氫能源替代石油能源產(chǎn)業(yè)的可能性探討

文 _ 沈軍 玉溪能投佳亨燃氣產(chǎn)業(yè)有限公司

1從石油與汽車產(chǎn)業(yè)的結(jié)合點找出“替代”關鍵點

2017年我國燃油汽車保有量為21743萬輛（包括三輪汽車和低速貨車820萬輛），比上年末增長11.8%（國家統(tǒng)計局公布數(shù)據(jù)）。與其配套的加油站，截至2015年底全國共有9.68萬座，其中，中石化網(wǎng)點3.06萬座；中石油網(wǎng)點2.07萬座，中海油和民營加油站合計4.55萬座。粗略估計一座加油站對應服務2100輛左右的燃油汽車。

數(shù)以百計的汽車制造廠家（含進口）生產(chǎn)與銷售的各種各樣的燃油汽車達上億的規(guī)模，銷售給上億家客戶，而配套的只有一種加油站產(chǎn)品，由少數(shù)石油公司控制著終端加油站網(wǎng)絡。

與石油能源產(chǎn)業(yè)同樣的道理：氫能源與燃料電池汽車的結(jié)合點是氫能源下游終端加氫站網(wǎng)絡，對燃料電池汽車上儲氫瓶（現(xiàn)在是壓縮氫儲氫瓶、未來是液態(tài)氫儲氫瓶）加滿氫氣。

未來氫能源替代石油能源，就必須是氫燃料電池汽車替代燃油汽車，加氫站替代加油站。當前，豐田、本田、日產(chǎn)、寶馬、奔馳、現(xiàn)代等世界著名廠家已經(jīng)能批量生產(chǎn)氫燃料電池汽車，關鍵點在于加氫站能否替代加油站。

我們看出能源與汽車的結(jié)合點是加油站、加氫站，也就是連接能源與汽車全產(chǎn)業(yè)鏈的關鍵點，加氫站技術上“一點突破”，會使氫能源與燃料電池汽車兩大產(chǎn)業(yè)“全面開花”。

隨著世界各國禁止燃油汽車上路時間表的推出，要求氫能源替代石油能源的速度愈來愈快，未來的加氫站將替代全球數(shù)以百萬個加油站，誰有加氫站這項專利技術，并在世界各地推廣開來，誰就能“獨占”氫能源和燃料電池汽車（含分布式能源）市場。

2 傳統(tǒng)加氫站技術簡介

2.1 站內(nèi)制氫供氫加氫站技術

來源于天然氣管網(wǎng)常規(guī)加氣站原理，即加氫站內(nèi)有制氫設備（如天然氣重整制氫）生產(chǎn)氫氣（相當于天然氣管道輸送來的氣源）和加氣站設備的組合。

工藝流程：產(chǎn)生氫氣的原料（天然氣）→站內(nèi)制氫設備產(chǎn)生的氫氣→經(jīng)壓縮機加壓→到站內(nèi)儲氣瓶組→加氫機→對氫燃料電池汽車加氫氣。

北京2008奧運會的加氫站，屬于站內(nèi)制氫供氫加氫站類型，占地4000m2，制氫原料是管網(wǎng)內(nèi)的天然氣，站內(nèi)制氫技術要求比較高，制氫和加氫兩種設備組合占地面積大。

2.2 外供氫加氫站技術

來源于天然氣母站和子站原理，即從外面制氫工廠（相當于天然氣母站提供氣源）經(jīng)加氫站（子站）二次加壓完成對外加氣。

工藝流程：從外面制氫工廠運來的氫氣→卸氣→壓縮設備二次加壓→到站內(nèi)儲氣瓶組→加氫機→對氫燃料電池汽車加氫氣；

上海安亭加氫站，屬于外供氫加氫站，用儲氫瓶拖車運來的氫氣在加氫站需要二次加壓，壓縮設備和站內(nèi)儲氣瓶組占地面積較大，技術操作要求比較高。

2.3 推廣難點

現(xiàn)在的兩種加氫站技術至今已十幾年，事實證明要替代加油站陣字庫是一件非常困難的事。其主要原因是：和加油站相比所涉及的設備多、操作復雜，工藝步驟和規(guī)格不統(tǒng)一，無法像加油站那樣簡單、易操作可以大規(guī)模復制；這就需要創(chuàng)新研發(fā)出最新的第三種加氫站技術，可以實現(xiàn)標準化大規(guī)模復制的要求。

3 最新的“多氣瓶交替循環(huán)”加氫站技術

未來氫能源應是壓縮氫（氣態(tài)）和液態(tài)氫兩種物理狀態(tài)，在外供氫加氫站技術基礎上，引入加油站技術路線，把二者相結(jié)合再次創(chuàng)新，開發(fā)出第三種加氫站技術即“多氣瓶交替循環(huán)”加氣技術。

采用“多氣瓶交替循環(huán)”的加氫站是由儲氫瓶拖車（車上儲氫瓶分成多個氣瓶）和加氫機組成。儲氫瓶拖車在加氫站和制氫廠之間循環(huán)運輸與供氣，就如同油罐運油車在煉油工廠（油庫）和加油站之間循環(huán)運輸與供油一樣。其工作原理是：依靠儲氫瓶（拖車上的）內(nèi)的壓縮氫氣自身壓力，通過加氫機計量智能化無需任何外部設備，獨自完成對燃料電池汽車上“小”的儲氫瓶，加滿額定工作壓力的氫氣，可以不再需要任何動力設備做功對其進行二次加壓，節(jié)省了設備投入和工藝步驟。

此加氫站技術來源于“外供氫+氫站+油站”技術，沒有類似加油站的油泵、地下油罐設備和油泵做功卸車、加油等工藝步驟。只有類似加油站的油罐運油車和加油機即儲氫瓶拖車和加氫機。

“多氣瓶交替循環(huán)”加氫站技術，如用87.5MPa左右的儲氫瓶（已國產(chǎn)化）拖車在制氫廠和加氫站之間往返運輸為加氫站提供氣源，可以分別加滿儲氫瓶額定工作壓力是35MPa、70MPa的燃料電池汽車。

“多氣瓶交替循環(huán)”第三種加氫站技術屬國家發(fā)明專利，可以對應幾十臺加氫機同時對外加氣，解決了加氫速度和加氫量的問題，加氫站服務燃料電池汽車的數(shù)量超過加油站服務燃油車的數(shù)量，達到了“快速”要求；對燃料電池汽車上的儲氫瓶加滿氫氣，其實質(zhì)就是快速儲存氫氣即儲能。

4 推廣優(yōu)勢

無論是何種資源或何種方式制造出的氫，都能與加氫站銜接成儲運加氫站網(wǎng)絡。如同石油能源終端加油站一樣，將來全球各地的加氫站到處都是和加油站一樣的工藝流程，人們?nèi)菀捉邮苓@樣的加氫站。

4.1 對接化石能源

目前，國家能源投資集團已具備能供應4000萬輛燃料電池乘用車的制氫能力，年產(chǎn)超過400萬噸氫氣排名世界第一。作為國家進入“氫能社會”的主力軍，國家能源投資集團牽頭成立了中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。這些有實力的集團基本采用壓縮氫和液態(tài)氫兩種生產(chǎn)方式，采用第三種加氫站技術建立氫能供應鏈，適合各種遠近距離運輸。其工藝流程是：

（1）煤炭制氫→儲氫瓶拖車→加氫機→燃料電池汽車儲氫瓶（近距離方案）。

（2）煤炭制氫液化→低溫儲罐拖車→城市周圍氣化成壓縮氫氣→儲氫瓶拖車→加氫機→燃料電池汽車儲氫瓶（遠距離方案）。

4.2 對接新能源與可再生能源

與新能源與可再生能源制氫產(chǎn)業(yè)和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)對接，形成一個循環(huán)儲能可以整合國內(nèi)太陽能、風能、水電、核能等優(yōu)質(zhì)資源。工藝流程如下：

再生能源發(fā)電→輸送電網(wǎng)→PEM電解水制氫→壓縮機（相當于四種設備構成的制氫廠）→儲氫瓶拖車→加氫機→燃料電池汽車儲氫瓶。

具體就是可以在每個城市周圍建立新能源與可再生能源制氫廠，為城內(nèi)多個加氫站提供氫氣。上游制氫和下游終端加氫站（包含燃料電池汽車）可以模塊化增加，使得制氫量和氫氣消耗量隨時相互匹配。

4.3 氫能源價格

國家能源投資集團煤制氫成本是天然氣制氫70%～80%，是重油或石腦油制氫成本的60%～70%，具有價格優(yōu)勢。

目前光伏發(fā)電、風能發(fā)電電價約0.45元/kWh，整體加氫站設備折舊按0.5元/m3，按照4kWh電可生產(chǎn)1m3氫氣，11m3氫氣價格為41.8元/kg。1kg氫氣可以讓燃料電池汽車行駛100km，每公里費用為0.418元。

4.4 可復制性

采用新能源與可再生能源制氫，可以不再依靠化石能源，就地取材、就地生產(chǎn)、就地銷售。在世界各地均可安裝、生產(chǎn)與銷售氫氣能源和代理銷售燃料電池汽車，并建立“互聯(lián)網(wǎng)+加氫站”平臺，在互聯(lián)網(wǎng)上預約銷售燃料電池汽車產(chǎn)品。如同當今的石油能源加油站終端一樣，石油公司目前的盈利模式也是加氫站的運營模式。

5 結(jié)束語

“多氣瓶交替循環(huán)”加氫站技術與氫燃料電池汽車一起構成氫能產(chǎn)業(yè)鏈，從能源與汽車的結(jié)合點中找到了替代加油站的關鍵點。并新能源與再生能源相結(jié)合，整合制氫、輸送電網(wǎng)、電解水制氫機、壓縮機、燃料電池汽車等相關產(chǎn)品，具有節(jié)能、環(huán)保和低價等優(yōu)勢，可逐步替代石油等傳統(tǒng)能源，并具有很良好的市場前景。