| 导读： 随着各地氢能产业培育规划出台，氢能产业园在政策东风下纷纷落地，加氢站建设步伐加快。加氢站作为氢能产业中连接上游制、储、运环节与下游应用市场的枢纽，是氢能产业园中着重布局的业态，是园区保障氢能应用的关键。本文介绍全球氢能产业发展过程中衍生出的多种加氢站布局方式，以及氢能产业园前沿建设方向。 氢能产业园与加氢站发展现状 (一)发展背景 联合国可持续发展目标提出“确保人人获得负担得起的、可靠和可持续的现代能源”，发展经济适用的清洁能源，并大幅增加可再生能源在全球能源结构中的比例，清洁低碳发展成为全球能源格局大势。其中，氢能源凭借燃料电池广阔的应用前景，有望成为我国优化能源结构的重要抓手。 近年来，氢能源的发展政策趋势明显。2016年，《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》将氢能发展列为重点，提出系统推进燃料电池汽车研发和产业化，推进加氢站建设，以实现规模化示范应用。2019年，工信部就《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿)公开征求意见，支持开展燃料电池汽车商业化示范，推进加氢基础设施建设。 以氢能源为主导产业的园区乘着政策东风纷纷落地。截至2019年，全国一共有超过22个氢能产业园成立(含氢能小镇、氢能产业园、氢谷、氢能示范城市等)，在氢能源和燃料电池的技术攻关、产业化与示范应用领域扮演者引领者的角色。 (二)分布现状 纵观在建、建成的氢能产业园，其定位主要有两大方向：(1)汇聚氢产业链各环节的相关企业，打造氢能产业集聚;(2)推广氢能源示范应用。为了实现两大定位，“加氢站”这一业态不可或缺。一方面，加氢站是产业链枢纽，连接上游的氢能制备、储运与装备制造环节，以及下游的氢燃料电池汽车终端市场;另一方面，加氢站也是介于氢能源储运与终端应用之间的集成式示范地。 截至2019年底，我国已建成加氢站60余座，规划和在建的加氢站有80余座。从全国加氢站分布来看，加氢站设立地点与氢能产业园高度重合，例如江苏如皋、广东云浮等，呈现出初步的产业集聚效应。 纵观全球加氢站建设步伐，加氢站的布局方式可分为两种：外供氢加氢站(off-site)和站内制氢加氢站(on-site)。目前，中国加氢站几乎都采用外供氢模式，而美国、日本等氢能源产业先进国家在探索站内制氢模式方面具有成熟经验。 外供氢加氢站 该模式下，加氢站内没有制氢装置，所用的氢气由站外的集中式制氢基地制备，而后再通过长管拖车、液氢槽车或者氢气管道由制氢基地运输至加氢站，由氢气压缩机压缩并输送入高压储氢瓶内存储，最终通过氢气加气机加注到氢能源燃料电池汽车中使用。 氢的储运方式是影响加氢站业态设计的重点与技术难点。中国作为产氢大国，氢原料储备充足，但由于运输和储存条件苛刻，储运环节成为了氢产业链上的难关，也直接影响了加氢站的模式设计。根据氢气存储方式的不同，外供氢加氢站又可进一步分为高压气氢站和液氢站两大类。外供氢加氢站中的高压气氢站建设成本最低，是全球应用最广泛的加氢站模式，占比近70%，目前中国的加氢站均为高压气氢站。液氢储运加氢站主要分布在美国和日本，在中国也得到了初步探索，由中科富海和美国空气产品公司(Air Products)合作的首座液氢储运加氢站正在建设中。 站内制氢加氢站 该模式下，加氢站内建有制氢系统，属于分布式制氢。制氢技术包括天然气重整制氢、电解水制氢、可再生能源制氢等。其中，天然气重整制氢法由于设备便于安装、自动化程度较高，且能够依托现有油气基础设施建设发展，因而在站内制氢加氢站中应用最多，因此在欧洲、美国，站内制氢加氢站主要采用这种制氢方式。另一种相对成熟、应用广泛的制氢方式是电解水制氢。 (一)天然气重整制氢(分布式)在加氢站中的实践 1. 技术路线 天然气重整制氢法中的甲烷水蒸气重整是工业上成熟的制氢技术。在美国，约95%的氢气通过这种方式制备。在站内制氢加氢模式中应用天然气重整法的主要工艺流程为：脱硫后的天然气和水蒸在高温、催化剂条件下重整装置中反应生成氢气及其他气体。随后通过变压吸附装置将氢气分离出来。纯化后的氢气通过缓冲罐进入压缩机内被压缩，并先后输送至高、中、低压储氢罐中分级储存。需要对汽车进行加注服务时，加氢机可以先后从低压储氢罐、中压储氢罐、高压储氢罐中按顺序取气进行加注。 2. 应用案例 北京永丰加氢站是国内第一座高压加氢站，于2006年建成运行，起初只有外供氢模式，二期改造后加入了天然气重整站内制氢装置。目前，北京永丰加氢站包括三种制氢方式：外供氢气、天然气重整制氢、电解水制氢。 天然气重整制氢装置生产氢气之后，氢气由一台产品氢气压缩机增压，进入长管拖车储存，使用时加注压缩机对长管拖车中的氢气进行再次增压，进入高压储氢瓶组，加注时由高压储氢瓶组的氢气经加注机进入燃料电池车辆。北京加氢站可利用天然气重整装置每天生产高品质氢气1200Nm3，利用站外供氢每天提供高品质氢气2000Nm3，能够满足20辆燃料电池小轿车和3辆燃料电池大客车每天运行所需的氢气要求，根据氢气的消耗量，天然气重整制氯装置的生产能力可以在40%到100%之间调节，结合外供氢气的合理调度，能够满足不同氢气用量的要求。 (二)电解水制氢(分布式)在加氢站中的实践 1. 技术路线 电解水制氢适用于小规模制氢，并能在站内实现零排放。工艺流程主要是：水在电解装置的阴阳两极分布产生氢气和氧气，氢气进入气水分离器进行干燥，干燥后在氢气纯化器中进行纯化，达到燃料电池对氢气的纯度要求。纯化后的氢气通过缓冲罐进入压缩机内被压缩，并先后输送至高、中、低压储氢罐中分级储存。需要对汽车进行加注服务时，加氢机可以先后从低压储氢罐、中压储氢罐、高压储氢罐中按顺序取气进行加注。目前的发展痛点包括制氢成本、制氢效率以及系统集成等。 2. 应用案例 由美国加州HyGen Industries推行的HyGen加氢站采用站内电解水制氢模式，该加氢站日供氢能力为130kg，具备35MPa和70MPa两种加氢压力。由于站内具备制装置，站内电解水制氢加氢站与外供氢加氢站相比，省去了将氢气由制氢厂运至加氢站的运输费用。受益于模块化的设计，电解水制氢系统包含的所有设备都可以放置于20-40英尺的国际标准集装箱中。此外，英国ITM Power、加拿大Hydrogen Technology and Energy等清洁燃料公司都提供这种集装箱式电解水制氢系统。 氢能产业园未来建设方向展望 (一)油氢混合站有望成为未来加氢站的建设运营方向 目前，国内绝大多数加氢站属于单站建设，需要单独选址，投入成本高。其中部分老旧加氢站建设的缘由是承办奥运会、冬奥会、大运会等国际赛事的配套设施，其余为近年来与氢能产业园配套落地的新型加氢站。对氢能产业园而言，短期内的氢能源市场需求仍处于低位，单站建设的加氢站运营经济效益有限。 综合性的油氢混合站是未来加氢站发展的方向之一。以佛山为例，《佛山市氢能源产业发展规划(2018—2030年)》中明确了“鼓励加氢站与加油站、加气站或充电桩合并设置”的原则。2019年7月1日，国内首座油氢合建站——中国石化佛山樟坑油氢合建站正式建成，日供氢能力为500kg。该油氢合建站采取加油、加氢、充电分区管理方式，是全国首座集油、氢、电能源供给及现代化综合服务于一体的新型网点。对氢能产业而言，油氢合建站有望成为现阶段最具有经济性的氢能商业模式。 (二)氢能产业链不断延伸，氢能社区应用示范有望落地 站内制氢加氢站使用是分布式制氢模式的代表性业态，使氢能产业链延长至更广阔的能源应用领域，氢能使用场景进一步丰富。分布式制氢具有利用技术种类多、规模可大可小、设备容易安装及灵活性强等优点，还可为园区工业、商业和住宅的能源问题提供解决方案。这一模式未来有望在中国落地。 参考日本经验，以燃料电池热电联供系统为代表的分布式制氢已得到商业化。日本的家用燃料电池热电联供系统(Ene-Farm)使用燃料电池进行分布式发电，制得的电力用于满足日常生活的用电需要，反应过程中收集的热量被用于厨房与浴室的供热。到2018年，东京燃气累计出售超过11万套Ene-Farm。随着分布式天然气重整制氢技术成熟，Ene-Farm成本逐年下降，商业化速度进一步提升。 对中国氢能产业园而言，分布式制氢也得到了政策支持。国家能源局于2014年下发豁免部分发电项目电力业务许可证的通知，为包括分布式发电等在内的分布式能源、清洁能源发展创造了相对宽松的环境。2018年，《能源工作指导意见》再次提出利用可再生能源进行分布式发电，着力推动国内燃料电池分布式发电发展，从而进一步推广氢能社区应用示范。园区建筑、配套小区可以绿色节能的未来社区建设为契机，布局氢燃料电池热电联供装置系统。远期可进一步拓展至学校、商场、医院、办公楼等公共建筑，构建绿色低碳、循环利用的氢经济系统。（来源：前瞻研究院） |
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