據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2022年底,我國(guó)加氫站數(shù)量已達(dá)358座,穩(wěn)居世界第一。加氫站作為交通運(yùn)輸?shù)臉屑~,是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展設(shè)施基礎(chǔ)。液氫加氫站具有氫氣純度高、儲(chǔ)運(yùn)效率高、建設(shè)投資低的有點(diǎn),相比于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫更有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前加氫站技術(shù)趨于成熟,但總體來(lái)說(shuō)建設(shè)成本依然很高,液氫加氫站的發(fā)展難點(diǎn)也可以說(shuō)是液氫整個(gè)行業(yè)的發(fā)展痛點(diǎn),技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等是液氫整個(gè)行業(yè)需要面臨的問(wèn)題。
加氫站的成本構(gòu)成如圖所示,其建設(shè)難點(diǎn)主要集中在初始投資和運(yùn)營(yíng)上,而想要長(zhǎng)期發(fā)展,良好的運(yùn)營(yíng)模式不可或缺,降低運(yùn)營(yíng)成本是加氫站降本增效的首要方式。
氫源價(jià)格高 難以穩(wěn)定供應(yīng)
加氫站的建設(shè)依托于穩(wěn)定的氫源供應(yīng),近年來(lái),國(guó)內(nèi)制氫市場(chǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大,一些液氫工廠的示范項(xiàng)目有序推進(jìn),下游基礎(chǔ)的加氫站也隨之發(fā)展。液氫密度較高,在同等儲(chǔ)存容積下,其容量要遠(yuǎn)大于高壓儲(chǔ)氫,具有更大的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。
自《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035 年)》發(fā)布以來(lái),各地制氫產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。鴻達(dá)興業(yè)位于內(nèi)蒙古的液氫工廠已經(jīng)投產(chǎn),年產(chǎn)液氫月180噸,航天101所聯(lián)合浙江省能源集團(tuán)建成了我國(guó)首座液氫加氫站,打開了液氫民用領(lǐng)域應(yīng)用的缺口。
今年四月,國(guó)內(nèi)首臺(tái)套10噸級(jí)氫液化裝置下線,但總體來(lái)說(shuō),國(guó)內(nèi)液氫依然面臨成本高、產(chǎn)能低的問(wèn)題,限制了液氫在民用領(lǐng)域的應(yīng)用。另一方面,當(dāng)前我國(guó)采用的液氫標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)和航天工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),民用領(lǐng)域缺乏標(biāo)準(zhǔn)依據(jù),也成為加氫站發(fā)展的阻礙。
儲(chǔ)運(yùn)成本高 法規(guī)限制大
氫氣運(yùn)輸一直是亟待解決的難題,氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)儲(chǔ)氫是氫氣運(yùn)輸三種方式。液態(tài)儲(chǔ)氫中有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫是利用不飽和有機(jī)物進(jìn)行儲(chǔ)氫,這類儲(chǔ)氫方式成本高昂,通常用于實(shí)驗(yàn)室,距離工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用還有一定差距,低溫液態(tài)儲(chǔ)氫是當(dāng)前液氫發(fā)展的重要方向,但液氫儲(chǔ)運(yùn)依然面臨成本、政策方面的難題。
管道運(yùn)輸只適用于大規(guī)模用氫場(chǎng)景,且建設(shè)周期長(zhǎng)、投資高昂,難以適應(yīng)到當(dāng)前發(fā)展迅速的氫能產(chǎn)業(yè)。
液氫槽車運(yùn)輸在成本和能源消耗上具有一定優(yōu)勢(shì),有專家利用數(shù)學(xué)模型對(duì)氫氣長(zhǎng)管拖車、液氫槽車運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸成本和能耗進(jìn)行了研究,結(jié)果表明氫氣長(zhǎng)管拖車每百公里運(yùn)輸成本為2.3元/kg,液氫槽車運(yùn)輸成本約為0.4元/kg。
但無(wú)法否認(rèn)的是,液氫槽車運(yùn)輸法規(guī)并不完善,液氫槽車面臨認(rèn)證程序復(fù)雜,甚至無(wú)法上路問(wèn)題,限制加氫站發(fā)展。
技術(shù)瓶頸
我國(guó)氫能液化儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)相比世界先進(jìn)來(lái)說(shuō)還有一定差距。
液化技術(shù)方面,目前國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)的液氫工廠多采用進(jìn)口設(shè)備,設(shè)備投資較大。雖然我國(guó)目前已對(duì)液化設(shè)備進(jìn)行自主開發(fā),但在產(chǎn)能和能耗上表現(xiàn)較弱。據(jù)統(tǒng)計(jì),產(chǎn)能為5t/d的液氫設(shè)備單位能耗為1010 k W·h/kg,但隨著規(guī)模的增加,單位能耗將進(jìn)一步下降。好消息是,今年國(guó)內(nèi)首臺(tái)套10噸級(jí)氫氣液化裝置落地臨淄,并計(jì)劃于年底投產(chǎn),為國(guó)內(nèi)液化氫氣產(chǎn)業(yè)取得突破性進(jìn)展。
儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)方面,目前國(guó)內(nèi)只能制造3000m3以下的儲(chǔ)氫罐,而國(guó)外已經(jīng)可以制造3×104m3的超大儲(chǔ)氫罐,在規(guī)模上,國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氫罐與國(guó)外差距較大。加氫站的關(guān)鍵設(shè)備液氫泵,也多依賴于進(jìn)口,成本過(guò)高,成為制約加氫站發(fā)展的重要因素。
運(yùn)營(yíng)成本高
液氫加氫站的工作流程為:液氫拖車→液氫儲(chǔ)罐→液氫泵→汽化器→儲(chǔ)氫罐→加注機(jī)。
有報(bào)告計(jì)算,日加氫能力1000kg/d、35MPa的液態(tài)加氫站,在不考慮運(yùn)營(yíng)成本的情況下,年運(yùn)營(yíng)成本在209萬(wàn)元,其中折舊損耗占比最高,達(dá)到25%。日加氫能力1000kg/d、70MPa 液態(tài)加氫站,年運(yùn)營(yíng)成本241萬(wàn)元,折舊損耗達(dá)26.9%。
加氫規(guī)模1000kg/d&35MPa液態(tài)加氫站投資成本
成本控制與發(fā)展前景
液氫能量密度大、純度高、計(jì)量方便,在規(guī)?;瘍?chǔ)存和運(yùn)輸方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。液氫重卡的發(fā)展也對(duì)液氫加氫站提出了需求,液氫加氫站前景廣闊。
成本方面,液氫制取成本與制取規(guī)模、氫源種類和當(dāng)?shù)仉妰r(jià)有關(guān)。如果在風(fēng)光新能源地區(qū),可使用低價(jià)電電解水制氫,不僅能降低制氫成本,還可以減少大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)峰能力的影響。
在長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)那闆r下,液氫運(yùn)輸成本要遠(yuǎn)低于高壓氣氫運(yùn)輸,但對(duì)儲(chǔ)氫容器的絕熱性有著極高的要求,同時(shí)還要考慮氫脆現(xiàn)象,技術(shù)要求較高,成本也就隨之提升,發(fā)展技術(shù)是降低液氫儲(chǔ)運(yùn)成本最有效的方式。
液氫和高壓氣氫儲(chǔ)運(yùn)成本對(duì)比
隨著我國(guó)氫燃料電池汽車的發(fā)展普及,液氫加氫站的發(fā)展看空間愈發(fā)廣闊,政策上的支持有助于降低運(yùn)營(yíng)成本,也有助于液氫加氫站的快速發(fā)展。