據統計,截至2022年底,我國加氫站數量已達358座,穩居世界第一。加氫站作為交通運輸的樞紐,是氫能產業發展設施基礎。液氫加氫站具有氫氣純度高、儲運效率高、建設投資低的有點,相比于高壓氣態儲氫更有優勢。當前加氫站技術趨于成熟,但總體來說建設成本依然很高,液氫加氫站的發展難點也可以說是液氫整個行業的發展痛點,技術、標準等是液氫整個行業需要面臨的問題。
加氫站的成本構成如圖所示,其建設難點主要集中在初始投資和運營上,而想要長期發展,良好的運營模式不可或缺,降低運營成本是加氫站降本增效的首要方式。
氫源價格高 難以穩定供應
加氫站的建設依托于穩定的氫源供應,近年來,國內制氫市場進一步擴大,一些液氫工廠的示范項目有序推進,下游基礎的加氫站也隨之發展。液氫密度較高,在同等儲存容積下,其容量要遠大于高壓儲氫,具有更大的發展優勢。
自《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035 年)》發布以來,各地制氫產業蓬勃發展。鴻達興業位于內蒙古的液氫工廠已經投產,年產液氫月180噸,航天101所聯合浙江省能源集團建成了我國首座液氫加氫站,打開了液氫民用領域應用的缺口。
今年四月,國內首臺套10噸級氫液化裝置下線,但總體來說,國內液氫依然面臨成本高、產能低的問題,限制了液氫在民用領域的應用。另一方面,當前我國采用的液氫標準為國家軍用標準和航天工業標準,民用領域缺乏標準依據,也成為加氫站發展的阻礙。
儲運成本高 法規限制大
氫氣運輸一直是亟待解決的難題,氣態、液態、固態儲氫是氫氣運輸三種方式。液態儲氫中有機液態儲氫是利用不飽和有機物進行儲氫,這類儲氫方式成本高昂,通常用于實驗室,距離工業大規模應用還有一定差距,低溫液態儲氫是當前液氫發展的重要方向,但液氫儲運依然面臨成本、政策方面的難題。
管道運輸只適用于大規模用氫場景,且建設周期長、投資高昂,難以適應到當前發展迅速的氫能產業。
液氫槽車運輸在成本和能源消耗上具有一定優勢,有專家利用數學模型對氫氣長管拖車、液氫槽車運輸的運輸成本和能耗進行了研究,結果表明氫氣長管拖車每百公里運輸成本為2.3元/kg,液氫槽車運輸成本約為0.4元/kg。
但無法否認的是,液氫槽車運輸法規并不完善,液氫槽車面臨認證程序復雜,甚至無法上路問題,限制加氫站發展。
技術瓶頸
我國氫能液化儲運技術相比世界先進來說還有一定差距。
液化技術方面,目前國內運營的液氫工廠多采用進口設備,設備投資較大。雖然我國目前已對液化設備進行自主開發,但在產能和能耗上表現較弱。據統計,產能為5t/d的液氫設備單位能耗為1010 k W·h/kg,但隨著規模的增加,單位能耗將進一步下降。好消息是,今年國內首臺套10噸級氫氣液化裝置落地臨淄,并計劃于年底投產,為國內液化氫氣產業取得突破性進展。
儲運技術方面,目前國內只能制造3000m3以下的儲氫罐,而國外已經可以制造3×104m3的超大儲氫罐,在規模上,國內儲氫罐與國外差距較大。加氫站的關鍵設備液氫泵,也多依賴于進口,成本過高,成為制約加氫站發展的重要因素。
運營成本高
液氫加氫站的工作流程為:液氫拖車→液氫儲罐→液氫泵→汽化器→儲氫罐→加注機。
有報告計算,日加氫能力1000kg/d、35MPa的液態加氫站,在不考慮運營成本的情況下,年運營成本在209萬元,其中折舊損耗占比最高,達到25%。日加氫能力1000kg/d、70MPa 液態加氫站,年運營成本241萬元,折舊損耗達26.9%。
加氫規模1000kg/d&35MPa液態加氫站投資成本
成本控制與發展前景
液氫能量密度大、純度高、計量方便,在規模化儲存和運輸方面具有顯著優勢。液氫重卡的發展也對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模、氫源種類和當地電價有關。如果在風光新能源地區,可使用低價電電解水制氫,不僅能降低制氫成本,還可以減少大規模風電并網對電力系統調峰能力的影響。
在長距離運輸的情況下,液氫運輸成本要遠低于高壓氣氫運輸,但對儲氫容器的絕熱性有著極高的要求,同時還要考慮氫脆現象,技術要求較高,成本也就隨之提升,發展技術是降低液氫儲運成本最有效的方式。
液氫和高壓氣氫儲運成本對比
隨著我國氫燃料電池汽車的發展普及,液氫加氫站的發展看空間愈發廣闊,政策上的支持有助于降低運營成本,也有助于液氫加氫站的快速發展。