这样的加氢站。

4.1 对接化石能源

目前，国家能源投资集团已具备能供应4000万辆燃料电池乘用车的制氢能力，年产超过400万吨氢气排名世界第一。作为国家进入“氢能社会”的主力军，国家能源投资集团牵头成立了中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟。这些有实力的集团基本采用压缩氢和液态氢两种生产方式，采用第三种加氢站技术建立氢能供应链，适合各种远近距离运输。其工艺流程是：

（1）煤炭制氢→储氢瓶拖车→加氢机→燃料电池汽车储氢瓶（近距离方案）。

（2）煤炭制氢液化→低温储罐拖车→城市周围气化成压缩氢气→储氢瓶拖车→加氢机→燃料电池汽车储氢瓶（远距离方案）。

4.2 对接新能源与可再生能源

与新能源与可再生能源制氢产业和燃料电池汽车产业对接，形成一个循环储能可以整合国内太阳能、风能、水电、核能等优质资源。工艺流程如下：

再生能源发电→输送电网→PEM电解水制氢→压缩机（相当于四种设备构成的制氢厂）→储氢瓶拖车→加氢机→燃料电池汽车储氢瓶。

具体就是可以在每个城市周围建立新能源与可再生能源制氢厂，为城内多个加氢站提供氢气。上游制氢和下游终端加氢站（包含燃料电池汽车）可以模块化增加，使得制氢量和氢气消耗量随时相互匹配。

4.3 氢能源价格

国家能源投资集团煤制氢成本是天然气制氢70%～80%，是重油或石脑油制氢成本的60%～70%，具有价格优势。

目前光伏发电、风能发电电价约0.45元/kWh，整体加氢站设备折旧按0.5元/m3，按照4kWh电可生产1m氢气，11m3氢气价格为41.8元/kg。1kg氢气可以让燃料电池汽车行驶100km，每公里费用为0.418元。

4.4 可复制性

采用新能源与可再生能源制氢，可以不再依靠化石能源，就地取材、就地生产、就地销售。在世界各地均可安装、生产与销售氢气能源和代理销售燃料电池汽车，并建立“互联网+加氢站”平台，在互联网上预约销售燃料电池汽车产品。如同当今的石油能源加油站终端一样，石油公司目前的盈利模式也是加氢站的运营模式。

5 结束语

“多气瓶交替循环”加氢站技术与氢燃料电池汽车一起构成氢能产业链，从能源与汽车的结合点中找到了替代加油站的关键点。并新能源与再生能源相结合，整合制氢、输送电网、电解水制氢机、压缩机、燃料电池汽车等相关产品，具有节能、环保和低价等优势，可逐步替代石油等传统能源，并具有很良好的市场前景。

参考文献

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