王煥霞

〔中國石化銷售股份有限公司 北京 100728〕

1 國內(nèi)能源形勢亟需發(fā)展氫能

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，能源需求急劇增長，自1993年我國成為石油凈進口國以來，對進口石油的依賴程度越來越高。與此同時，影響國際油價和資源供給的因素日趨復(fù)雜，國際石油市場的不穩(wěn)定以及油價波動等隨時影響著我國的石油供給，不僅可能對經(jīng)濟運行造成沖擊，甚至對我國能源以及經(jīng)濟安全都帶來嚴峻挑戰(zhàn)。因此，實行多元化的能源戰(zhàn)略，不斷探索開發(fā)新能源，并使之成為真正安全環(huán)保且具長遠實用性和商業(yè)推廣價值的新型能源，對我們這樣一個能源需求大國至關(guān)重要。

近些年來，我國曾先后出臺政策，并輔以財政補貼等手段，引導(dǎo)支持天然氣、乙醇、甲醇、風(fēng)能、光伏發(fā)電等新能源的發(fā)展。與石油相比較，這些新能源在存儲、環(huán)保性、成本等方面均存在不同程度的不足，尚遠不足以替代石油成為能源支柱。目前世界能源格局正在深刻調(diào)整，新一輪能源革命已經(jīng)開始，無碳和可再生日益成為兩個主要著眼點，而縱觀世界范圍內(nèi)對新能源的探索研發(fā)，目前基本形成了一個共識：氫能是解決能源危機和環(huán)境危機的重要發(fā)展方向。

2 氫能的特點及發(fā)展現(xiàn)狀

在整個能源架構(gòu)里，氫能越來越體現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性，它可存儲、運輸和再生，來源多元，且完全環(huán)保。具體來說，氫能具有以下優(yōu)點：

(1)安全環(huán)保。氫氣分子量為2, 僅為空氣的1/14, 因此，氫氣一旦泄漏于空氣中會迅速升入高空，不會在地面聚集。而其他燃油、燃氣均會聚集于地面而構(gòu)成易燃易爆危險。氫氣完全無味無毒，不會對人體構(gòu)成危害，燃燒產(chǎn)物僅為水，不污染環(huán)境。

(2)高能高溫。1kg氫氣熱值為34 000kcal, 是汽油的三倍。氫氧焰溫度達2 800℃，高于常規(guī)液氣。

(3)熱能集中，利用效率高。氫氧焰火焰挺直，熱損失非常小。

(4)原料廣布、自然再生且容易取得。氫能來源于水，燃燒后又還原成水，且氫氣可由水電解制取，水資源取之不盡，每kg水可制備1 860L氫氧燃氣。

(5)即產(chǎn)即用。利用先進的自動控制技術(shù)，氫氣適合于一切需要燃氣的地方。

但在當(dāng)前，氫能仍存在制取成本高、生產(chǎn)存儲難。隨著科技的不斷進步，這兩大技術(shù)難題終將被突破。

全球管理咨詢公司麥肯錫曾發(fā)布報告稱，“到2050年，全球10%的終端能源將是氫能，屆時，氫能在電力、交通、建筑等領(lǐng)域都將是主要能源之一”。2018年至今，已有包括日本、韓國、澳大利亞、英國、法國在內(nèi)的諸多國家發(fā)布了氫能領(lǐng)域的最新規(guī)劃，尤其在《巴黎協(xié)定》簽署之后，世界各國都面臨節(jié)能減排的巨大壓力，而氫氣作為一種低碳高效的能源，完全契合了節(jié)能減排的要求，因此已經(jīng)被日本、美國、歐盟國家等眾多國家作為未來的主要能源來推動和研發(fā)，積極支持氫能發(fā)展。2017年，日本正式把國家將來的第一能源定位為氫能，取代化石能源。截止目前，日本成為世界上氫能應(yīng)用最成熟的國家，正在打造以“氫車”“氫家”和“氫電”為基礎(chǔ)的三大支柱，著力發(fā)展“氫能社會”。

在國內(nèi)，目前已有23個省市相繼發(fā)布了與氫能和燃料電池汽車相關(guān)的發(fā)展計劃，并付諸實施。另一方面，我國擁有世界上最大的制氫能力。據(jù)了解， 2012年我國的氫產(chǎn)量是1 600萬t左右，2018年增長到2 000～2 200萬t，僅中石化每年氫產(chǎn)量就多達300萬t，具備良好的生產(chǎn)基礎(chǔ)，能夠滿足未來氫經(jīng)濟的潛在需求，也就是所謂的“氫能源產(chǎn)業(yè)”。在上海、廣東、江蘇、北京等地，眾多企業(yè)和科研機構(gòu)已先期開始了氫能領(lǐng)域的研發(fā)和試點工作。而國內(nèi)石油石化行業(yè)的龍頭企業(yè)——中石化在戰(zhàn)略參股國內(nèi)氫能龍頭企業(yè)上海重塑之后，于11月6日，在國家主席習(xí)近平和法國總統(tǒng)馬克龍見證下，與法國液化空氣集團公司簽署了合作備忘錄，謀求加強氫能領(lǐng)域的合資合作，加大氫能技術(shù)研發(fā)力度和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐，共同打造氫能產(chǎn)業(yè)鏈和氫能經(jīng)濟生態(tài)圈，共同推動氫能和燃料電池汽車解決方案在我國的推廣和應(yīng)用。法國液化空氣集團公司是世界領(lǐng)先的工業(yè)氣體生產(chǎn)和服務(wù)公司，在氫氣(液氫)生產(chǎn)、加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運營方面擁有豐富的技術(shù)和經(jīng)驗，已在全球建設(shè)了近120座加氫站，直接擁有并運營加氫站近60座，是國際氫能理事會的創(chuàng)始企業(yè)和輪值主席。此次合作將發(fā)揮法國液化空氣集團公司在氫氣制、儲、運、加全產(chǎn)業(yè)鏈的專業(yè)經(jīng)驗，為我國發(fā)展氫能和燃料電池提供有競爭力的氫氣供應(yīng)方案。

總體來看，雖然從政府到企業(yè)，大家對氫能發(fā)展熱情不斷高漲，但氫能發(fā)展之路仍將任重而道遠。首先在關(guān)鍵技術(shù)上，無論是氫氣的加工成本氫能汽車相關(guān)技術(shù)等都存在很大瓶頸，尚需突破；其次，我國新能源的發(fā)展路徑尚需進一步明晰；三是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策尚待完善。

3 加氫站建設(shè)的現(xiàn)狀及相關(guān)知識

加氫站作為氫能發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈的一部分，在世界范圍內(nèi)，已經(jīng)有一些國家率先建成，開始向氫燃料汽車提供動力。日本建成了100多座加氫站，全球數(shù)量最多。德國已經(jīng)建成了70多座加氫站，并且以每兩周一座新的加氫站投入運營的速度快速發(fā)展，預(yù)計到2019年底將有100座加氫站可供汽車使用。2018年以來，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展再次升溫，氫能聯(lián)盟于2018年6月發(fā)布《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》，預(yù)計到2050年，我國將建成加氫站1萬座以上。中石油、中石化等能源企業(yè)和汽車生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開始進行相關(guān)研究，并嘗試建站實操。2019年6月5日，國內(nèi)首座、全球最大的燃料電池車全場景應(yīng)用加氫站——上海化工區(qū)加氫站也正式落成。7月1日，國內(nèi)首座油氫合建站——中石化佛山樟坑油氫合建站正式建成，這是全國首座集油、氫、電能源供給及連鎖便利服務(wù)于一體的新型網(wǎng)點，日供氫能力為500 kg。

3.1 加氫站的分類

加氫站可以根據(jù)不同的標準對其進行細分：

(1)按建設(shè)形式不同，加氫站可分為固定式、撬裝式和移動式三種。固定式加氫站占地面積可為2 000～4 000m2，在當(dāng)下城市建設(shè)用地緊張、價格不斷攀升以及加氫站未來發(fā)展不確定性的情況下，尋找用于建設(shè)加氫站的獨立用地不僅存在一定困難，且有可能影響用地的開發(fā)價值，造成不經(jīng)濟。而撬裝式和移動式加氫站則將壓縮機、儲氫裝置、加氫機等設(shè)備進行集成化、模塊化設(shè)置，占地面積很小，甚至可小于600m2，一般不需要通過城市規(guī)劃中單獨控制用地，較為適合與加氣、加油站、環(huán)衛(wèi)廠區(qū)、物流園區(qū)等合建。

(2)按建設(shè)內(nèi)容不同，加氫站可分為單純加氫站、加油加氫合建站、加氣加氫合建站、加油加氫加電合建站等。

(3)按氫氣來源不同，加氫站可分為外供氫加氫站和內(nèi)制氫加氫站。外供氫加氫站內(nèi)無制氫裝置，而是通過長管拖車、液氫槽車或者氫氣管道由制氫廠運輸至加氫站，由壓縮機壓縮并輸入高壓儲氫瓶內(nèi)存儲，最終通過氫氣加氣機加注到燃料電池汽車中使用。內(nèi)制氫加氫站內(nèi)需建制氫系統(tǒng)，站內(nèi)制備的氫氣一般需經(jīng)純化、干燥后再進行壓縮、存儲，然后按需加注。目前制氫技術(shù)主要包括電解水制氫、天然氣重整制氫、可再生能源制氫等，其中，電解水制氫和天然氣重整制氫技術(shù)由于設(shè)備便于安裝、自動化程度較高，且天然氣重整技術(shù)可依托天然氣基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展，因而在站內(nèi)制氫的加氫站中應(yīng)用最多。

(4)根據(jù)氫氣存儲方式的不同，加氫站可分為高壓氣氫站和液氫站，全球約30%的加氫站為液氫儲運加氫站，主要分布在美國和日本，我國現(xiàn)階段全部為高壓氣氫站。相比氣氫儲運，液氫儲運加氫站占地面積更小，存儲量更大，但建設(shè)難度也相對更大，適合加氫需求量大的區(qū)域。

3.2 加氫站的建設(shè)等級

目前，加氫站建設(shè)所依據(jù)的標準主要是國家標準《加氫站技術(shù)規(guī)范》(GB 50516)、《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》(GB50156)、《加氫站安全技術(shù)規(guī)范》(GB/T 34584)和相關(guān)行業(yè)標準等。結(jié)合國內(nèi)外加氫站建設(shè)情況，對國家標準《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》的修訂工作已經(jīng)啟動，屆時將把加氫站內(nèi)容納入其中，有的企業(yè)已經(jīng)開始研究制定油氫混合站建設(shè)的企業(yè)標準。根據(jù)國家標準《加氫站技術(shù)規(guī)范》(GB—50516)，加氫站根據(jù)其儲氫罐總?cè)萘亢蛦喂奕萘?，將單純加氫站分為三級，具體見表1：

表1 加氫站的等級劃分

加油加氫站則根據(jù)其油罐總?cè)莘e與儲氫罐總?cè)萘?，將加油加氫站分為二級，并對站?nèi)單罐的油、氫容量進行了明確規(guī)定，油氫合建站的等級劃分見表2。

表2 油氫合建站的等級劃分

注:①V為油罐總?cè)莘e(m3)。
②柴油罐容積可折半計入油罐總?cè)莘e。
③當(dāng)油罐總?cè)莘e大于60m3時，油罐單罐容積不得大于50m3； 當(dāng)油罐總?cè)莘e小于或等于60m3時，油罐單罐容積不得大于30m3。
④當(dāng)儲氫罐總?cè)萘?4 000kg時，單罐容積量≯2 000kg；當(dāng)儲氫罐總?cè)萘?1 000kg時，單罐容量≯1 000kg。

3.3 加氫站供氫壓力

目前加氫站所采用的供氫壓力有35MPa和70MPa兩種。

國外大多采用70MPa，國內(nèi)加氫站受現(xiàn)有壓縮機和儲氫瓶技術(shù)發(fā)展的限制，大部分采用35MPa。用35MPa壓力供氫時，氫氣壓縮機的工作壓力為45MPa，高壓儲氫瓶工作壓力為45MPa；用70MPa壓力供氫時，氫氣壓縮機的工作壓力為98MPa，高壓儲氫瓶工作壓力為87.5MPa。

4 對加氫站建設(shè)的思考

20多年來，我國在車用能源方面，曾先后力推支持過天然氣、乙醇、甲醇、電動等新能源的應(yīng)用。

毫無疑問，雖然氫能本身具有其他新能源無法比擬的優(yōu)勢，但作為新能源，尚有諸多的技術(shù)難題需要突破，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚有很多的不確定性，雖然交通行業(yè)將是氫能使用的重要領(lǐng)域，但以氫能作為車用能源，使關(guān)鍵技術(shù)成熟、具有較高的商業(yè)價值、再到全面推廣還有很長的路要走。作為車用氫能產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)供銷鏈條一環(huán)的加氫站建設(shè)雖可大膽創(chuàng)新嘗試，但在建設(shè)的數(shù)量、建站的規(guī)模、技術(shù)路線的選擇等方面仍需持重穩(wěn)妥，唯以車輛氫能消費需求為主要投資決策依據(jù)，可適度超前布局建設(shè)加氫站，避免再度造成投資浪費。

以下推進加氫站建設(shè)的四點原則，可為相關(guān)單位建設(shè)加氫站提供參考：

(1)在選點布局上，緊緊圍繞消費市場，主要考慮在氫能汽車市場發(fā)展前景較好的區(qū)域布點建設(shè)。

(2)在加氫站建設(shè)類型上，應(yīng)優(yōu)先考慮油氫合建站。因為土地成本是加氫站建設(shè)投資的主要部分，在加氫業(yè)務(wù)盈利模式尚不明朗、加氫規(guī)模尚不能實現(xiàn)真正盈利之前，油氫合建站能夠提高建設(shè)用地的使用效能，并大大提高投資回報。

(3)在建設(shè)主體上，提倡由氫能汽車企業(yè)、大型油企和主要氫能消費企業(yè)合資合作，共同投資建設(shè)，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。

(4)在建設(shè)等級選擇上，盡量選擇低等級。因為氫能技術(shù)尚在探索階段，在技術(shù)尚不完全成熟、安全風(fēng)險尚未完全識別情況下，低等級的站點危險性相對可控。

5 結(jié)語

總之，綜合考慮國內(nèi)外氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)政策和氫能市場發(fā)展情況等多種因素，在一段時期內(nèi)，加氫站建設(shè)應(yīng)立足于氫能汽車研發(fā)情況和市場成熟度，恰當(dāng)把握建設(shè)節(jié)奏，理性發(fā)展建設(shè)加氫站。