在1月12日舉行的百人會(huì)論壇上，北京低碳清潔能源研究所新能源中心助理主任何廣利基于對(duì)加氫站技術(shù)的深入分析，圍繞如何打造定量化、高質(zhì)量的加氫站及降低成本發(fā)表演講。
在何廣利看來，需要研究比各個(gè)因素之間的耦合關(guān)系和對(duì)最后結(jié)果的影響關(guān)系，這樣才能做到一個(gè)真正的定量化、高質(zhì)量的加氫站。而目前行業(yè)內(nèi)對(duì)加注量比較關(guān)注，對(duì)技術(shù)本身關(guān)注的偏少，需要加強(qiáng)對(duì)技術(shù)的研究。
車應(yīng)用及站加注能力不同，加氫站整體技術(shù)和設(shè)備要求不同
加氫站是一個(gè)比較“尷尬”的事情，它是一個(gè)被動(dòng)的技術(shù)，有兩個(gè)“邊界”：第一，氫氣以什么樣的形態(tài)來的;第二，氫氣以什么樣的形態(tài)加出去，這兩個(gè)邊界條件定好了之后，才好確定加氫站采用什么技術(shù)路線和設(shè)備。
比如需要車載液氫，需要車載低溫高壓氫，就需要加氫站采用完全不同的技術(shù)路線和設(shè)備。另外，從站外面來的氫氣如果是氣態(tài)，如果是液態(tài)，相應(yīng)的后端技術(shù)路線也有差別。
如果結(jié)合未來趨勢(shì)，加氫站可能的技術(shù)路線至少有這么幾條：第一，高壓來，加到車上是高壓;第二，液氫加到車上是高壓;第三，液氫來，加到車上是液氫;第四，液氫來加到車上是低溫高壓。這幾條技術(shù)路線不同，決定了里面很多設(shè)備都有不同。
國外加氫站比較多了，國內(nèi)2019年報(bào)出來的數(shù)字說有50多座，發(fā)展相對(duì)來說也比較快，但相對(duì)國外的數(shù)字還偏少。有一點(diǎn)必須注意，國外加氫站更多的是針對(duì)乘用車的加氫站，它的加注規(guī)模在200公斤以內(nèi)。我國推動(dòng)的是商用車的應(yīng)用，需求量差別很大。我國現(xiàn)在基本建的站都在800公斤、1000公斤，未來也許會(huì)有更大加注規(guī)模的。從車的應(yīng)用區(qū)別，到站的加注能力的區(qū)別，相應(yīng)的，加氫站的整體技術(shù)和設(shè)備的要求也是有所不同的。
加氫站成本分析：全盤考慮，優(yōu)化策略，降低成本
現(xiàn)階段常說的一個(gè)問題，氫氣成本高，或者加注到車上的氫氣成本高，可能這里面幾個(gè)組成部分。氫氣按一定價(jià)格從外面買來以后到加氫站里面，最終攤到每公斤的氫氣里面，初期的投資成本、運(yùn)營成本，再除以氫氣的加注總量，決定了最后把氫氣買進(jìn)來加多少價(jià)賣出去。
初期的投資成本，不算土地的話，主要是設(shè)備成本。通常在講燃料電池或者燃料電池汽車的時(shí)候，會(huì)講規(guī)模化的效應(yīng)，比如現(xiàn)在年產(chǎn)五千輛，以后說年產(chǎn)50萬輛的時(shí)候，成本降到什么程度。對(duì)加氫站里的設(shè)備，肯定也是存在規(guī)模化的效應(yīng)。
另外，加氫站用的設(shè)備總量是很小的。比如壓縮機(jī)，現(xiàn)在國內(nèi)有50多個(gè)站，用五十臺(tái)或者七八十臺(tái)壓縮機(jī)，到2030年或者2035年，有兩千座加氫站，它的設(shè)備用量也只是幾千臺(tái)。從這個(gè)角度來說，如果加氫站的初期設(shè)備投入要靠規(guī)模化效應(yīng)來降低成本的話，是有很大限度的。而車動(dòng)不動(dòng)規(guī)模化應(yīng)用就是幾十萬輛，這個(gè)數(shù)字和幾千個(gè)的規(guī)模化效應(yīng)的影響因素肯定是不一樣的。
根據(jù)現(xiàn)在加氫站的運(yùn)行情況，大致分析了影響的顯著性，設(shè)備成本、運(yùn)營成本、加注能力，都對(duì)站里面的氫氣整個(gè)加注的成本有影響。比如壓縮機(jī)的成本降低50%，和加注能力提高15%，會(huì)發(fā)現(xiàn)影響是不一樣的。對(duì)單個(gè)設(shè)備來講，本身的價(jià)格雖然降低了很多，這個(gè)數(shù)字很重要，但是攤到每公斤氫氣上，它并不是顯著的。
設(shè)備成本初期投入時(shí)最關(guān)鍵的是什么呢?是運(yùn)營的成本。第一是維護(hù)成本，設(shè)備用的好與不好，決定了運(yùn)營成本的高低。加氫站是一個(gè)系統(tǒng)工程，這就跟做燃料電池一樣。有好的催化劑，不代表能作出一個(gè)好的電堆;有一個(gè)好的電堆，不代表有一個(gè)好的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)加氫站也是一樣的，設(shè)備買過來之后一定要把它用好，對(duì)整體才有一個(gè)好的貢獻(xiàn)。在加氫站設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要優(yōu)化它里面的一些策略。
加氫站是被動(dòng)的技術(shù)，被動(dòng)體現(xiàn)在車什么時(shí)候來，需要給它加。這種情況和車行駛的工況很類似的，車行駛的時(shí)候，燃料電池整體的功率輸出很難預(yù)測(cè)的。也許前方來個(gè)車，就要踩剎車，或者想踩油門加速，這都是隨機(jī)的，加氫站里面也有一些類似。
什么時(shí)候來車，需要啟動(dòng)給它加氫，這時(shí)候就造成傳統(tǒng)化工上很多用的閥門，在設(shè)定壓力下工作，但是在加氫站里面一直處于一個(gè)壓力循環(huán)和溫度循環(huán)，現(xiàn)在尤其是國外對(duì)乘用車的加注，是要遇冷的。隔一段時(shí)間不加注，它的溫度到環(huán)境溫度了，遇冷到零下四十度，里面關(guān)鍵的閥門部件都是有影響的。只有把這些東西考慮的非常好了之后，成本才會(huì)降下去。
能耗方面，第一壓縮機(jī)本身產(chǎn)的熱，要把熱散出去。目前國內(nèi)用的是活塞式、泵式的，這兩種產(chǎn)熱也不一樣，對(duì)冷卻能耗的要求也不一樣。國際上在壓縮方面做的一些比較前沿的方向，比如美國支持的電化學(xué)壓縮，或者是熱壓縮，就是提高它的能效。另外一部分，能耗就是氫氣的遇冷，要針對(duì)70兆帕，遇冷到零下40度，最高冷卻到零下20度，零下20度以上，按照國際上的要求是沒法加注的。
車輛加注完之后最終需要達(dá)到的狀態(tài)，要求對(duì)加氫站很多設(shè)備的運(yùn)行模式和運(yùn)行的啟動(dòng)狀態(tài)也是不一樣的。比如拿Ⅲ型瓶和IV型瓶來說，Ⅲ型瓶的好處是傳熱好，安全性、滲透性比較好，雖然它的疲勞次數(shù)比較低，但它的疲勞壽命不依賴于壓力的上下限。IV型瓶的儲(chǔ)氫密度高，雖然它的疲勞次數(shù)疲勞壽命高于Ⅲ型瓶，但與壓力上下限是密切相關(guān)的。
從傳熱角度來看，做IV型瓶目的是提高車載時(shí)的儲(chǔ)氫密度，同時(shí)降低成本。但從加氫站的角度來看，因?yàn)棰笮推亢虸V型瓶的傳熱特性不一樣，如果用IV型瓶，遇冷用的多，能耗就提高了。這與用BEV、電動(dòng)汽車道理一樣，初期購車成本高，用時(shí)充電成本比加油的成本要低，算綜合的。Ⅲ型瓶和IV型瓶是一樣的道理，需要?dú)錃庥隼涠嗉恿祟~外的成本，在加氫的時(shí)候，也要多攤一些氫氣的成本。
降低成本還有一個(gè)很關(guān)鍵的因素是氫氣加注量，氫氣加注量與壓縮機(jī)與儲(chǔ)氫策略都是密切相關(guān)的。就拿儲(chǔ)氫來說，正常的商業(yè)化運(yùn)作，加氫站肯定是有峰有谷，尤其應(yīng)對(duì)高峰的時(shí)候，一定是要有儲(chǔ)氫的。國內(nèi)有儲(chǔ)氫的加氫站不是特別多，因?yàn)檫@里面涉及到很多審批各種方面的原因。但整體來言，上了儲(chǔ)氫，可能帶來審批的問題，同時(shí)初期投入提高，但如果把加注能力提高了，不一定比沒有儲(chǔ)氫的時(shí)候高。
加氫站工藝方面，通常對(duì)于一個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的工廠也好，或者一個(gè)站也好，設(shè)計(jì)時(shí)考慮的原則比較簡單：一個(gè)物質(zhì)守恒，一個(gè)能量守恒。對(duì)于加氫站而言，沒有穩(wěn)態(tài)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的操作，只能假想這些車怎么來，負(fù)荷曲線是什么樣，針對(duì)這些負(fù)荷曲線，比如儲(chǔ)氫的壓力分級(jí)，比如壓縮機(jī)的策略，來做相應(yīng)的優(yōu)化。
整體而言，加氫站是一個(gè)系統(tǒng)的工程。加注能力與能耗之間是矛盾的。為了多加注氫氣出去，為了加注速度快，可能需要額外的加遇冷，額外加了遇冷，能耗成本又增加了。所以需要研究比各個(gè)因素之間的耦合關(guān)系和對(duì)最后結(jié)果的影響關(guān)系，這樣才能做到一個(gè)真正的定量化、高質(zhì)量的加氫站。目前行業(yè)內(nèi)對(duì)加注量比較關(guān)注，對(duì)技術(shù)本身關(guān)注的偏少。
