自“碳達峰碳中和”的目標提出以來，以可再生能源為中心的新能源產(chǎn)業(yè)加緊布局，為我國能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級助力。雙碳目標催促我國新能源體系的加快構(gòu)建，更催促了氫能企業(yè)加緊跑馬圈地的步伐。

（來源：網(wǎng)絡(luò)整理）

從制氫端到儲運端再到應(yīng)用端，氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大且繁雜。作為最為清潔的二次能源，氫氣雖然廣泛存在于宇宙之中卻只能通過制取才能獲取?；谶@一“難題”，氫能在發(fā)展過程中備受掣肘。

在加氫方面，國內(nèi)加氫站建設(shè)已經(jīng)走入“擼起袖子加油干”的階段。根據(jù)各省市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項規(guī)劃，到2025年，我國加氫站數(shù)量將超700座。

統(tǒng)籌規(guī)劃加氫網(wǎng)絡(luò)堅持需求導(dǎo)向，統(tǒng)籌布局建設(shè)加氫站，有序推進加氫網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)。堅持安全為先，節(jié)約集約利用土地資源，支持依法依規(guī)利用現(xiàn)有加油加氣站的場地設(shè)施改擴建加氫站。探索站內(nèi)制氫、儲氫和加氫一體化的加氫站等新模式。
——《國家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》

加氫站是重要的氫能基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)情況對我國氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。然而，加氫站建成后難以投運、運營困難、“有站無車”的問題屢見不鮮。業(yè)內(nèi)眾多從業(yè)者均表示，盡管中國的加氫站建設(shè)數(shù)量最多，但仍然不夠氫燃料電池汽車的需求，許多加氫站“站內(nèi)無氫”，根本無法使用，使得建設(shè)方不僅花費高昂的建設(shè)成本，又幾乎沒有任何收入所得。

加氫站建設(shè)究竟有多難？成本與技術(shù)的雙重壓力何時能夠破解？“有站無車”和“有車無站”的不平衡到底能否破解？本文重點關(guān)注固定式外供氣氫加氫站，為各位讀者詳細解讀加氫站的“破局之道”。

加氫站設(shè)備組成

加氫站建設(shè)有多種形式，按照儲氫方式，可分為氣氫加氫站和液氫加氫站，國內(nèi)主要是氣氫加氫站；按照建設(shè)方式，有固定式、撬裝式和臨時加氫站，國內(nèi)主要是固定式加氫站。另外，為了減少運氫壓力，部分加氫站還帶有制氫系統(tǒng)，也就是制氫加氫一體站。

加氫站與現(xiàn)有較為成熟的壓縮天然氣(CNG)加氣站相似，主要由制氫系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)、加注系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分組成，其主要設(shè)備包括卸氣柱（站外制氫加氫站）、壓縮機、儲氫罐、加氫機、管道、控制系統(tǒng)、氮氣吹掃裝置、放散裝置以及安全監(jiān)控裝置等等。在這些設(shè)備中，氫氣壓縮機、高壓儲氫系統(tǒng)、加氫機和加氫站控制系統(tǒng)屬于核心裝備和系統(tǒng)。

加氫站通過外部供氫獲得氫氣后，在氫氣壓縮機的輸送下進入高壓儲氫容器儲存，最后通過加氫機為燃料電池汽車進行加注。在此過程中，加氫站的工藝控制系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，決定了上述設(shè)備之間的協(xié)調(diào)工作以及氫氣管路閥門的開關(guān)和切換。

氫氣壓縮機
壓縮機作為加氫站內(nèi)的核心設(shè)備，承擔(dān)了氫氣增壓的重要作用。氫氣壓縮機目前占建設(shè)總成本的30%，是加氫站建設(shè)降低成本的關(guān)鍵。目前國內(nèi)加氫站常用的氫氣壓縮機主要有隔膜式壓縮機、液驅(qū)式壓縮機和離子液壓縮機等。其中隔膜式壓縮機和液驅(qū)式壓縮機主要應(yīng)用于儲氫壓力不大于45MPa的加氫站，多個國內(nèi)生產(chǎn)廠家的相關(guān)技術(shù)也已日趨成熟；離子液壓縮機主要應(yīng)用于儲氫壓力90MPa的加氫站，國內(nèi)該壓力等級的壓縮機尚在研制過程中，目前主要還是依賴于進口。

氫氣壓縮機組成結(jié)構(gòu)

由于氫氣具有密度低、能量密度小的特點，氫氣壓縮機必須要具備承壓大、流量大、安全和密封性好的特質(zhì)，盡可能的追求較少的能源損耗，目前國內(nèi)加氫站較多采用的是活塞式和隔膜式壓縮機。

氫氣壓縮機對比分析（來源：氫能觀察制表）

隔膜壓縮機主要結(jié)構(gòu)包括腔體、腔體板、膜片、膜片組。一個膜片組中包含三層金屬膜片用以隔離氣體和液體，分為工藝氣體層、中間層和液壓油層膜片，中間膜片開有凹槽 (從圓心到圓周)，一旦膜片發(fā)生破裂，用于傳送氣體或液體至泄漏檢測系統(tǒng)。

由于金屬膜片較薄，對氣體雜質(zhì)及其敏感，因此隔膜壓縮機對工藝氣體的要求很高，若要其正常無故障運行，工藝氣體必須無任何固體顆粒雜質(zhì)，且露點要低。對于隔膜壓縮機而言，金屬膜片的使用壽命直接關(guān)乎壓縮機整體維修頻率和使用壽命，鑒于隔膜壓縮機易頻繁啟停的工作特點，一般隔膜壓縮機不適合移動加氫站頻繁啟停工作工況。
液壓驅(qū)動無油氫氣往復(fù)活塞壓縮機(也稱為高純無油增壓器氫氣壓縮機)是采用大活塞驅(qū)動小活塞的方式，按照大活塞與小活塞的面積比將驅(qū)動壓力同比例放大，將被增壓介質(zhì)增壓。

液驅(qū)壓縮機的制造技術(shù)壁壘較高，對于國內(nèi)企業(yè)而言仍有較大突破空間，據(jù)了解，國內(nèi)目前還沒有能夠獨立生產(chǎn)液驅(qū)壓縮機的企業(yè)，但已有部分企業(yè)開始嘗試，未來或有成果出現(xiàn)。
離子液體壓縮機是采用一種近零蒸汽壓的液體作為工質(zhì)和潤滑介質(zhì)，實現(xiàn)氫氣的無污染壓縮。離子液體壓縮機可以通過設(shè)置多級氣缸，實現(xiàn)合理的壓縮比和較寬的壓縮范圍。液壓驅(qū)動也提高了系統(tǒng)的整體安全性，并且整個壓縮系統(tǒng)的壓縮效率比傳統(tǒng)壓縮機提高約 25%。

由于制造標準與國內(nèi)不同，引進手續(xù)較為復(fù)雜，國內(nèi)應(yīng)用離子壓縮機的加氫站較少。盡管離子壓縮機優(yōu)勢較高，但其高昂的成本價格也很難應(yīng)用在目前的加氫站建設(shè)之中。

高壓儲氫系統(tǒng)

在加氫站內(nèi)配備高壓大容量的固定式儲氫裝置，可以實現(xiàn)在短時間內(nèi)給車輛加滿氫氣。另外，儲氫瓶組作為緩沖裝置還可以避免壓縮機的頻繁啟動，優(yōu)化氫氣加氣站的操作。加氫站儲氫裝置的儲氫壓力、儲氫容積以及分級壓力等是其主要技術(shù)指標。為了滿足35MPa 和70MPa 車載儲氫瓶的壓力要求，加氫站的高壓儲氫裝置壓力通常分別為 45MPa 和 87.5MPa。

高壓儲氫裝置的設(shè)計除了要考慮材料的強度以滿足使用需要和安全需要外，還需要考慮材料疲勞性能和抗氫脆能力。
我國常用的站用固定式儲氫容器分為兩種結(jié)構(gòu)形式，分別為單層儲氫壓力容器（包括大容積無縫儲氫容器、單層整體鍛造式儲氫壓力容器等）和多層儲氫壓力容器（包括鋼帶錯繞式儲氫容器、層板包扎儲氫壓力容器等），其中鋼質(zhì)無縫儲氫容器有兩種類型：固定式（例如加氫站儲氫罐）和移動式（例如氫氣長管拖車氣瓶）。

鋼質(zhì)無縫儲氫容器依據(jù)美國機械工程師協(xié)會鍋爐壓力容器規(guī)范建造，其無縫鋼管經(jīng)過兩端鍛造收口而成，屬于整體無焊縫結(jié)構(gòu)。鋼質(zhì)無縫容器發(fā)展時間較長，氣瓶的生產(chǎn)線設(shè)備技術(shù)十分成熟，有著成本低、交貨快的優(yōu)點。

鋼帶錯繞式壓力容器首創(chuàng)于1964年，其容器結(jié)構(gòu)完全由我國自主研發(fā)完成，主要產(chǎn)品包括高壓空氣儲罐、高壓氦氣儲罐和高壓氫氣儲罐等。經(jīng)過近60年的研究與驗證，我國已有扎實的理論基礎(chǔ)和豐富的實踐經(jīng)驗。鄭津洋等以傳統(tǒng)鋼帶錯繞式壓力容器為基礎(chǔ)，在主體結(jié)構(gòu)不變的條件下（扁平鋼帶傾角錯繞式容器結(jié)構(gòu)），提出了一種多功能全多層高壓儲氫容器。

加氫機

加氫機是燃料電池汽車加注氫燃料的核心設(shè)備，加氫機上配備有加氫槍、溫度與壓力傳感器、環(huán)境溫度傳感器、計量裝置、加注控制器、軟管等。若加氫機-燃料電池汽車實現(xiàn)通信功能，則加氫槍還需配備紅外數(shù)據(jù)接收模塊。

加氫機系統(tǒng)組成示意圖

加氫機是連接加氫站和氫燃料電池汽車的重要設(shè)備，其基本功能是安全加氫和精確計量功能，即在保障對車載儲氫瓶進行安全加注氫氣的同時，要準確顯示加氫量、金額等。同時，一般還具有防雷、防靜電等安全保護的功能，最重要的是緊急拉斷、防止過充的壓力-溫度補償系統(tǒng)等安全功能。

加氫機目前主要有 35MPa 與70MPa 兩種，主要技術(shù)要求是做到加注過程不超溫、不超壓，同時時間盡可能短。
國家標準化管理委員會于2014年首次發(fā)布了GB/T 31138-2014《汽車用壓縮氫氣加氣機》國家標準，為加氫機設(shè)備的制造、檢測和應(yīng)用提供支撐。

近年來，隨著我國氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，加氫機的性能要求、控制方法等都有了新的要求。

2020年，國家標準化管理委員會下達了GB/T 31138-2014《汽車用壓縮氫氣加氣機》的修訂計劃，全國氫能標準化技術(shù)委員會組織相關(guān)單位于2021年底完成標準技術(shù)內(nèi)容的修訂和審查工作。為適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，與GB 50516、GB50156等標準協(xié)調(diào)一致，標準名稱修改為《加氫機》。GB/T 31138-2022《加氫機》于2022年10月12日發(fā)布并實施，規(guī)定了加氫機的技術(shù)要求、試驗方法、標志、包裝、運輸和貯存、安裝、維護的要求，適用于氫能汽車加氫設(shè)施用公稱工作壓力不大于70MPa的加氫機，氫能船舶、有軌電車、飛行器、工程車輛、發(fā)電裝置等的加氫設(shè)施也可參照本文件。

加氫站“卡”在哪

截至今年4月份，我國已建成加氫站數(shù)量超過350座，約占全球總數(shù)的40%，位居世界第一。

盡管我國加氫站建設(shè)數(shù)量眾多，但是在地廣人稠的基本國情之下，加氫站仍然難逃“不夠用”、“用不了”的迷之厄運。加氫站的設(shè)備組成較多，成本較高，另外安全維護費用也并不低，能否讓加氫站真正實現(xiàn)順利穩(wěn)定運營還是業(yè)內(nèi)一大挑戰(zhàn)。

第一，加氫站設(shè)備技術(shù)與成本雙高。加氫站建設(shè)成本居高不下且成本降低空間不高的問題需要業(yè)內(nèi)重視起來。據(jù)測算，一座加氫站的建設(shè)成本至少需要200萬美元（加上建筑施工、設(shè)計維護、管理等費用），折合人民幣核算大概1500萬元左右，若是日加氫能力在1000公斤，并且為70Mpa的加氫系統(tǒng)，大概將會達到2000萬元。其中，氫氣壓縮機占加氫站整體成本的30%左右。從我國目前氫氣壓縮機市場的情況來看，國內(nèi)氫氣壓縮機企業(yè)仍需努力。
第二，加氫站建設(shè)審批政策需要松綁。今年上半年，廣東、河北省相繼發(fā)布加氫站最新管理辦法，明確氫氣不再被列為?；罚託湔究山ㄔO(shè)在非化工園區(qū)等地。加氫站建設(shè)審批流程嚴苛是阻礙加氫站建設(shè)的一大“門檻”，我國目前絕大多數(shù)地區(qū)仍未放寬對加氫站建設(shè)以及加氫站土地審批流程的政策。對于一二線城市而言，加氫站等氫能基礎(chǔ)設(shè)施是否完善是氫燃料電池汽車能否規(guī)?；瘧?yīng)用的重要前提，然而多數(shù)地區(qū)在加氫站建設(shè)效率上仍是困難重重。鑒于此，油氫合建站或綜合能源站開始嶄露頭角，在現(xiàn)有加油站或加氣站的基礎(chǔ)上增加加氫供應(yīng)設(shè)施，既保證站內(nèi)運營正常，又可以實現(xiàn)加氫。
第三，加氫站供氫需求難以保障?！耙徊揭粋€坎”，加氫站建成后能否正常運營是目前加氫站供應(yīng)商或運營商的一大主要問題。一方面，多數(shù)加氫站均為外供加氫站，需要長管拖車運氫到加氫站后進入儲氫系統(tǒng)，當(dāng)有加氫需求時再進行加注。然而，眾多加氫站都面臨著供氫不足、儲氫不足的問題。運氫不及時、沒有供氫來源直接導(dǎo)致加氫站供氫需求無法得到保障。另一方面，部分城市雖然有建設(shè)一到兩座加氫站，但氫燃料電池汽車較少，即便有充足的氫氣供應(yīng)，但“幾天才加一次氫”的問題也屢見不鮮?！跋扔械斑€是先有雞”的爭論成為加氫站與氫燃料電池汽車之間的主要矛盾，不少城市將加氫站建在高速服務(wù)區(qū)，對于城市中的氫車而言，加氫無疑也是一項挑戰(zhàn)。

從我國目前氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況來看，加氫站建設(shè)正日益提上日程。河北省已將加氫站建設(shè)納入地方建設(shè)指標，北京、上海、廣東等長三角地區(qū)也在積極給予加氫站建設(shè)和運營補貼，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展已有壯大之勢。進入今年，氫能產(chǎn)業(yè)上游制氫端已開始加緊開工，新疆庫車光伏制氫項目、三峽納日松制氫項目均已有重大進展。氫能頭部企業(yè)在下游應(yīng)用端也動作不斷，車企開始布局中國氫能業(yè)務(wù)、大佬跨界氫能打造多方位氫能應(yīng)用場景。在此基礎(chǔ)上，氫能儲運端也將發(fā)揮承上啟下的良好作用，加氫站“卡脖子”難題也在各方協(xié)同推動下逐步被解決。