中國儲能網(wǎng)訊：5月24日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦，200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十一屆中國國際儲能大會在杭州洲際酒店召開。此次大會主題是“堅守儲能安全底線，推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的718家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1952位嘉賓參加了本屆大會，其中88家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品。
在5月26日下午的“氫儲能與燃料電池”專場，北京伯肯節(jié)能科技股份有限公司/北京蘭天達(dá)汽車清潔燃料技術(shù)有限公司董事長徐煥恩分享了主題報告《氫儲存加注站發(fā)展實踐與冬奧會燃料電池汽車保障項目應(yīng)用》。經(jīng)演講人本人授權(quán)同意，小編整理了演講速記，并將速記內(nèi)容分享如下：
徐煥恩：尊敬的主持人，各位專家，下午好！
感謝組委會提供這么一個機(jī)會，讓我報告《氫儲存加注站發(fā)展實踐與冬奧會燃料電池汽車保障項目應(yīng)用》。
為什么介紹這個題目？因為研究氫能是一回事，沒有問題，但如果一旦要把氫真正利用，那就涉及到氫的制、運(yùn)、儲，到這個環(huán)節(jié)才能真正體現(xiàn)它的商業(yè)價值。
北京2022年冬奧會期間很重要的一個保障項目是運(yùn)營綠色環(huán)保零排放的氫能團(tuán)體車，其中有212輛燃料電池大巴車，這些車是北京市政府采購的，這些車所有的氫系統(tǒng)是我們公司“蘭天達(dá)”品牌提供氫供應(yīng)系統(tǒng)的制造和安裝。有車就會有站，加氫站就是給車加注氫，冬奧會四個加氫站保障項目，有兩個是我們公司“伯肯”品牌負(fù)責(zé)提供加氫站設(shè)備并EPC總包。所以今天我把這個項目設(shè)備技術(shù)應(yīng)用情況跟大家一起分享。
我們公司在氫能及氣體增壓供應(yīng)領(lǐng)域做兩大品牌：一是“伯肯”，一是“蘭天達(dá)”。蘭天達(dá)主要是做汽車領(lǐng)域的一些業(yè)務(wù)，伯肯主要是做氣體增壓的業(yè)務(wù)。氣體增壓包括一些壓縮機(jī)，包括氣驅(qū)、液驅(qū)、電驅(qū)，隔膜壓縮機(jī)主要用在石油、化工特別是加氫站領(lǐng)域，還有是空壓機(jī)，空壓機(jī)主要是燃料電池里面的增壓項目。我們做氫的系統(tǒng)，就是在過去的天然氣系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，車載壓縮天然氣（CNG）系統(tǒng)壓力是20MPa，CNG加氣站是25MPa；車載壓縮氫系統(tǒng)是35MPa或70MPa，加氫站加注壓力是45MPa或90MPa。公司在全國建設(shè)了將近400座CNG站，近10萬輛各類車輛CNG供氣系統(tǒng)。現(xiàn)在仍給北京公交將近1萬輛各類天然氣公交汽車提供服務(wù)。
我們公司由航天在1997年開始成立。主要業(yè)務(wù)在車載天然氣供應(yīng)系統(tǒng)、燃料電池車載氣體系統(tǒng)（氫供應(yīng)系統(tǒng)及燃料電池空壓機(jī)）和加氫站及各類氣體增壓系統(tǒng)等三個領(lǐng)域，2003年開始配合清華大學(xué)汽車系做燃料電池氫供應(yīng)系統(tǒng)，2017年獲批設(shè)立“燃料電池氫系統(tǒng)及空壓機(jī)北京市工程實驗室”。
接下來就這個報告主要講三個內(nèi)容：一、氫能源利用；二、氫儲存加注站發(fā)展實踐；三、2022北京冬奧會加氫站保障項目建設(shè)。
現(xiàn)在介紹第一部分：氫能源利用
這張圖跟大家分享一下，主要是講氫的特性。因為氫的性質(zhì)就注定了氫能發(fā)展的特殊性。我們先看右邊的圖，為什么講現(xiàn)在燃料電池車要用高壓加氫？實際上目前來看幾種氫的質(zhì)量能量密度，氫是最高的，沒問題，達(dá)到142.7MJ/kg，基本是汽油的3.3倍，是柴油的3.1倍，是天然氣的2.6倍。它在體積能量密度上就差多了，因為體積能量密度才是決定車輛使用的關(guān)鍵。氫液態(tài)時體積能量密度是汽油的1/3，是天然氣的2/5左右，氣態(tài)時的體積能量密度是天然氣的1/3。這些都是氫的特性決定的。
用在交通工具及車載加注儲氫上，必須講體積能量密度，我們才可能把車輛做好。就體積能量密度而言，固態(tài)儲氫和有機(jī)溶質(zhì)儲氫用在車輛儲氫方面，還遠(yuǎn)不如高壓儲氫技術(shù)方案。液態(tài)儲氫由于法規(guī)問題，還不能實際應(yīng)用。我們做過分析比較，用于車輛儲氫領(lǐng)域及加氫站，最現(xiàn)實的也是現(xiàn)在全世界最通用的是氫氣高壓加注儲氫。
我們看下面的圖是講儲氫密度，2是講35MPa下的儲氫密度，基本上在40公斤/立方米左右，而到1就是氣態(tài)高壓儲氫，是壓縮到70MPa的儲氫密度。是的，還有很多方法儲氫，比如說我們合作開發(fā)的有機(jī)溶質(zhì)儲氫的后續(xù)處理，它的儲氫密度可以達(dá)到5%-7%，但是它需要一個雙容積和加熱過程，包括金屬儲氫也是一樣，儲氫密度低，但是壓力低了帶來的儲氫的使用安全性，其實帶來很多附加的一些輔助處理設(shè)施，它的問題就帶來了。3是在低溫高壓加壓情況下，儲氫密度是很高，但是帶來很多的多變性。另外是現(xiàn)在發(fā)展的液體儲氫，液體儲氫是我們看到儲氫密度比較高，現(xiàn)在的問題是什么，液體儲氫在制液過程當(dāng)中基本上要耗費(fèi)14.4兆焦/公斤，相當(dāng)于氫本身能量的10%。但實際上要實現(xiàn)，還要多耗能3倍以上，現(xiàn)在安全法規(guī)也有影響。另外一方面，我們看左邊的圖，它的爆炸極限特別寬。因為我們不能不考慮在氫的使用過程當(dāng)中加注和產(chǎn)出、運(yùn)輸時候的安全特性問題，不是說一味地講它的能量怎么利用，安全是最基本的條件。在空氣當(dāng)中體積含量在4%-75%，都可以燃燒或爆炸。體積含量在18%-59%都是可以爆炸的。實際上壓力上升速度非?？?，最大上升速度和平均壓力上升速度可以達(dá)到甲烷的八九倍，我們看到爆炸瞬間就有這么一個沖擊波，爆炸威力非常大。因此，氫使用方面也就給我們帶來種種限制，這就是使用過程當(dāng)中要注意的一些問題。
從氫的制取來源方面，現(xiàn)在幾種化石能源和可再生能源都可以制氫，如一次能源可以得到石油、天然氣和煤等，由這些一次能源又可以得到二次能源，如汽油、柴油、天然氣、甲醇、二甲醚、氫及發(fā)電等等，可再生能源中生物質(zhì)及垃圾可以得到甲醇和柴油，也能發(fā)電或制氫。但是我們看到下面的核能、光伏和風(fēng)能，可以發(fā)電，但電不能保存，要想保存，制氫儲氫是能量儲存的最有效途徑之一。實際上我們現(xiàn)在在加氫站里面，在移動車輛的使用方面，氫是所有的一次能源和可再生能源都能得到的二次能源。
而右邊的圖，我們看到美國能源部2020年11月份公布的氫能計劃里面，它講了氫能發(fā)展概念的時候特別講到了可再生的問題，我們看到所有的可再生的、綠色的能源都可以產(chǎn)生電，電是不能存儲的，可以電解水制氫存儲，而氫可以發(fā)電產(chǎn)生水。所以把氫儲存以后，比如說氫可以做到合成染料、生物油/氨、冶金、化學(xué)，除了圈紅圈以外的這幾個可以就近或者化工園區(qū)來做，但是在交通運(yùn)輸和加熱/分布式電源取熱方面，氫就得要運(yùn)輸了。氫的運(yùn)輸有各種各樣的方式，采用什么樣的方式？所以現(xiàn)在有液氫，當(dāng)然日本用了比較多，咱們國家液氫現(xiàn)在主要還是在航天上多一些，但是在民用方面特別是車輛方面，我們現(xiàn)在還沒有用液氫?，F(xiàn)在更多的是氣氫，至于說是目前的金屬儲氫和有機(jī)溶質(zhì)載氫，還沒有真正商業(yè)應(yīng)用。氫是宇宙中最豐富的元素，然而，它在地球上沒有天然獨立存在。它必須從含氫的原料（如水、生物質(zhì)、化石燃料或廢料）中產(chǎn)生。一旦氫被生產(chǎn)出來，它就可以用來存儲、移動和低碳或無碳運(yùn)輸把能量送到需要的地方。
現(xiàn)在及未來相當(dāng)長一段時間，車輛上使用的氫，都需要壓縮加氫站加注。
所以我們?yōu)槭裁刺岢鰵鋬Υ婕幼⒄镜母拍?？我們在交通運(yùn)輸和供熱、分布式電源方面，這里面的氣體儲氫就是目前最現(xiàn)實和最常見的。
純電動汽車，這個產(chǎn)業(yè)鏈條比較簡單。氫燃料電池汽車，從制氫、儲氫、運(yùn)氫、加氫站加注到車輛使用，產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菑?fù)雜的。
怎么進(jìn)行氫加注？我前面講的就是我們?yōu)槭裁从脷?、為什么是氣態(tài)加注，它為什么會有這么一個演化，然后這個鏈條是怎么做的、加氫站是怎么做的。
下面我講講第二部分，氫儲存加注站發(fā)展實踐
前面很多專家分享了市場情況。
關(guān)于市場我這里介紹二張PPT，我不再詳細(xì)講，主要介紹全球和中國未來發(fā)展情況，大家可以看看。2030年中國要到1萬座加氫站保有量，這是匯豐銀行的報告，我不再敘述了。
加氫站和車輛發(fā)展情況，這個圖就可以看到，深藍(lán)的是200座以上的省份和城市，藍(lán)色的是70座以上的，所以這是全國未來的發(fā)展。我們今天開這個會，也是講加注站怎么發(fā)展，也是契合當(dāng)前國家碳達(dá)峰碳中和的要求。
作為氫加注所涉及產(chǎn)業(yè)鏈來講，我們這個圖的內(nèi)容講就不再說了，我們主要是考慮儲氫和氫加注。
加氫站，我們主要就是從天然氣加氣站演化過來，實際上就是給車加注高壓氫氣。而且現(xiàn)在國際上商業(yè)化運(yùn)行的，除了寶馬公司使用液氫儲氫罐以外，基本上全都是氣態(tài)氫加注。
現(xiàn)在氫加注的概念，是和我們過去在做天然氣加氣站技術(shù)有共同之處的。我們過去做了400座天然氣加氣站的項目，從1997年開始做，做到現(xiàn)在，基本上我們就是按照這一個系列來走。氫的發(fā)展也會走這樣的系列，就是產(chǎn)生氫、類似于母站，加注氫，然后運(yùn)輸，然后到加氫站供氫，然后到給車輛加注。
壓縮機(jī)驅(qū)動方式有各式各樣的。具體采用什么樣的方式，如果建加氫站，建議多參考一下過去天然氣怎么做，這樣會事半功倍。
從CNG到氫來說，我們可以看到都是需要壓縮機(jī)從低壓升到高壓，所以我們可以看到左邊是CNG，右邊是氫，氫站和CNG站工藝流程也基本上是一致的。
這是加氫站設(shè)備制造的一個工藝流程，盡管現(xiàn)在有加氫站建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 50156只是講它的安全和一些基本要求，但是真正做一個站設(shè)備需要什么樣的工藝、怎樣結(jié)構(gòu)，我這個圖就很好地反映了，供大家學(xué)習(xí)參考。這個站的工藝是描述從氫轉(zhuǎn)運(yùn)車卸氣到壓縮到控制盤到加氫機(jī)加注儲存過程。
從目前的氫壓縮機(jī)種類主要有四種：1.氣驅(qū)壓縮機(jī)，滿足低容量、小排量，主要是在實驗室和車廠進(jìn)行驗證用的，它是無電源、無動力，靠氣泵、靠外面的氣瓶差壓進(jìn)行驅(qū)動；2.離子液氫壓縮機(jī)，這是林德公司在零幾年開發(fā)出來的，在國內(nèi)有一兩個試用，但是在日本有一些做加氫的，我也在德國看到過；3.液驅(qū)活塞氫壓縮機(jī)，主要是講可以頻繁啟動，但是流量不能太大；4.隔膜氫壓縮機(jī)，不能頻繁啟動，但是流量可以很大，這個完全是無油的。
這個圖就是比較了它們的優(yōu)缺點，這里面沒有給出量化，其實是有量化的，它用了多長時間、設(shè)備成本多少、維護(hù)成本多少，如果感興趣可以會后交流。包括如果是客戶該怎么選擇？如果是制造商該怎么選擇？
這是什么？我們設(shè)計壓縮機(jī)，就要根據(jù)輸入的氣體的壓力和客戶要求的流量，比如說日加注量是多少公斤，200公斤、500公斤還是1000公斤，這樣的話，我們根據(jù)輸入要計算它的溫度和流量、功率。這幾個參數(shù)下來，就是為了更好地設(shè)計我們的產(chǎn)品，這也是事前要計算的。
這張圖就是說一個加氫站要完成一個功能的話，包括到現(xiàn)在35MPa還不需要溫度交換，到70MPa就需要溫度交換，進(jìn)行一個通訊，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)大多數(shù)都參考美國的SAE J2600的標(biāo)準(zhǔn)，加氫站設(shè)計要滿足什么？滿足入口流量的壓力要求，滿足出口壓力和溫度要求，滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊和各種檢測及控制，同時滿足系統(tǒng)的安全可靠性要求。一個加氫站里面設(shè)計的這些零部件的模塊就是要保障這四個功能，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能設(shè)計、測控設(shè)計和安全保障設(shè)計等等。
這個設(shè)計之后，我們看到我們做的第一個加氫站案例，這個站里面是三合一的（CNG、LNG和H2），下面這個綠色部分就是我們做的加氫站的現(xiàn)場照片，從儲氫到壓縮到冷卻到卸氣到加注，實際上這些功能模塊和傳統(tǒng)的CNG是大同小異的。
下面我介紹本報告第三部分，2022北京冬奧會加氫站保障項目建設(shè)
請大家堅信一點，就是在未來相當(dāng)長一段時間，依然是高壓加氫加注，是氫的儲運(yùn)一個重要方式，冬奧會用的加氫站也不例外。
這是冬奧會保障項目之一，在北京昌平福田公司，加注壓力35MPa，占地不到3畝，日加注量500公斤，要求把加氫機(jī)和壓縮機(jī)放在一起，右邊是一個儲氫瓶組，這是我們提供的加氫站設(shè)備及EPC項目。
設(shè)置了一臺壓縮機(jī)、一個雙槍，包括KT17、TK25，還有一個氮氣瓶組拖車，這是現(xiàn)場情況，這個月正在調(diào)試，馬上要啟動了。
第二個是在北京延慶，也是給冬奧會上用的，70MPa，最大加注量1320公斤，加注有70MPa，也有35MPa。
這是整個站的規(guī)劃。現(xiàn)在這個項目已經(jīng)開始施工建設(shè)，7月份建成。有70MPa的壓縮機(jī)2臺、35MPa的加氫機(jī)1臺、70MPa的加氫機(jī)2臺。占地有3000多平米。
現(xiàn)在我們在做的工作，主要是在模塊化上，力爭氫加注壓縮機(jī)站體積更小，安全可靠性更高，國產(chǎn)化及低成本。目前的大流量及70MPa加氫站基本功能件全都進(jìn)口，成本居高不下。
