何广利：加氢站及燃料电池汽车应用

“2020年当时预计一万辆车一百座加氢站，虽然20年没达到，累计八千多辆，但是比较接近。后面有理由相信，十万辆车一千多加氢站肯定没问题，一千座现在保守了，因为中石化宣布到2025年到一千座加氢站，所以这个数量会涨一些，数量多一些对氢能发展是一个好事。”北京低碳清洁能源技术研究院氢能技术开发部经理何广利在可再生能源制绿氢技术、装备与案例大会上的发言。

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何广利：尊敬的各位专家、同行：上午好！前面讲了很多制氢，下面我介绍的是制氢后面和应用结合的。谈到氢能，其实这两年发酵俩两个应用，第一针对燃料汽车，第二是绿氢替代。我主要针对燃料电池汽车这个应用。

对于燃料电池汽车应用，看一下数量比较有代表性，随着这些年从2016年工信部做新能源汽车路线图的时候，开始做第一版，2020年11月份发布第二版，我们一直在修正，这是工信部发布的。如图，基本上这两年的发展情况和当初预计的比较吻合，2020年当时预计一万辆车一百座加氢站，虽然20年没达到，累计八千多辆，但是比较接近。后面有理由相信，十万辆车一千多加氢站肯定没问题，一千座现在保守了，因为中石化宣布到2025年到一千座加氢站，所以这个数量会涨一些，数量多一些对氢能发展是一个好事。

今天我讲的是针对车用加氢站。加氢站目前讲的比较多的是，一个是压力级别，国外涉及到的压力级别大多数70多兆瓦，国内大多数是75兆瓦登记，国外70兆瓦等级居多，乘用车单次加码大概五公斤左右，对于大巴多的话20多公斤。排量不一样，带来的技术要求不一样，后面我会细说。最简单的道理，从安全的角度，算一下速度可以算出来，丰田那个三分钟加满，五公斤算起来平均流量只有1.7公斤每分钟，加大巴虽然35兆瓦，基本上现在可以做到15公斤的话，大概5分钟可以加满，流速至少要3公斤每分钟，这个带来另外一些挑战是不同的。通常对比国内外加氢站经常说国外有多少座，这个数量肯定说明一个问题，但是还要深入剖析一下里面的技术特点。现在从数量上来讲，国内按照去年统计，现在有120多座加氢站，数量来讲从单个国家来讲，现在已经是最多的了。但是，计算数量的时候，其实把固定式加氢站和撬装式的设备算进去了，它是定义为撬装式的设备，但是不是固定式加氢站，它提供了某些加氢的功能，但是按照连续性、高密度连续性加注的话，不具备这个特点。所以要考虑这些特点，这个对于商业化的加氢站很重要，对于撬装式的装备或者内部跑几辆车作为示范应用，不需要背靠背加注能力，所以有些内部示范用撬装式或者撬装式设备的原因。现在国内数量比较多，但是两者都有。

谈到加氢站，加氢站技术发展方向或者作用好坏看你怎么看待它，你把它看作各种设备的集合还是看作一个系统，这个很重要。做加氢站的时候，你追求的不是某个设备性能的最优化，你应该追求的是整站的最优化，整站最优是每公斤成本是多少，这是基本衡量。说加氢站的时候，往往说这个加氢站现在设备成本比较贵，可以从全周期成本摊到每公斤氢气成本算这个事，应该更合理一些。

对于加氢站来说，因为它和燃料电池汽车对应，它的输入边界和输出边界比较受固定，车载需要的是高压，加氢站加出去一定是高压，同时输进来的是液态还是高压也好，还是现场制氢压力偏低一些，加氢站配置就不一样。典型来讲，长管拖车运氢现在20兆帕，今年马上30兆帕会出来，现在后端配置都是这么配置，虽然20兆帕和30兆帕压力差了10兆帕。现有的35兆帕上配的最高20兆帕配的压缩机情况，如果后面30兆帕的长管拖车出来之后，是否能够直接用上去？不一定，里面还有一些问题。液氢现在国内民用没有，国外有一些液氢储氢加氢站，这里面又是不一样了，对于液氢加出去的是高压，运过来是液氢，这里面的转化过程选用什么路线。通常两个路线，一个是用液氢泵低压打成高压，国外有的低压蒸发用气体压缩器从低压打到高压，这两种路线也不一样。

现场制氢，电解水可以做现场制氢，这是没问题的，但是现场电解水制氢，按碱性来说，出口1.6兆帕，对后端压缩机压力很大，可能至少要做2级的压缩，单级国内应用案例来讲失败的居多，这个对后端的就有一些挑战。这里面个人的看法是，你做前端设备的时候，比如我就做加氢站现场用制氢的电解水装置的时候，其实要核算一下出来的压力低一些，后端压缩机要高配一些，还是压缩机配置不变，电解水想办法把压力升上来，两者哪一个好处更多？其实这里面有很多深入探讨的地方。

这是我们自己算的账，国外公司也对照过。不要太追求单个站的设备投资，最终要的是摊到每公斤多少成本，这个很重要。按照我们的估算，运营成本尤其是电耗、可靠性、运维时间、加氢站的负荷对它影响非常大。从这个角度讲，需要从技术开发的角度讲，更多的是如何降低里面的能耗，提高它的可靠性，这是非常重要的点，而不要一味地降低装备的成本。

工业上有一个学习曲线，这个产品的规模上来了，成本就下去了，但是对于加氢站里面的装备，到2025年一千座站，每个站用两台压缩机就两千台压缩机，按照学习曲线规模化效应来讲，这个数量和工业上的数量低太多了。燃料电池几万到，几十万套的时候，成本会急剧下降，但是站里的设备做到和燃料电池规模的话，得几十年之后。从这个角度讲，短期也不太适合拼命地成本，而是应该降能耗和可靠性。对于电解水运行来说，运行十年或者二十年，如果每方氢气降0.2度点，比降低电解槽更划算，从全生命周期讲应该从这个角度更多地衡量。

国内外现在都在做有进口的、有国产的压缩机，这三种形式目前国内能做的主要还是隔膜压缩机，增压泵核心也是进口一些，离子液体更是进口的，不管哪一种最终发展个人觉得就是两点：第一如何降低它的能耗，压缩过程气体压缩是压缩升温的过程，热力学定律如果能做到等温压缩，它的效率肯定最高，这个一定是一个发展方向。如何做到等温压缩，压缩一公斤氢气的话，电耗会下去。按照我们的数据，算到每公斤氢气上，电耗相对来说还是比较高一些，大概2.5度电，高的话大概更高。如何降低电耗非常重要。

另外，现在用于加氢站压缩机故障比较高，而且可怕的不是故障比较高，而是故障发生之后，你并没有弄明白里面到底是什么具体的原因导致它发生故障，这是后续随着加氢站的数量增多，其实这方面要有深入的一些研究，开发一些运维技术，提高它的可靠性。

对于整站来讲是一个物理过程，就是一个物质传递的过程加能量的过程。要想降低能耗，无非就是做到两者优化。优化的时候它和普通的优化不一样，它是一个纯动态的，化工厂基本上都是恒定的，对于加氢站是一个随机的，这一点优化会带来一些难处。氢不再细说，都国产化了，是不是要从降成本的角度来讲做一些轻量化的技术。加注对于加氢机关注更多的是不超温、不超压，不过冲，现在关注比较多的是超温这个事情，做得很好，但是牺牲了加注率，加注率是到底是否给它加满了，加氢也是一样，最终是否冲到百分之百，或者接近百分之百这个很重要。目前市面上加注大部分做不到，压力判断来说到35兆帕都截止了，所以肯定低于90%，相当于车载储氢装了8个瓶子实际我只用了2个瓶子。

我们是国家能源集团研究院，我是做氢能技术开发的，主做方向是针对工业氢这块不做，剩下就是加氢站装备和整个技术。这些年也承担了不少从集团到北京市科委的项目，目前针对车用氢气平台有品质检测的平台，车用氢气品质要求比较高，限值非常低，检测比较麻烦。从加氢站来讲，现在我们有完整的设计平台，我们有大量的实验数据验证，保证模拟设计平台的准确性。基于模拟设计优化，还有我们自己加氢站的测试数据，包括开发出来我们自己加氢站的工艺控制系统，还有满足国际要求的加氢机都有。还有一些技术应用，我们是研究院，也没有专业的力量推成果转化的事，现在也有一些技术在应用。加氢站领域，目前我们牵头做的国标三个，参与的6、7个，包括加氢标准、液氢标准我们都是参编的，还有中石化的起标。谢谢大家！

（发言为北极星氢能网根据速记整理，未经本人审核）