制氢加氢一体站前景与桎梏

2023-05-16


国内制氢加氢一体站已刮起投建风潮。

制氢加氢一体站(下称“一体站”)在国际上已应用了近20年,已有充分的实践验证基础,但在国内由于政策因素发展较为缓慢。现在这种局面已发生改变,一方面,政策端在给一体站“松绑”,比如大连推出全国首个一体站技术规范,5月6日广东省也发布了征求《一体站安全技术规范(报批稿)》地方标准意见的公告;另一方面,全国各地一体站投建的消息开始增多。一体站作为破解氢气储运痛点的一种有效方式,已引起上至政府下至产业链企业的高度关注。

产业链中已经相关企业对一体站市场展开布局,比如丰电金凯威已开发出针对一体站的45MPa三级压缩机,他们预测一体站在未来将会是一个有活力有潜力的市场。不过就现阶段来说,它仍存在一些发展的桎梏。一体站,在带着脚链翩翩起舞。

制氢加氢一体站“起风”
 

一体站是采用“分布式制氢+站内加注设备”提供稳定氢源的氢气供应方式。相对于传统的站外制氢加氢,一体站的流程及主要设备更加简约(如下图)。它省去了氢气运输成本,避免了高压卸气、加气、运输环节的安全隐患,同时可作为加氢母站向周边加氢站供氢,帮助“氢荒”地区解决气源供应问题。

 

国内一体站的建设发展正在提速。高工氢电产业研究所(GGII)数据显示,自2019年以来,一体站建设数量持续增加。到2022年,一体站在已建加氢站中的占比已经达到10%。

 

今年以来,关于一体站的投建消息也比较多。2月15日,我国首个甲醇制氢加氢一体站在辽宁大连自贸片区正式投用;昇辉科技近日公开透露,近期正筹划自建制氢加氢一体站,为运营平台千辆级氢能车提供稳定经济的氢源;上海临港新区提出,为方便在重型货运、港口等场景开展燃料电池示范应用和可再生能源现场制氢储氢试点示范工程,到2025年,在试点新建氢能制储加一体化母站4座等。

有部分一体站成套技术装备供应商向高工氢电反馈,原来采用站外供氢加氢站的企业,有的已在了解一体站、考虑换成一体站模式。一体站发展势头整体上行!具体原因两点:

一方面,政策给一体站建设的管控在逐步松开。2021年至2022年期间,上海临港、广东、武汉、山东、河北唐山、内蒙古、河南濮阳、四川等相继出台文件,允许在非化工园区制氢,这为一体站的发展带来积极作用。

今年2月辽宁自由贸易试验区大连片区还出台了国内一体站领域首个技术规范,提出将大力支持企业探索非化工园区制氢加氢一体站建设;支持专业机构制定制氢加氢一体站技术规范。5月6日,广东省也发布了关于征求《制氢加氢一体站安全技术规范(报批稿)》地方标准意见的公告。

另一方面,站外供氢成本高企推动一体站发展。目前国内已建成的加氢站中采取站外供氢模式的约占90%,并且以长管拖车搭载20MPa管式集装箱运氢为主。然而长管拖车运输的局限性和目前国内储运装备当前技术水平,却让外供氢加氢站枪口加注成本居高不下。

以设计加注量1000kg/d、日均加注负荷50%计算:外供氢加氢站枪口加注成本55-60元/kg,其中氢气到站成本约占76%,站内运营成本占比24%。氢源价格和运输费用极大推高了外供站加注成本。

而同规格的电解水制加一体站,在电价为0.45元/千瓦时情况下,碱性水电解与PEM电解水制氢成本分别为26元和39元,对比缺氢地区外供氢到站价格,经济性优势明显。

“枪口端氢气价格为35元/kg时,氢燃料电池重卡与燃油车、LNG燃料重卡相比使用成本略高,全周期成本相近。现有法规与技术条件下,采用槽车运输氢气的方式,几乎没有可能将枪口端氢气价格降至35元/kg。利用谷电制氢方式建设制氢加氢一体站,枪口端氢气成本是有可能控制在35元/kg以内,补贴退坡后,加氢站有盈利能力。”康普锐斯董事长尹智告诉高工氢电。

 

制氢加氢一体站设备供应商“活跃”
 

基于自身特点,一体站在这些应用场景上将大有可为,包括:钢厂尾气提纯建设加氢站;煤化工(焦化厂)等企业焦炉煤气提纯建设加氢站;短途重载场景周边及沿线建设谷电制氢加氢一体站;物流园区利用屋顶光伏、谷电制氢;高速服务区建设光伏+谷电制氢加氢一体站等。

目前国家正在工业、化工、交通等领域探索推进氢能应用,上述这些场景会越来越多,一体站的市场空间会越来越大。丰电金凯威总经理刘杰在2023高工氢能产业峰会上预测,未来一体站将会是一个非常有活力、有潜力的市场。蓝博氢能源总经理徐成俊也表示,一体站兼具降低氢气使用成本、安全、高效的优势,将是未来供氢模式的主流。

事实上,一体站的赛道上已经涌进了一批嗅觉敏锐的企业。

压缩机供应商有丰电金凯威、中鼎恒盛、康普锐斯等。其中丰电金凯威已经开发出应用于一体站的隔膜压缩机产品——45MPa三级压缩机,且目前已经应用于站内甲醇制氢项目,反馈效果良好。中鼎恒盛的氢能压缩机产品目前也已经应用于一体站。

康普锐斯已经开发了制氢加氢一体站用压缩机,能够将电解水制氢1.6MPa左右的氢气通过三级增压直接增压至45MPa,同时压缩机能够满足5-45MPa高压进气的需求,能够将储氢容器内的氢气二次增压,保证加氢站稳定加注。

能够提供一体化成套技术装备的除了亚联高科、深圳凯豪达,还有蓝博氢能源、青岛格林维尔等。上述提到的今年投用的我国首个甲醇制氢加氢一体站,其氢气制取系统就来自蓝博氢能源。

青岛格林维尔自行设计和建造了国内首套最大的500kg/d撬装化制氢加氢一体化装置,并完成调试和运行。该装置将光能集热系统、储能系统、热泵管理系统和高纯氢在线分析系统耦合,形成一种更低功耗,更高效能的撬装式制氢加氢一体化装置。

我国到2025年预计建成加氢站突破1000座,到2035年预计达到5000座,保守按照一体站每年2%的增幅计算,十年内一体站的市场规模将是数亿元级别。企业们已经陆续在盯住这片市场了。

 
制氢加氢一体站建设也有“注意事项”
 

一体站正迎来发展的上升期,但就现阶段而言,它投建也还有几个问题不容忽视。一体站在通往普及化、商业化的道路上还几个“山丘”要翻越。

其一,制氢加氢一体站虽然因为省掉高昂的运氢成本,在氢气枪口加注上有成本优势,但是这种优势也是有限的。最大限制是电费!制氢加氢一体站生产、加注的氢80%左右的成本是电费。因此,有便宜的电,才会有便宜的氢。目前用电尚不便宜,这也使得国内现阶段尤其是东部沿海地区投建的一体站以甲醇制氢和天然气制氢为主。

其二,制氢加氢一体站建设成本要高于外供氢的加氢站。以1000kg/d为例,以下是外供氢加氢站和一体站的建设成本分析,投资成本立见高低(下图),并且降本空间并不大。

 

“一体站不管是制氢设备、压缩机,还是储存系统及设备、管道及附件都是不可能在短时间内降本的,这让一体站的降本空间也不大,这没办法。”广东一家一体站承建商告诉高工氢电。

其三,虽然国内多地对于制加一体站持支持态度,但并未制定详细的运营规范,导致一部分制加一体站实际并未取证,甚至无证可取导致无法正常运营。比如广东某地制氢加氢一体站已经通过竣工验收,但一直在等地方政府出台细则,一直还未投运。

其四,政策松绑后需关注制氢电解槽安全,因为如果出现故障,氢氧混合的可能性非常高,其安全风险也高。因此,电解槽及相关装备需要特别的安全风险防范措施,包括电解槽设计、制造、运营等各方面。

现阶段的一体站,更像是在带着脚链在翩翩起舞。舞姿很漂亮,但如果能进一步突破发展的桎梏,相信将能更好发挥天赋优势,来解决氢气应用的难题。