中原地區(qū)的加氫站設(shè)施及規(guī)劃調(diào)研分析

高紅波

摘? 要：該文是關(guān)于在中原地區(qū)建立汽車加氫站的可行性研究報告。該文對氫燃料電池汽車和全球加氫站的發(fā)展以及我國加氫站的現(xiàn)狀和需求進(jìn)行了調(diào)查分析。調(diào)查了我國目前建設(shè)加氫站的具體情況、主要分布地區(qū)、國家有關(guān)政策及各地區(qū)政府的相關(guān)政策。通過汽車發(fā)展量、分析氫燃料電池的發(fā)展?fàn)顩r、在此基礎(chǔ)上，還討論了為中部地區(qū)加氫站提供氫源的可行性。

關(guān)鍵詞：加氫站;分布;新能源汽車;燃料電池;中原

中圖分類號：U473.4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著我國汽車擁有量爆發(fā)式的增長，汽車對能源的需求量也越來越大。但同時也隨著燃油汽車排放對氣候影響更大。由于采用氫燃料汽車非常環(huán)保，排放污染為零。世界各國為了本國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，都紛紛建設(shè)和布局加氫站以便為氫燃料汽車提供續(xù)航能源。

1 氫燃料電池的優(yōu)勢

從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度來看，燃料電池是最有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。燃料電池可以使用多種燃料，包括氫氣、一氧化碳以及比較輕的碳?xì)浠衔铮趸瘎┩ǔＪ褂眉冄趸蛘呖諝猓F(xiàn)在運(yùn)用最廣的燃料電池是氫-氧型燃料電池，簡稱氫燃料電池。

氫燃料電池優(yōu)勢：能量轉(zhuǎn)換效率高。因這種裝置的基本原理是原電池反應(yīng)而不涉及燃燒，因此其能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，理論效率可高達(dá)50%～60%，實(shí)際使用效率是普通內(nèi)燃機(jī)效率的2～3倍。氫能的能量密度大。氫的發(fā)熱值為142 351 kJ/kg，除了核燃料，氫是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中熱值最高的，約是焦炭的4.5倍、酒精的3.9倍、汽油發(fā)熱值的3倍。燃料資源豐富。氫燃料電池以氫氣和氧氣作為原料，氫是自然界中存在最普遍的元素，據(jù)估計它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%，它主要以化合物的形態(tài)儲存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。可以說氫資源是取之不竭的。汽車補(bǔ)充氫能快速。每臺氫燃料電池汽車根據(jù)其充氣量的多少可以在10 min內(nèi)甚至3 min～5 min完成補(bǔ)充能源（氫氣）。氫燃料電池反應(yīng)過程環(huán)保清潔，生成物是水，使用過程幾乎是零排放。且氫燃料電池從生產(chǎn)到報廢都很少產(chǎn)生有害物。同時氫燃料電池沒有機(jī)械傳動部件，因此沒有噪聲污染，排放出的有害氣體極少。

2 加氫站分布狀況

2.1 全球加氫站分布狀況

截至2017年底，世界投入使用加氫站最多的國家是日本，公共加氫站數(shù)量為94座。其次的是德國和美國，德國建45座。目前德國氫氣價格大約是9.5歐元/kg，按照通常每kg氫跑百公里計，約花0.72元人民幣/km，這個成本與傳統(tǒng)車已經(jīng)差別不大了。美國加氫站的數(shù)量為40座。隨著加氫站的發(fā)展普及，成本將越來越低。我國加氫站數(shù)量排第四，占全球運(yùn)營數(shù)量的2.2%。

2.2 我國加氫站分布狀況

我國近兩年加氫站建設(shè)加快了速度，2006年-2016年11年共建有9座加氫站（上海世博會加氫站、廣州亞運(yùn)會加氫站、深圳大運(yùn)會加氫站已拆除）;2017年新建成6座加氫站，2018年新建成10座加氫站，其中6座在廣東（位于中山的沙朗加氫站;云浮的國鴻加氫站、新興加油加氫站;位于佛山的南海瑞暉加氫站、佛羅路加氫站、國聯(lián)氫能加氫站），3座在江蘇、上海（常熟的豐田加氫站、神華如皋加氫站、上海江橋加氫站），2座在遼寧（同新加氫站、撫順的新賓沐與康加氫站），2座在湖北（東風(fēng)十堰加氫站、武漢中極加氫站），四川河北山東各1座（邯鄲區(qū)加氫站、張家港臨時加氫站、聊城中通加氫站）。總體南方以廣東深圳長三角區(qū)域?yàn)槭自诟傁燃铀俳ㄔO(shè)加氫站。

3 全球及我國政府對建設(shè)加氫站的態(tài)度

由于氫燃料電池運(yùn)行必須配用加氫站，世界發(fā)達(dá)國家和我國均在攻關(guān)氫燃料電池核心工藝的同時，加快規(guī)劃建設(shè)配套的加氫站。德國已融資3.93億歐元支持氫能及燃料電池技術(shù)發(fā)展;其中55%的資金用于氫生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施建設(shè)，計劃于2023年建立覆蓋全德的氫能汽車網(wǎng)絡(luò)，包括400座加氫站。日本計劃2021年3月之前建設(shè)160座加氫站、普及4萬輛FCEV。

我國在《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》里明確提出：推動車載儲氫系統(tǒng)以及氫制備、儲運(yùn)和加注技術(shù)發(fā)展，推進(jìn)加氫站建設(shè)。2018年12月15日人民日報第六版在以“促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展”為主題的文章中指出：“應(yīng)及時把產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)向燃料電池汽車拓展。”

但相比之下我國因氫燃料汽車在很多城市尚未商業(yè)化使用，加氫站建設(shè)較慢。加氫站少使氫燃料汽車運(yùn)營成本提高，反過來又限制了氫燃料汽車的發(fā)展。國家由對建加氫站補(bǔ)貼改為對氫燃料汽車的車補(bǔ)，每車補(bǔ)貼高達(dá)50萬元。

4 各地區(qū)發(fā)展?fàn)顩r

一些地方政府主要是南方地區(qū)加強(qiáng)了對加氫站建設(shè)的補(bǔ)貼。2018年4月廣東出臺《佛山市南海區(qū)促進(jìn)加氫站建設(shè)運(yùn)營及氫能源車輛運(yùn)行扶持辦法》（暫行），根據(jù)加氫站的類型以及建成時間，進(jìn)行梯段式補(bǔ)貼。即按日加氫能力固定式加氫站350 kg～500 kg、500 kg以上，撬裝式加氫站350 kg及以上，建成年限2018年底前建成、2019年內(nèi)建成、2020年-2022年內(nèi)建成等依梯度分別給予150萬元～800萬元補(bǔ)貼。其中，日加氫能力500 kg以上，2018年12月31日前建成的新建固定式加氫站的按800萬元/個的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)貼。廣東南海還對加氫站的運(yùn)營進(jìn)行扶持補(bǔ)貼，享受補(bǔ)貼的加氫站需按規(guī)定的加氫銷售價格標(biāo)準(zhǔn)給予符合補(bǔ)貼條件的氫能源車輛優(yōu)惠。2018年-2019年，對加氫站銷售價格為40元及以下的氫氣給予20元/kg的補(bǔ)貼;2020年-2021年，對銷售價格為35元及以下的氫氣給予14元/kg的補(bǔ)貼;2022年度對銷售價格為30元及以下的氫氣給予9元/kg的補(bǔ)貼。

在此政策推動下，廣東加氫站建設(shè)發(fā)展迅猛，截止2018年底已有7座加氫站建成使用，在2019年還將在佛山、云浮新建成14座加氫站（包括加油加氫站）;張家口計劃2019年建成5座加氫站，至2020年建成21座加氫站。

反觀中原地區(qū)，加氫站的建設(shè)一開始是走在前列的。鄭州宇通加氫站早在2015年就通過驗(yàn)收并試運(yùn)行。鄭州宇通加氫站2018年進(jìn)行了擴(kuò)建，加氫能力由200 kg/d提升至1 200 kg/d，以保證鄭州氫燃料公交車的使用。據(jù)悉鄭州市計劃近兩年逐步把市內(nèi)公交、出租車、物流車更換為包括氫燃料汽車在內(nèi)的電動汽車，再開建2～4座加氫站，以滿足鄭州市氫燃料汽車的需求。但目前為止河南省仍是僅鄭州有一座加氫站，嚴(yán)重制約了氫燃料電池汽車在中原地區(qū)的推廣使用。

5 中原氫能資源分析

5.1 制備氫氣的途徑

目前制備氫氣的主要方式包括氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫、化工原料制氫（甲醇、乙醇、液氨裂解等）、石化資源制氫（石油裂解、水煤氣法等）和新型制氫方法（生物質(zhì)、光化學(xué)等）。

如果使氫燃料電池車具有較強(qiáng)的競爭力（百公里耗氫成本較百公里耗油成本低20%以上），則氫氣成本需控制在1.3元/Nm3～1.5元/Nm3，且環(huán)保性能較好，生產(chǎn)的氫氣純度高，目前而言適用于大規(guī)模制取燃料電池所使用的氫氣原料，也是可實(shí)現(xiàn)度最高的氫氣來源。甲醇裂解和液氨裂解成本較氯堿制氫高50%左右，較化石資源制氫技術(shù)前期投資低、能耗低，較水電解法制氫單位氫成本低。

單純水電解法制氫成本最高，在2.5元/Nm3～3.5元/Nm3，但環(huán)保，且在應(yīng)用水力、潮汐、風(fēng)能的情況下能量轉(zhuǎn)化率高達(dá)70%以上。在與可再生能源發(fā)電緊密結(jié)合的條件下，水電解法制氫成本會不斷降低，未來將發(fā)展成為氫氣來源的主流路線。

通過比較分析以上制氫方式的成本、優(yōu)劣勢，我們認(rèn)為：目前氫燃料汽車較少的情況下，選擇成本低、氫氣純度較高的氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫的途徑，可以滿足氫燃料汽車的需求，在未來利用可再生能源電解水制氫將成為終極能源解決方案。

5.2 中原地區(qū)氫能資源

在目前氫燃料汽車較少的情況下，選擇成本低、氫氣純度較高的氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫的途徑，完全可以滿足氫燃料汽車的需求。

河南的氯堿工業(yè)如神馬氯堿化工股份有限公司、昊華宇航化工有限公司沁陽氯堿分公司、焦作市偉祺新潔能源有限公司、河南聯(lián)創(chuàng)化工有限公司、河南省永銀實(shí)業(yè)有限公司，主要分布在平頂山、焦作、濟(jì)源、漯河、南陽等地。

6 中原地區(qū)建汽車加氫站的選址規(guī)劃

總體來說，焦作的氯堿化工業(yè)發(fā)達(dá)，副產(chǎn)品氫源充足，純度高，作為化工業(yè)發(fā)達(dá)城市，采用氫燃料物流車可以就地消化本地化工副產(chǎn)氫，進(jìn)一步促進(jìn)化工業(yè)的發(fā)展，改善空氣質(zhì)量，可以考慮建設(shè)加氫站。

在洛陽建加氫站，現(xiàn)階段氫源可以從焦作外購。洛陽是中原副中心城市，氫燃料汽車的使用必將有效促進(jìn)洛陽制冷行業(yè)、電解水制氫行業(yè)、汽車制造等行業(yè)的發(fā)展，打造成為全國重要的現(xiàn)代裝備制造業(yè)基地和國際文化旅游名城，并推動豫西北各市的聯(lián)動發(fā)展。現(xiàn)階段最優(yōu)的制氫和運(yùn)氫方式搭配為氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫+氣氫拖車運(yùn)輸，其氫氣成本范圍在17.9元/kg～19.2元/kg。現(xiàn)階段加氫站氣氫運(yùn)輸距離以（<500 km，200 km）為宜。洛陽距離焦作約100 km，氣氫運(yùn)輸距離適宜，因此在洛陽建加氫站是可行的。

未來在液化氫技術(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)且氫氣需求量規(guī)模上升（100 t/d）的情況下，可以采用站內(nèi)電解水制氫或采用液氫運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)送氫氣，進(jìn)一步降低氫的運(yùn)輸成本。

7 建站規(guī)劃時間

燃料汽車從技術(shù)層面看走入實(shí)用也許是2-5年的時間，2020-2025年將是燃料電池快速發(fā)展期。建站耗費(fèi)時間長，通常需要1-2年的時間。加氫站審批程序復(fù)雜，審批時間長，建設(shè)所需關(guān)鍵的零部件我國工藝尚達(dá)不到要求，需要從國外進(jìn)口和預(yù)定，象壓縮機(jī)泵頭、加氫槍頭等，加氫槍頭更是還要提前半年向德國的weh公司預(yù)訂才能拿到產(chǎn)品;建成后需要數(shù)月的試運(yùn)行。

8 結(jié)論

鑒于以上分析，從氫燃料汽車的發(fā)展趨勢及氫源制備等方面考慮，盡快著手在洛陽市及焦作市籌建汽車加氫站是合理可行的。如果洛陽、焦作均建立了加氫站，可有力促進(jìn)氫燃料汽車向豫西北各市的輻射，有望將來與省會鄭州共同打造一個中原氫三角，加速中原地區(qū)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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