燃料电池行业：加氢站进入快车道

当下燃料电池行业的技术储备和商业模式处于积极探索中并快速发展，主要基于(1)减少石油依赖，改善能源结构;(2)弯道超车掌握下一代汽车动力技术的制高点，加氢快、长续航等优点使得燃料电池极有可能成为下一代汽车动力来源;(3)全生命周期无污染物排放。

2019年政府工作报告已正式宣布推动加氢设施，此外针对加氢设施的发展一系列补贴政策也将陆续出台，产业发展进入快速上升期，在此背景下我们将展开关于燃料电池行业的跟踪和研究。

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▌加氢站及网络建设是普及氢能的基础

氢是目前全球公认的最洁净的燃料，也是重要的化工合成原料。氢不是一次能源，需要使用一次能源通过转换来生产出能量载体，目前氢气的工业应用大多采用高压气态形式作为燃料或原料。

氢燃料电池车(Fuelcellvehicle-FCEV)是使氢或含氢物质及空气中的氧通过燃料电池以产生电力，再以电力推动电动机，由电动机推动车辆，整个过程将氢的化学能转换为机械能。

氢能源的最大好处是跟空气中的氧反应产生水蒸气之后排出，可有效减少燃油汽车造成的空气污染问题，现阶段下高速车辆、巴士、潜水艇和火箭已经在不同形式使用氢燃料，而燃料电池车一般在内燃机的基础上改良而成。

制约氢燃料电池真正走向实用、走向市场、走向大众生活的最大障碍是经济规模的制氢、加氢技术及其社会普遍度、技术上(电堆和整车技术)的可靠性等。

关于经济规模的制氢我们在燃料电池行业深度报告(一)中深入阐述了，本篇作为系列报告的第二篇将重点讨论加氢技术及其社会普遍度，也就是加氢站及网络的建设问题。

对于经济规模的制氢，在燃料电池行业深度报告(一)中，我们分析了低成本氢源的可能来源，我们认为从目前来看，国内化工副产氢的利用是燃料电池行业供氢的较优选择，国内氯碱、PDH和快速发展的乙烷裂解行业可提供充足的低成本氢气资源，且集中在负荷中心密集的华东地区，在对这些装置进行低强度的改造之后可同时解决燃料电池行业的供氢和副产氢高效利用的问题，未来化工副产集中式供氢+水电解分散式制氢将会是国内燃料电池行业供氢模式的发展方向。

作为系列报告的第二篇，在本文中我们将讨论加氢站建设的技术难点，按照不同的分类方法，加氢站可以分为多种类型:

按照制氢地点，加氢站可分为站外制氢加氢站(off—site)和站内制氢加氢站(on—site);按照储存地点，可分为固定式加氢站和移动式加氢站;按照氢气储存状态，可分为液氢加氢站和高压氢气加氢站;按照加注方式，可分为单级加注加氢站和多级加注加氢站;按照制氢方式，加氢站可分为电解水制氢加氢站、工业副产氢加氢站、天然气重整制氢加氢站、甲醇重整制氢加氢站等。

业界通常将加氢站分为站外制氢加氢站和站内制氢加氢站两种。

站外制氢加氢站在加氢站内无氢气生产装置，氢气是从氢源通过运输到达加氢站，氢气运至加氢站后，在站内进行压缩、储存、加注等步骤;

站内制氢加氢站是在加氢站内自备了制氢系统，可以自主制取氢气，氢气经纯化和压缩后进行储存。

目前小型的站内制氢加氢站主要采用站内电解水的方法制氢，另外，还有站内天然气重整制氢、甲醇重整制氢、太阳能或风能制氢等。

氢气的运输:长管拖车目前最经济

短距离运输长管拖车气态氢气运输最经济。

300公里以上液氢槽车运输更经济:氢气运输的方式包括气态氢气输送、液态氢气输送和固态氢气输送。

前两者将氢气加压或液化后再利用交通工具运输，这是目前加氢站比较常用的方式，固态氢气输送通过金属氢化物进行运输。如果考虑氢气液化装置的投入、液化能耗等等因素，气态氢气的运输最经济，长管拖车气态氢气运输成本最低可以达到50公里2.3元/kg，折合为46元(/吨·公里)，当运输距离超过300公里，液氢槽车运输变得更经济。

加氢站核心设备:基本依赖进口

为了使汽车能携带足够的氢气，必须把氢气压缩，压缩的压力越高，储罐所能储存的氢气就越多，其能量密度越大，因此现在国际上燃料电池电动汽车上的氢气储罐压力一般都做到35MPa的工作压力，甚至有做到70MPa工作压力，那么作为给汽车加氢的加氢站，其储罐储存氢气的压力更要高于汽车氢气储罐的压力，才能保证给汽车充气。

因此要真正做到给燃料电池电动汽车、氢内燃机汽车加注氢气，使氢气真正作为能源使用，关键在于氢气的升压技术、储存技术和加注技术及其系统集成，特别是储存技术，这是加氢站的技术难点，而对于站内制氢加氢站，技术难点还包括制氢技术以及系统集成。

加氢站与现有较为成熟的压缩天然气(CNG)加气站相似，主要包括卸气柱(站外制氢加氢站)、压缩机、储氢罐、加氢机、管道、控制系统、氮气吹扫装置、放散装置以及安全监控装置等等，无论是站外制氢加氢站还是站内制氢加氢站其核心设备都是压缩机、储氢罐和加氢机，它们分别占到加氢站建设成本的30%、11%、13%，目前国内加氢站核心设备基本依赖进口。

1.压缩机

压缩机是将氢源加压注入储气系统的核心装置，输出压力和气体封闭性能是其最重要的性能指标。

目前加氢站使用的压缩机主要有隔膜式压缩和离子式压缩机两种。

隔膜式压缩机因无需润滑油润滑，从而能够获得满足燃料电池汽车纯度要求的高压氢气，并且隔膜式压缩机输出压力极限可超过100MPa，足以满足加氢站70MPa以上的压力要求，但隔膜式压缩机在压缩过程中需要采用空气冷却或液体冷却的方式进行降温。

目前国际上主要的隔膜式压缩机的生产商有美国Hydro-PAC公司、PDC公司等等，国内特种718所能够利用PDC公司提供的部件完成组装，上海世博加氢站、北京加氢站都是引进的美国PDC公司产品。

离子式压缩机能实现等温压缩，但因技术尚未成熟，没有大规模使用。

2.储氢罐

储氢罐很大程度上决定了加氢站的氢气供给能力。加氢站内的储氢罐通常采用低压(20~30MPa)、中压(30~40MPa)、高压(40~75MPa)三级压力进行储存。有时氢气长管拖车也作为一级储气(10~20MPa)设施，构成4级储气的方式。

3.加氢机

加氢机是实现氢气加注服务的设备，加氢机上装有压力传感器、温度传感器、计量装置、取气优先控制装置、安全装置等等。当燃料电池汽车需要加注氢气时，若加氢站是采用4级储气的方式，则加氢机首先从氢气长管拖车中取气;

当氢气长管拖车中的氢气压力与车载储氢瓶的压力达到平衡时，转由低压储氢罐供气;依此类推，然后分别是从中压、高压储氢罐中取气;当高压储氢罐的压力无法将车载储氢瓶加注至设定压力时，则启动压缩机进行加注。

加注完成后，压缩机按照高、中、低压的顺序为三级储氢罐补充氢气，以待下一次的加注。这样分级加注的方式有利于减少压缩机的功耗。

加氢机主要的生产企业有德国林德(Linde)、美国AP公司等等，国内厚普股份已成功研发氢气加注装置，产品规格包括日加氢量50公斤、200公斤、500公斤、1000公斤等规格，并且已经为上海、武汉、郑州、张家口等国内布局氢能源汽车的城市供应了氢气加注设备，加氢机是目前最有可能实现国产化的核心设备。

▌国内外加氢站及网络的建设情况

据H2stations(H2stations.org网站)统计，截至2018年底全球加氢站数目达到369座，新增48座:其中欧洲152座，亚洲136座，北美78座。在全部369座加氢站中，有273座是零售型加氢站，对外开放，其余的站点则为封闭用户群提供服务，比如公共汽车或车队用户。

截至2018年底，全球拥有10座以上加氢站的国家有日本(102座)、德国(60座)、美国(42座)、中国(23座)、法国(19座)、英国(17座)、韩国(14座)、丹麦(11座)。日本、德国和美国加氢站共有204座，占全球总数的55%，这三个国家在氢能与燃料电池技术领域在全球处于绝对领先地位。

目前全球氢能源产业还处于导入期，加氢站的建设规模还较小，截至2018年底，已经规划的新增加氢站计划较大的有德国(38座)、荷兰(17座)、法国(12座)、加拿大(7座)、韩国(27座)、中国(18座)。

▌国内加氢站的建设情况

截至2018年底，我国已有23座加氢站在运营，大部分都是以35Mpa加注氢气，并且以外供氢气为主。

对于全球而言，通过上文的分析，我们认为加氢站及网络的建设主要难点并不是在技术层面上，其主要难点是如何降低成本。不仅是建设成本，还有日常运营成本。据日本主要的加氢站建设运营商岩谷产业预计，加氢站的一年运营费用为5000万日元(300万人民币)左右，要想实现盈利，每个站点需要有700-1000辆FCV(固定客户)来加氢，然而在目前的普及程度上，这是不可能达到的。

我国在加氢网络的建设上还处于起步阶段，核心设备基本依赖进口，加氢站数量也比较少，整体比较薄弱。通过对日本、德国、美国的加氢站及网络建设情况的分析，我们可以借鉴:

1.在起步阶段，要通过政府政策引导以及政府示范项目，对加氢站的建设、运营、管理、安全等等方面进行论证，论证结束后，可以制定相关的标准，并不断优化;

2.进入商业化运营后，加氢站的建设应以主要城市为中心，然后再在连通主要城市的交通干道(高速)上建设，形成初步的氢能高速路(网络);

3.在商业化运营后，应该建立政府、上下游企业等参与的产业联盟，不断优化相关标准，并对技术路线、未来政策的制定等等集思广益，发挥全社会的能动性;

4.在规模经济显现前，适当的补贴政策是必要的，可以如日本一样对建设成本、日常运营成本进行补贴，补贴可以是政府发放，也鼓励汽车企业参与发放;

5.相关标准成熟后，应该鼓励产业资本(民间资本)参与建设加氢站，并最终应该以民营企业为主建设加氢网络;

6.加氢站降成本方面，除了技术革新之外，应该充分考虑油气综合加注站，我国幅员辽阔，已有11万座以上的加油站，如果能够充分利用已有的加油站资源，将节省可观的加氢站基础建设成本。