中原地区的加氢站设施及规划调研分析

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　　摘  要：该文是关于在中原地区建立汽车加氢站的可行性研究报告。该文对氢燃料电池汽车和全球加氢站的发展以及我国加氢站的现状和需求进行了调查分析。调查了我国目前建设加氢站的具体情况、主要分布地区、国家有关政策及各地区政府的相关政策。通过汽车发展量、分析氢燃料电池的发展状况、在此基础上，还讨论了为中部地区加氢站提供氢源的可行性。
　　关键词：加氢站;分布;新能源汽车;燃料电池;中原
　　中图分类号：U473.4    文献标志码：A
　　0 前言
　　随着我国汽车拥有量爆发式的增长，汽车对能源的需求量也越来越大。但同时也随着燃油汽车排放对气候影响更大。由于采用氢燃料汽车非常环保，排放污染为零。世界各国为了本国经济可持续发展，节约能源和保护环境，都纷纷建设和布局加氢站以便为氢燃料汽车提供续航能源。
　　1 氢燃料电池的优势
　　从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。燃料电池可以使用多种燃料，包括氢气、一氧化碳以及比较轻的碳氢化合物，氧化剂通常使用纯氧或者空气，现在运用最广的燃料电池是氢-氧型燃料电池，简称氢燃料电池。
　　氢燃料电池优势：能量转换效率高。因这种装置的基本原理是原电池反应而不涉及燃烧，因此其能量转换效率不受“卡诺循环”的限制，理论效率可高达50%～60%，实际使用效率是普通内燃机效率的2～3倍。氢能的能量密度大。氢的发热值为142 351 kJ/kg，除了核燃料，氢是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中热值最高的，约是焦炭的4.5倍、酒精的3.9倍、汽油发热值的3倍。燃料资源丰富。氢燃料电池以氢气和氧气作为原料，氢是自然界中存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75%，它主要以化合物的形态储存于水中，而水是地球上最广泛的物质。可以说氢资源是取之不竭的。汽车补充氢能快速。每台氢燃料电池汽车根据其充气量的多少可以在10 min内甚至3 min～5 min完成补充能源（氢气）。氢燃料电池反应过程环保清洁，生成物是水，使用过程几乎是零排放。且氢燃料电池从生产到报废都很少产生有害物。同时氢燃料电池没有机械传动部件，因此没有噪声污染，排放出的有害气体极少。
　　2 加氢站分布状况
　　2.1 全球加氢站分布状况
　　截至2017年底，世界投入使用加氢站最多的国家是日本，公共加氢站数量为94座。其次的是德国和美国，德国建45座。目前德国氢气价格大约是9.5欧元/kg，按照通常每kg氢跑百公里计，约花0.72元人民币/km，这个成本与传统车已经差别不大了。美国加氢站的数量为40座。随着加氢站的发展普及，成本将越来越低。我国加氢站数量排第四，占全球运营数量的2.2%。
　　2.2 我国加氢站分布状况
　　我国近两年加氢站建设加快了速度，2006年-2016年11年共建有9座加氢站（上海世博会加氢站、广州亚运会加氢站、深圳大运会加氢站已拆除）;2017年新建成6座加氢站，2018年新建成10座加氢站，其中6座在广东（位于中山的沙朗加氢站;云浮的国鸿加氢站、新兴加油加氢站;位于佛山的南海瑞晖加氢站、佛罗路加氢站、国联氢能加氢站），3座在江苏、上海（常熟的丰田加氢站、神华如皋加氢站、上海江桥加氢站），2座在辽宁（同新加氢站、抚顺的新宾沐与康加氢站），2座在湖北（东风十堰加氢站、武汉中极加氢站），四川河北山东各1座（邯郸区加氢站、张家港临时加氢站、聊城中通加氢站）。总体南方以广东深圳长三角区域为首在竞先加速建设加氢站。
　　3 全球及我国政府对建设加氢站的态度
　　由于氢燃料电池运行必须配用加氢站，世界发达国家和我国均在攻关氢燃料电池核心工艺的同时，加快规划建设配套的加氢站。德国已融资3.93亿欧元支持氢能及燃料电池技术发展;其中55%的资金用于氢生产和运输的基础设施建设，计划于2023年建立覆盖全德的氢能汽车网络，包括400座加氢站。日本计划2021年3月之前建设160座加氢站、普及4万辆FCEV。
　　我国在《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》里明确提出：推动车载储氢系统以及氢制备、储运和加注技术发展，推进加氢站建设。2018年12月15日人民日报第六版在以“促进新能源汽车产业健康发展”为主题的文章中指出：“应及时把产业化重点向燃料电池汽车拓展。”
　　但相比之下我國因氢燃料汽车在很多城市尚未商业化使用，加氢站建设较慢。加氢站少使氢燃料汽车运营成本提高，反过来又限制了氢燃料汽车的发展。国家由对建加氢站补贴改为对氢燃料汽车的车补，每车补贴高达50万元。
　　4 各地区发展状况
　　一些地方政府主要是南方地区加强了对加氢站建设的补贴。2018年4月广东出台《佛山市南海区促进加氢站建设运营及氢能源车辆运行扶持办法》（暂行），根据加氢站的类型以及建成时间，进行梯段式补贴。即按日加氢能力固定式加氢站350 kg～500 kg、500 kg以上，撬装式加氢站350 kg及以上，建成年限2018年底前建成、2019年内建成、2020年-2022年内建成等依梯度分别给予150万元～800万元补贴。其中，日加氢能力500 kg以上，2018年12月31日前建成的新建固定式加氢站的按800万元/个的标准进行补贴。广东南海还对加氢站的运营进行扶持补贴，享受补贴的加氢站需按规定的加氢销售价格标准给予符合补贴条件的氢能源车辆优惠。2018年-2019年，对加氢站销售价格为40元及以下的氢气给予20元/kg的补贴;2020年-2021年，对销售价格为35元及以下的氢气给予14元/kg的补贴;2022年度对销售价格为30元及以下的氢气给予9元/kg的补贴。
　　在此政策推动下，广东加氢站建设发展迅猛，截止2018年底已有7座加氢站建成使用，在2019年还将在佛山、云浮新建成14座加氢站（包括加油加氢站）;张家口计划2019年建成5座加氢站，至2020年建成21座加氢站。 　　反观中原地区，加氢站的建设一开始是走在前列的。郑州宇通加氢站早在2015年就通过验收并试运行。郑州宇通加氢站2018年进行了扩建，加氢能力由200 kg/d提升至1 200 kg/d，以保证郑州氢燃料公交车的使用。据悉郑州市计划近两年逐步把市内公交、出租车、物流车更换为包括氢燃料汽车在内的电动汽车，再开建2～4座加氢站，以满足郑州市氢燃料汽车的需求。但目前为止河南省仍是仅郑州有一座加氢站，严重制约了氢燃料电池汽车在中原地区的推广使用。
　　5 中原氢能资源分析
　　5.1 制备氢气的途径
　　目前制备氢气的主要方式包括氯碱工业副产氢、电解水制氢、化工原料制氢（甲醇、乙醇、液氨裂解等）、石化资源制氢（石油裂解、水煤气法等）和新型制氢方法（生物质、光化学等）。
　　如果使氢燃料电池车具有较强的竞争力（百公里耗氢成本较百公里耗油成本低20%以上），则氢气成本需控制在1.3元/Nm3～1.5元/Nm3，且环保性能较好，生产的氢气纯度高，目前而言适用于大规模制取燃料电池所使用的氢气原料，也是可实现度最高的氢气来源。甲醇裂解和液氨裂解成本较氯碱制氢高50%左右，较化石资源制氢技术前期投资低、能耗低，较水电解法制氢单位氢成本低。
　　单纯水电解法制氢成本最高，在2.5元/Nm3～3.5元/Nm3，但环保，且在应用水力、潮汐、风能的情况下能量转化率高达70%以上。在与可再生能源发电紧密结合的条件下，水电解法制氢成本会不断降低，未来将发展成为氢气来源的主流路线。
　　通过比较分析以上制氢方式的成本、优劣势，我们认为：目前氢燃料汽车较少的情况下，选择成本低、氢气纯度较高的氯碱工业副产氢的途径，可以满足氢燃料汽车的需求，在未来利用可再生能源电解水制氢将成为终极能源解决方案。
　　5.2 中原地区氢能资源
　　在目前氢燃料汽车较少的情况下，选择成本低、氢气纯度较高的氯碱工业副产氢的途径，完全可以满足氢燃料汽车的需求。
　　河南的氯碱工业如神马氯碱化工股份有限公司、昊华宇航化工有限公司沁阳氯碱分公司、焦作市伟祺新洁能源有限公司、河南联创化工有限公司、河南省永银实业有限公司，主要分布在平顶山、焦作、济源、漯河、南阳等地。
　　6 中原地区建汽车加氢站的选址规划
　　总体来说，焦作的氯碱化工业发达，副产品氢源充足，纯度高，作为化工业发达城市，采用氢燃料物流车可以就地消化本地化工副产氢，进一步促进化工业的发展，改善空气质量，可以考虑建设加氢站。
　　在洛阳建加氢站，现阶段氢源可以从焦作外购。洛阳是中原副中心城市，氢燃料汽车的使用必将有效促进洛阳制冷行业、电解水制氢行业、汽车制造等行业的发展，打造成为全国重要的现代装备制造业基地和国际文化旅游名城，并推动豫西北各市的联动发展。现阶段最优的制氢和运氫方式搭配为氯碱工业副产氢+气氢拖车运输，其氢气成本范围在17.9元/kg～19.2元/kg。现阶段加氢站气氢运输距离以（<500 km，200 km）为宜。洛阳距离焦作约100 km，气氢运输距离适宜，因此在洛阳建加氢站是可行的。
　　未来在液化氢技术达到标准且氢气需求量规模上升（100 t/d）的情况下，可以采用站内电解水制氢或采用液氢运输的方式运送氢气，进一步降低氢的运输成本。
　　7 建站规划时间
　　燃料汽车从技术层面看走入实用也许是2-5年的时间，2020-2025年将是燃料电池快速发展期。建站耗费时间长，通常需要1-2年的时间。加氢站审批程序复杂，审批时间长，建设所需关键的零部件我国工艺尚达不到要求，需要从国外进口和预定，象压缩机泵头、加氢枪头等，加氢枪头更是还要提前半年向德国的weh公司预订才能拿到产品;建成后需要数月的试运行。
　　8 结论
　　鉴于以上分析，从氢燃料汽车的发展趋势及氢源制备等方面考虑，尽快着手在洛阳市及焦作市筹建汽车加氢站是合理可行的。如果洛阳、焦作均建立了加氢站，可有力促进氢燃料汽车向豫西北各市的辐射，有望将来与省会郑州共同打造一个中原氢三角，加速中原地区新能源汽车产业的发展。
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