氢能加注

 

液氢具有能量密度高、运输成本低、低压储运安全等独特优势，是解决氢燃料规模化储运供应的理想方式。液氢生产、储运与加注关键技术和成套装备已成为各国抢占氢能市场先机的落脚点，正朝着安全、高效和低成本方向发展。液氢输运与储存方式在未来氢能产业链中将越来越重要，是氢燃料电池规模化应用的必然手段，也是今后加氢站建设的主要选择之一。

 

加氢站平面图

 

 

液氢加氢站分为液氢储存型加氢站和液氢加注型加氢站，液氢储存型加氢站是指加氢站内以液氢的方式进行储存，加注前在站内气化成高压氢气进行加注；液氢加注型加氢站是指直接给车辆加注液氢，在车载系统中进行气化。

 

浙江平湖液氢加氢站

 

液氢加注型加氢站的难点在于整个加注系统的低温绝热性，以及加注设备的研发。目前国内外关于液氢加注设备仍处于研发试验状态，成熟产品较少，难以满足建站需求。液氢储存型加氢站按照工艺又可以采用“先增压后气化”或“先气化后增压”的方式。

 

在国外的成熟工艺中，通常在液氢工厂将气氢降至-253℃进行液化，然后利用液氢槽车将液氢运输至液氢加氢站，将液氢储存于站内的液氢储罐中，再利用液氢泵将液氢进行增压，然后利用高压气化器将液氢气化为高压氢气，存入储氢瓶组，从储氢瓶组中取气加注到有加氢需求的燃料电池车内。该工艺系统还可以利用液氢的低温冷能，用于加注前的氢气预冷，此种“先增压后气化”相较于先气化后通过压缩机压缩气态氢的工艺，液氢泵的能耗要远低于压缩机能耗，所以运用广泛。

 

 

液氢储运具有储氢密度高（1m3液氢可产生770Nm氢气）、储存压力低、安全等特点，是国外加氢站氢来源的主要方式之一。加氢站分为高压气氢和液氢加氢站，全球近400座加氢站中有1/3以上为液氢加氢站，其中绝大多数在美国，其次是日本。随着氢能的大规模应用，70MPa加注系统和液氢加氢站将会是主流。液氢储存增压气态加氢站依靠高压液氢泵增压，代表低能耗加注未来发展趋势。德国林德、美国ACD和法国Cryostar等国外公司已纷纷布局高压液氢增压技术研发，所研制的氢液池泵、活塞泵已有部分业绩；国内液氢加氢站涉及单位较少，受制于液氢的制备、储运、氢能利用市场规模等一系列问题，国内建设加氢站成本较高，所需的关键部件没有量产的成熟产品，大多数依靠进口，且加氢站运行维护成本也比较高，加之我国燃料电池汽车尚属起步阶段，我国目前的液氢加氢站数量不超过10座。

 

德国是液氢储存型加氢站研究、应用和推广的先锋，以林德公司开发的罐内液氢泵增压技术加氢站为代表，实现液氢高效增压，已在世界主要燃料电池推广国家地区的加氢站得到应用。美国的ACD公司、法国的Cryostar公司，发展的是卧式管道活塞泵，为美国Plugpower、AP和法液空等公司开发的液氢储存加氢站提供了核心装备。

 

从国外近年来日加氢量大于200kg/d的加氢站建设趋势及对加氢站发展技术路线的分析结果，采用液氢储存方式的加氢站，将是未来相当长的一段时间内的主要发展方向。

 

从长远来看，大多数加氢站上必然会采用以液氢储存为主的模式，并且可以实现70MPa、35MPa加注和液氢直接加注。不考虑土地成本，这种站的投资要比大量的高压气氢储存站建站成本低25%以上，同加氢规模占地面积也要小很多，运行维护成本当然也会低很多。就站上用电指标这一项，液态储存站的耗电不到气态储存的20%，因为液体压缩耗电量相当低。这对于加氢站的建设和运营是一个很有利的事情，经测算，在相同的投资下，可以多建1/4的站点。这将是氢能产业规模化发展的一个重要基础支撑，在国外的很多加氢站点上，已经得到相关的印证。

 

当前，国内数个厂家，包括国有企业、民营企业及研究机构都提出了液氢储存加氢站作为发展方向。真正开展国产化研究的仅航天科技集团公司，利用完善的液氢研究应用的技术基础条件，开展了加氢站流程研究和核心装备国产化开发，建成了国内首个液氢储存加氢站试验与示范平台，实现了国产液氢装备制取45MPa和95MPa高压氢气，为我国液氢储存加氢站的深化研究和应用推广奠定了基础。

 

 

对于氢能的运输，经过对比液氢、高压氢气、管道运输三种方式，可以发现，在短途小规模运输氢中，尤其距离在100km以内时，液氢运输的经济性并不占优势，管束车运输高压氢气的方式成本要远低于液氢运输。但当运输距离大于300km时，液氢的高效率运输所节省的运费已经超过氢气液化过程所需成本支出。超远距离1000km以上的运输，管道运输成本最低，然而供氢管道建设的成本较高，仅适合大规模供氢场景。若去除高压氢气压缩成本和氢液化成本，单单考虑运输成本，那么液氢运输远低于高压氢气运输，大约为10%。所以液氢在大规模长距离供氢中具有很大优势，液氢加氢站具有很强的经济性。

 

此外，由于液氢密度较高，在相同氢储存量下，液氢储罐容积要远小于高压气氢储罐，那么在加氢站的占地以及建设投资都相对较小。

 

因此，随着燃料电池汽车市场的不断拓展，为提高加氢站单站供应能力，大规模加氢站将逐渐被引入，采用液氢加氢站是更为经济合适的技术路线。

 

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加氢站是氢能在交通领域运用的重要的基础设施，加氢站的建站工艺和成本关系到整个氢能行业在交通领域的发展。液氢加氢站优势独特，尤其是液氢储存型加氢站能够适应市场需要，覆盖面广，经济效益突出，是未来加氢站建设的主要方向。在加氢站建设过程中，要结合建站目的，明确建站需求，长远打算，建设适用于当地情况的加氢站，这样才能更好的满足加氢服务。