2020年4月，國家能源局發(fā)布《中華人民共和國能源法（征求意見稿）》，刷新了對能源的定義，氫能被列為能源范疇，這將是中國第一次從法律上確認(rèn)氫能屬于能源。
氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?。作為二次能源，來源多樣，包括工業(yè)副產(chǎn)氣制氫、電解水制氫、化石燃料制氫、化工原料制氫以及與可再生能源發(fā)電結(jié)合。應(yīng)用場景豐富，可廣泛應(yīng)用于能源、交通運(yùn)輸、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域。
目前我們氫能產(chǎn)業(yè)最受矚目的應(yīng)用場景是氫燃料電池汽車。在國家和地方政府的政策支持下，近幾年我國氫燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展迅速。2017年，我國燃料電池汽車總銷量為1272輛，2018年為1527輛，2019年為2737輛，近三年復(fù)合增速為46．69％，歷年累計(jì)銷量為6175輛。
圖1 中國2015－2019年燃料電池汽車銷量一覽
截至2020年4月底，香橙會研究院統(tǒng)計(jì)，我國累計(jì)建成71座加氫站。但業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為加氫站基礎(chǔ)設(shè)施遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠——目前我國氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈基本打通，而氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用的難點(diǎn)還在于氫氣的儲運(yùn)和加注環(huán)節(jié)。該難題一旦解決，我國氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入大規(guī)模市場化階段。
就氫氣的儲運(yùn)加難題，下面將逐一分析。
氫氣儲存
1．高壓氣態(tài)儲氫
當(dāng)前高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)比較成熟，是目前最常用的儲氫技術(shù)。該技術(shù)是采用高壓將氫氣壓縮到一個耐高壓的容器里。儲氫罐主要由壓力部件金屬套筒、聚合物或金屬襯板、碳纖維增強(qiáng)層、防沖擊外罩和底座組成，可有效增強(qiáng)氣罐的抗沖擊能力，提高安全性，同時(shí)灌裝氫氣方便。
國際主流技術(shù)以鋁合金／塑料作為氫瓶內(nèi)膽用于保溫，外層則用3公分左右厚度的碳纖維進(jìn)行包覆，提升氫瓶的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并盡可能減輕整體質(zhì)量。氫瓶閥門處利用細(xì)長的管道將幾組氫瓶進(jìn)行串聯(lián)，并加裝溫度傳感器等監(jiān)控設(shè)備。安全性方面，當(dāng)溫度傳感器感應(yīng)到外界溫度遠(yuǎn)高于正常溫度時(shí)（一般超過100℃時(shí)），會自動打開閥門快速釋放瓶內(nèi)所有氣體。
圖2 儲氫罐解剖示意圖
目前應(yīng)用的高壓儲氫氣瓶主要有四類：全金屬氣瓶（Ⅰ型）、金屬內(nèi)膽纖維環(huán)向纏繞氣瓶（Ⅱ型）、金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶（Ⅲ型）、非金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶（Ⅳ型）。高壓儲氫瓶關(guān)鍵技術(shù)集中在內(nèi)襯層、纏繞層和過渡層。
表1 儲氫罐的材料和類型
根據(jù)應(yīng)用方式的不同，高壓氣態(tài)儲氫分為車用高壓氣態(tài)儲氫和固定式高壓氣態(tài)儲氫。
車用高壓氣態(tài)儲氫主要應(yīng)用于車載系統(tǒng)，大多使用金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶（III型）和塑料內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶（IV型），當(dāng)前國內(nèi)車載系統(tǒng)中主要以III型瓶為主，成熟的車載儲氫技術(shù)為35MPa壓力標(biāo)準(zhǔn)。70MPa的Ⅲ型儲氫罐使用標(biāo)準(zhǔn)在2017《車用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》已經(jīng)頒布，配套的70MPa加氫設(shè)備和系統(tǒng)在研發(fā)和小范圍應(yīng)用階段。
歐美日加氫站普遍采用與汽車配套的70MPa壓力標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備量產(chǎn)。國內(nèi)目前生產(chǎn)車載高壓儲氫罐的企業(yè)有科泰克、天海工業(yè)、中材科技、斯林達(dá)安科等，具備高壓儲氫系統(tǒng)生產(chǎn)能力的企業(yè)有舜華新能源、伯肯節(jié)能、國富氫能、科泰克等。
固定式高壓氣態(tài)儲氫主要應(yīng)用在固定場所，如制氫廠、加氫站以及其他需要儲存高壓氫氣的地方。目前主要使用大直徑儲氫長管和鋼帶錯繞式儲氫罐來儲氫。石家莊安瑞科于2002年在國內(nèi)率先研制成功20／25MPa大容積儲氫長管，并應(yīng)用于大規(guī)模氫氣運(yùn)輸。鋼帶錯繞式儲氫罐目前有45MPa和98MPa兩種型號，如浙大與巨化股份制造生產(chǎn)的兩臺國內(nèi)最高壓力等級98MPa立式高壓儲罐，應(yīng)用在江蘇常熟豐田加氫站中。國內(nèi)生產(chǎn)固定式高壓儲氫罐的企業(yè)有石家莊安瑞科、魯西化工、開原維科、巨化股份等。
雖然高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)比較成熟、應(yīng)用普遍，但是體積比容量小，未達(dá)到美國能源部（DOE）制定的發(fā)展目標(biāo)，是該技術(shù)一個致命的弱點(diǎn)。除此之外，高壓氣態(tài)儲氫存有泄漏、爆炸的安全隱患，因此安全性能有待提升。未來，高壓氣態(tài)儲氫還需向輕量化、高壓化、低成本、質(zhì)量穩(wěn)定的方向發(fā)展。
圖3不同車用高壓儲氫罐類型的重量（按照儲氫5kg對比）
2．低溫液態(tài)儲氫
低溫液態(tài)儲氫技術(shù)是將氫氣壓縮后冷卻到－253℃以下，使之液化并存放在絕熱真空儲存器中。與高壓氣態(tài)儲氫相比，低溫液態(tài)儲氫的質(zhì)量和體積的儲氫密度都有大幅度提高，通常低溫液態(tài)儲氫密度可以達(dá)到5．7％。僅從質(zhì)量和體積儲氫密度分析，運(yùn)輸能力是高壓氣態(tài)氫氣運(yùn)輸?shù)氖兑陨稀?
低溫液態(tài)儲氫技術(shù)應(yīng)用還存在一些難題有待解決。首先是液化耗電量大，把氣態(tài)的氫變成液態(tài)的氫較難，液化1千克氫氣就要消耗10－13千瓦時(shí)的電量。其次，為了能夠穩(wěn)定的儲存液態(tài)氫，需要耐超低溫和保持超低溫的特殊容器，該容器需要抗凍、抗壓，且必須嚴(yán)格絕熱。因此，這種容器除了制造難度大，成本高昂之外，還存在易揮發(fā)、運(yùn)行過程中安全隱患多等問題。
圖4 液氫儲罐和儲存系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示
液氫儲運(yùn)是當(dāng)前的研發(fā)重點(diǎn)，日、美、德等國已將液氫的運(yùn)輸成本降低到高壓氫氣的八分之一左右。日本企業(yè)為了支撐液氫供應(yīng)鏈體系的發(fā)展，解決液氫儲運(yùn)方面的關(guān)鍵性技術(shù)難題，投入了大量研發(fā)，推出的產(chǎn)品大多已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際檢驗(yàn)階段，如日本企業(yè)開發(fā)的大型液氫儲運(yùn)罐，通過真空排氣設(shè)計(jì)保證了儲運(yùn)罐高強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高阻熱性。
目前，低溫液態(tài)儲氫已應(yīng)用于車載系統(tǒng)中，在全球的加氫站中有較大范圍的應(yīng)用。但是在車載系統(tǒng)中的應(yīng)用不成熟。液氫加氫站在日本、美國及法國市場比較多，目前全球大約有三分之一以上的加氫站是液氫加氫站。
雖然如此，但我國的液氫工廠僅為航天火箭發(fā)射服務(wù)，受法規(guī)所限，還無法應(yīng)用于民用領(lǐng)域。并且，受限于技術(shù)沒有成熟，國內(nèi)的應(yīng)用成本很高。航天101所在液氫的制備、儲運(yùn)、應(yīng)用上都有成熟的經(jīng)驗(yàn)，國富氫能和中科富海也在嘗試推廣低溫液氫技術(shù)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用。相關(guān)部門正在研究制定液氫民用標(biāo)準(zhǔn)，車用液氫技術(shù)研究正在進(jìn)行中，未來液氫將應(yīng)用在一些長途、重型商用車，以及加氫站中。
3．儲氫材料儲氫
儲氫材料主要可分為物理吸附類材料、金屬合金氫化物材料、絡(luò)合化學(xué)氫化合物材料、液態(tài)有機(jī)儲氫材料等。碳質(zhì)材料等物理吸附材料只能在較低溫度下有足夠的儲氫密度，常溫常壓下其吸氫量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于商用儲氫指標(biāo)，并且制備碳納米材料技術(shù)尚不成熟；絡(luò)合化學(xué)氫化物儲氫密度較高，但材料的加氫／脫氫的可逆性、加氫／脫氫過程的副反應(yīng)等都是亟待解決的重要問題。所以目前在眾多儲氫材料中最有望突出重圍的是金屬合金氫化物材料和液態(tài)有機(jī)儲氫材料。
圖5儲氫材料的分類
（1）金屬合金儲氫材料
金屬氫化物儲氫是利用過渡金屬或合金與氫反應(yīng)，以金屬氫化物形式吸附氫，然后加熱氫化物釋放氫。當(dāng)金屬單質(zhì)作為儲氫材料時(shí)，能獲得較高的質(zhì)量儲氫密度，但釋放氫氣的溫度高，一般超過300℃。稀土類化合物（LaNi5）、鈦系化合物（TiFe）、鎂系化合物（Mg2Ni）以及釩、鈮、鎬等金屬合金等都是合適的金屬儲氫材料，能有效克服高壓氣態(tài)和低溫液態(tài)兩種儲氫方式的不足，且儲氫體積密度大、安全性高、成本低等。
目前嶄露頭角的金屬儲氫燃料電池企業(yè)代表有鎂源動力、佳華利道等。鎂源動力在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了鎂基儲氫材料的產(chǎn)業(yè)化，推動鎂基儲氫材料在儲運(yùn)氫系統(tǒng)和固定式電源、專業(yè)級無人機(jī)等的應(yīng)用，并與加氫站建站企業(yè)合作進(jìn)行鎂基固態(tài)儲氫車的研發(fā)。佳華利道與飛馳客車合作，成功研制出全國首臺低壓儲氫燃料電池公交車，該公交車的車載儲氫設(shè)備采用固態(tài)合金儲氫技術(shù)，且其參與的全球首座低壓加氫站于2019年7月在遼寧葫蘆島投入運(yùn)營。傳統(tǒng)的稀土類儲氫材料企業(yè)有北京浩運(yùn)金能和廈門鎢業(yè)等，這兩家也是國內(nèi)少數(shù)進(jìn)入了混合動力汽車（HEV）電池供應(yīng)鏈的儲氫材料生產(chǎn)企業(yè)。
（2）有機(jī)液態(tài)儲氫材料
有機(jī)液體儲氫技術(shù)的發(fā)展在國外如日本，由政府主導(dǎo)，8個部門一起協(xié)作，諸多知名公司如日本巖谷、豐田等都在積極參與，目前在儲氫載體的選擇上進(jìn)展緩慢。
在中國已有所成就，代表是以普林斯頓大學(xué)歸國博士程寒松教授為技術(shù)核心的武漢氫陽，選用的有機(jī)液態(tài)儲氫材料為乙基咔唑。
2017年，中國揚(yáng)子江汽車與氫陽能源聯(lián)合開發(fā)了一款城市客車，利用有機(jī)液體儲氫技術(shù)，加注30L的氫油燃料，可行駛200km。2019年3月1日，湖北宜都?xì)潢栃虏牧嫌邢薰緝洳牧享?xiàng)目一期工程正式投產(chǎn)，生產(chǎn)出第一批常溫常壓下液體儲氫材料。宜都系氫陽能源儲氫材料的生產(chǎn)基地，一期工程的建成投產(chǎn)標(biāo)志著有機(jī)液態(tài)儲氫技術(shù)產(chǎn)業(yè)化邁出了實(shí)質(zhì)性一步，為該技術(shù)的規(guī)?；茝V奠定了基礎(chǔ)。
圖6．不同儲氫技術(shù)比較，來源：香橙會研究院
氫氣運(yùn)輸
運(yùn)氫的方式主要有三種：氣氫拖車運(yùn)輸（tube trailer）、氣氫管道運(yùn)輸（pipeline）和液氫罐車運(yùn)輸（liquid truck）。
氫能供應(yīng)鏈中運(yùn)氫環(huán)節(jié)主要包括制氫廠的運(yùn)輸準(zhǔn)備環(huán)節(jié)（氫氣壓縮／液化、存儲及加注）和車輛／管道運(yùn)輸過程所涉及的設(shè)備。
根據(jù)運(yùn)輸中氫氣所處狀態(tài)，氫氣運(yùn)輸分為氣態(tài)氫氣運(yùn)輸、液態(tài)氫氣運(yùn)輸、有機(jī)液體氫氣運(yùn)輸和固態(tài)氫氣運(yùn)輸。
1．氣態(tài)氫氣運(yùn)輸
氣態(tài)氫氣的運(yùn)輸通常是將氫氣經(jīng)加壓至一定壓力后，然后利用集裝格、長管拖車和管道等工具輸送。集裝格由多個水容積為40 L的高壓氫氣鋼瓶組成，充裝壓力通常為15 MPa。集裝格運(yùn)輸靈活，對于需求量較小的用戶，這是非常理想的運(yùn)輸方式。長管拖車由車頭和拖車組成，管束作為儲氫容器，目前常用的管束一般由9個直徑約為0．5 m，長約10 m的鋼瓶組成，其設(shè)計(jì)的工作壓力為20 MPa，約可儲存氫氣3500標(biāo)準(zhǔn)m3。長管拖車技術(shù)成熟，規(guī)范完善，因此國外較多加氫站采用長管拖車運(yùn)輸氫氣。
氣態(tài)氫氣運(yùn)輸方面，國內(nèi)主要為長管拖車運(yùn)輸，按照中華人民共和國交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JT／T 617．1－2018危險(xiǎn)貨物道路運(yùn)輸規(guī)則》。長管拖車運(yùn)輸使用長管拖車，運(yùn)輸儲存壓力為20MPa。因成本因素限制，該方式適用于短距離氫氣運(yùn)輸，經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑為200km左右。
長管拖車運(yùn)輸設(shè)備產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)已經(jīng)成熟，石家莊安瑞科、浙江藍(lán)能、雙瑞特裝、魯西化工等公司都生產(chǎn)長管拖車。長管拖車在制氫廠一般通過壓縮機(jī)充裝，平均每輛加注時(shí)間約8小時(shí)，而河北海珀?duì)柌捎玫母邏簝奁胶獬溲b大大縮短了車輛加注時(shí)間，僅1．5小時(shí)便可快速安全完成加注。此外針對小規(guī)模用氫客戶，可采用15MPa壓力的氫氣鋼瓶和氫氣集裝格運(yùn)輸。
2．氣氫管道運(yùn)輸
低壓管道運(yùn)輸適用于大規(guī)模點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)輸。由于氫氣與某些金屬存在氫脆現(xiàn)象，管道材料有特殊要求，因此投入成本高、造價(jià)貴。
目前，國外低壓氣氫管道運(yùn)輸處于小規(guī)模發(fā)展階段。除純氫管道運(yùn)輸外，還可以在天然氣管網(wǎng)中摻混氫氣（氫氣含量≤20％），運(yùn)輸結(jié)束后對混合氣體進(jìn)行氫氣提純，具有良好的經(jīng)濟(jì)性與安全性。
管道輸送方式以高壓氣態(tài)或液態(tài)氫的管道輸送為主。管道“摻氫”和“氫油同運(yùn)”技術(shù)是實(shí)現(xiàn)長距離、大規(guī)模輸氫的重要環(huán)節(jié)。全球管道輸氫起步已有80余年，美國、歐洲已分別建成2400km、1500km的輸氫管道。
在我國，大規(guī)模的低壓管道運(yùn)輸還沒有形成。2016年，中石化管道局在河南省濟(jì)源市工業(yè)園區(qū)－洛陽市吉利區(qū)建成了氫氣管道，該氫氣管道材質(zhì)為245NS無縫鋼管，管徑508mm，設(shè)計(jì)壓力4MPa，年輸氫量10．04萬噸，全長25公里，是我國目前管徑最大、壓力最高、輸量最高的氫氣管道。
氫氣管道的造價(jià)約為天然氣管道造價(jià)的2倍以上，且氫氣密度遠(yuǎn)小于天然氣，導(dǎo)致氫氣的輸送成本也比天然氣高。若能對現(xiàn)有天然氣管道進(jìn)行改造，輸送純氫對未來氫能的發(fā)展也有幫助。
不過此法適合點(diǎn)對點(diǎn)、規(guī)模大的氫氣運(yùn)輸，現(xiàn)階段加氫站對氫氣的需求暫時(shí)達(dá)不到這等規(guī)模。
3．液氫罐車運(yùn)輸
液氫罐車運(yùn)輸使用槽罐車。液氫的單車運(yùn)氫能力是氣氫的10倍以上，運(yùn)輸效率提高，綜合成本降低。但是該運(yùn)輸方式增加了氫氣液化深冷過程，對設(shè)備、工藝、能源的要求更高；還有一項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)是氫液化的能耗較大，工程中實(shí)際耗費(fèi)的能量占到了總氫能的30％。
液氫儲存罐是液化氫儲存的關(guān)鍵。要求液化氫儲罐具有良好的絕熱性和高真空度。液化相同的氫氣比氫氣壓縮的耗電量高11倍甚至更多，所以前期投入成本較高。根據(jù)國金證券研究所測算，液化過程的設(shè)備投資和電耗成本占運(yùn)氫成本的70％－80％。但液氫罐車運(yùn)輸?shù)某杀緯S著規(guī)模的增大而大幅降低，但隨運(yùn)輸距離變長而成本升高的幅度不大。綜合來看，液氫罐車運(yùn)輸?shù)某杀究梢杂行Ы档汀?
液氫罐車運(yùn)輸在國外應(yīng)用較為廣泛，國內(nèi)目前僅用于航天及軍事領(lǐng)域，但相關(guān)企業(yè)已著手研發(fā)相應(yīng)的液氫儲罐、液氫槽車，如中集圣達(dá)因、國富氫能等公司已開發(fā)出國產(chǎn)液氫儲運(yùn)產(chǎn)品。相關(guān)部門正在研究制訂液氫民用標(biāo)準(zhǔn)，未來液氫運(yùn)輸將成為我國氫能發(fā)展的大動脈。
圖7．三種運(yùn)氫方式的規(guī)模與成本和能耗比較，來源：香橙會研究院
總體而言，氣態(tài)及液態(tài)氫氣運(yùn)輸為目前國際上的主要運(yùn)輸方式。我國主要采用氣氫拖車運(yùn)輸，適用于小規(guī)模短距離運(yùn)輸；液氫罐車運(yùn)輸適用于長距離運(yùn)輸，多用于航天及軍事領(lǐng)域。隨著氫能產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，氫氣運(yùn)輸技術(shù)的進(jìn)一步提高，氣氫管道運(yùn)輸、液氫罐車運(yùn)輸?shù)雀咝实统杀镜倪\(yùn)氫方式將會成為氫能產(chǎn)業(yè)運(yùn)輸發(fā)展的方向。
加氫站
基礎(chǔ)設(shè)施加氫站是利用氫能和促進(jìn)氫能發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，是為燃料電池車充裝燃料電池的場所。不同來源的氫氣經(jīng)氫氣壓縮機(jī)增壓后，儲存在高壓儲氫罐內(nèi)，再通過氫氣加注機(jī)為氫燃料電池車加注氫氣。在商業(yè)運(yùn)行模式下，乘用車氫氣加注時(shí)間一般控制在3－5分鐘。
根據(jù)氫氣來源不同，加氫站分為站外制氫加氫站和站內(nèi)制氫加氫站兩種。外供氫加氫站通過長管拖車、液氫槽車或者管道輸運(yùn)氫氣至加氫站后，在站內(nèi)進(jìn)行壓縮、存儲、加注等操作。站內(nèi)制氫加氫站是在加氫站內(nèi)配備了制氫系統(tǒng)，制取的氫氣經(jīng)純化、壓縮后進(jìn)行存儲、加注。站內(nèi)制氫包括電解水制氫、天然氣重整制氫等方式，可以省去較高的氫氣運(yùn)輸費(fèi)用，但是增加了加氫站系統(tǒng)復(fù)雜程度和運(yùn)營水平。
根據(jù)加氫站內(nèi)氫氣儲存狀態(tài)不同，加氫站有氣氫加氫站和液氫加氫站兩種。目前全球400多座加氫站中，30％以上為液氫儲運(yùn)加氫站，主要分布在美國和日本。相比氣氫儲運(yùn)加氫站，液氫儲運(yùn)加氫站占地面積小，同時(shí)液氫儲存量更大，適宜大規(guī)模加氫需求。
目前我國加氫站建設(shè)還屬于發(fā)展初期，截至2020年4月底，我國累計(jì)建成71座加氫站，且加氫量在500kg／天以下的試驗(yàn)和示范項(xiàng)目居多，運(yùn)輸距離基本在200公里以內(nèi)，現(xiàn)階段國內(nèi)運(yùn)營的加氫站基本都為站外制氫加氫站。
1．加氫站核心設(shè)備
加氫站三大核心設(shè)備為氫氣壓縮機(jī)、高壓儲氫罐、氫氣加注機(jī)，其中壓縮機(jī)成本占比最高，約占總成本的30％。加氫站通過外部供氫和站內(nèi)制氫獲得氫氣后，經(jīng)過調(diào)壓干燥系統(tǒng)處理后轉(zhuǎn)化為壓力穩(wěn)定的干燥氣體，隨后在氫氣壓縮機(jī)的輸送下進(jìn)入高壓儲氫罐儲存，最后通過氫氣加注機(jī)為燃料電池汽車進(jìn)行加注。
（1）高壓儲氫裝置
儲氫罐很大程度上決定了加氫站的氫氣供給能力。加氫站內(nèi)的儲氫罐通常采用低壓（20－30 MPa）、中壓（30－40 MPa）、高壓（40－75 MPa）三級壓力進(jìn)行儲存。有時(shí)氫氣長管拖車也作為一級儲氣（10－20 MPa）設(shè)施，構(gòu)成4級儲氣的方式。
與石油加氫反應(yīng)器、煤加氫反應(yīng)器等高壓高溫臨氫容器和傳統(tǒng)氫氣瓶式容器相比，加氫站儲氫罐具有以下4個基本特點(diǎn)：①高壓常溫且氫氣純度高，具有高壓氫環(huán)境氫脆的危險(xiǎn)；②壓力波動頻繁且范圍大，具有低周疲勞破壞危險(xiǎn)（商用站尤為如此）；③容積大，壓縮能量多，氫氣易燃易爆，失效危害嚴(yán)重；④面向公眾，涉及公共安全。
目前加氫站儲氫罐用的主要材料有為Cr－Mo鋼、6061鋁合金、316L等。對于Cr－Mo鋼，我國常用材料為ASTM A519 4130X（相當(dāng)于我國材料30CrMo）。國外在高壓儲氫裝置方面技術(shù)領(lǐng)先，代表企業(yè)有美國CPI、美國AP等。國內(nèi)浙江大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)攻克了輕質(zhì)鋁內(nèi)膽纖維全纏繞高壓儲氫氣容器制造技術(shù)，解決了超薄鋁內(nèi)膽成型、高抗疲勞性能的纏繞線形匹配等技術(shù)難題，但尚未實(shí)現(xiàn)成品批量生產(chǎn)。
（2）氫氣壓縮設(shè)備
常用的氫氣壓縮設(shè)備為壓縮機(jī)，壓縮機(jī)是將氫源加壓注入儲氣系統(tǒng)的核心裝置，輸出壓力和氣體封閉性能是其最重要的性能指標(biāo)。目前加氫站使用的壓縮機(jī)主要有隔膜式壓縮、液驅(qū)壓縮機(jī)和離子式壓縮機(jī)三種。
隔膜式壓縮機(jī)因無需潤滑油潤滑，從而能夠獲得滿足燃料電池汽車純度要求的高壓氫氣，并且隔膜式壓縮機(jī)輸出壓力極限可超過100 MPa，足以滿足加氫站70 MPa以上的壓力要求，但隔膜式壓縮機(jī)在壓縮過程中需要采用空氣冷卻或液體冷卻的方式進(jìn)行降溫。離子式壓縮機(jī)能實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，但因技術(shù)尚未成熟，沒有大規(guī)模使用。
目前國際上主要的隔膜式壓縮機(jī)的生產(chǎn)商有美國Hydro－PAC、PDC等。國產(chǎn)替代速度在加快，比如中鼎恒盛、北京天高、恒久機(jī)械等等。
液驅(qū)壓縮機(jī)則以美國Haskel、德國麥格思維特等為代表。離子式壓縮機(jī)能實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，但因技術(shù)尚未成熟，沒有大規(guī)模使用。
（3）氫氣加注設(shè)備
加氫機(jī)是實(shí)現(xiàn)氫氣加注服務(wù)的設(shè)備，加氫機(jī)上裝有壓力傳感器、溫度傳感器、計(jì)量裝置、取氣優(yōu)先控制裝置、安全裝置等等。
當(dāng)燃料電池汽車需要加注氫氣時(shí)，若加氫站是采用4級儲氣的方式，則加氫機(jī)首先從氫氣長管拖車中取氣；當(dāng)氫氣長管拖車中的氫氣壓力與車載儲氫瓶的壓力達(dá)到平衡時(shí)，轉(zhuǎn)由低壓儲氫罐供氣；依此類推，然后分別是從中壓、高壓儲氫罐中取氣；當(dāng)高壓儲氫罐的壓力無法將車載儲氫瓶加注至設(shè)定壓力時(shí)，則啟動壓縮機(jī)進(jìn)行加注。加注完成后，壓縮機(jī)按照高、中、低壓的順序?yàn)槿墐涔扪a(bǔ)充氫氣，以待下一次的加注。這樣分級加注的方式有利于減少壓縮機(jī)的功耗。
氫氣加注設(shè)備與天然氣加注設(shè)備原理相似，由于氫氣的加注壓力達(dá)到35MPa，遠(yuǎn)高于天然氣25MPa的壓力，因此對于加氫機(jī)的承壓能力和安全性要求更高。根據(jù)加注對象的不同，加氫機(jī)設(shè)置不同規(guī)格的加氫槍。如安亭加氫站設(shè)置TK16和TK25兩種規(guī)格的加氫槍，最大加注流量分別為2kg／min和5kg／min。加注一輛轎車約用3－5分鐘，加注一輛公交車約需要10－15分鐘。
國內(nèi)35MPa的加氫機(jī)基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，但加氫槍、流量計(jì)等核心零部件還是依賴進(jìn)口，國內(nèi)廠商主要有舜華新能源、國富氫能、海德利森、液空厚普等。70MPa加氫機(jī)技術(shù)上沒有問題，下一步的目標(biāo)是改進(jìn)產(chǎn)品工藝，把體積降下來，控制成本。
（4）站控系統(tǒng)
站控系統(tǒng)作為加氫站的神經(jīng)中樞，站控系統(tǒng)控制著整個加氫站的所有工藝流程有條不紊的進(jìn)行，站控系統(tǒng)功能是否完善對于保證加氫站的正常運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。
圖8．某加氫站站控系統(tǒng)流程示意圖
我國示范性加氫站及燃料電池客車車載供氫系統(tǒng)尚處于35MPa 壓力的技術(shù)水平。為與客車配套，現(xiàn)有加氫站采用了45 MPa隔膜式壓縮機(jī)、45 MPa儲氫罐和35 MPa氫氣加注機(jī)等設(shè)備，壓力標(biāo)準(zhǔn)提升還有待70MPa 燃料電池汽車的普及。
我國已建成加氫站的站控系統(tǒng)一般由加氫站承建方或是加氫機(jī)設(shè)備供應(yīng)商來提供，目前主要是由舜華新能源、國富氫能、海德利森等提供。
2． 加氫站主流路線
目前加氫站的技術(shù)路線可分為三類：電解水制氫、天然氣重整制氫和站外供氫技術(shù)。其中電解水制氫、天然氣重整制氫為站內(nèi)制氫技術(shù)。
（1）電解水制氫技術(shù)路線
電解水制氫的技術(shù)目前已經(jīng)十分成熟，適合于小規(guī)模的制氫，并能在站內(nèi)實(shí)現(xiàn)零排放，因而歐洲大多數(shù)加氫站都采用這種技術(shù)。
站內(nèi)電解水制氫加氫站工藝流程：水在電解裝置的陰陽兩極分別產(chǎn)生氫氣和氧氣。氫氣進(jìn)入氣水分離器進(jìn)行干燥，干燥后在氫氣純化器中純化。本流程中純化的目的是除去氧氣及雜質(zhì)，以達(dá)到燃料電池汽車對氫氣質(zhì)量的要求（氫氣體積分?jǐn)?shù)＞99．999 9％）。純化后的氫氣通過緩沖罐后進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮，并先后輸送至高壓、中壓、低壓儲氫罐中分級儲存。需要對汽車進(jìn)行加注服務(wù)時(shí)，加氫機(jī)可以先后從低壓儲氫罐、中壓儲氫罐、高壓儲氫罐中按順序取氣進(jìn)行加注。
圖9 站內(nèi)電解水制氫加氫站工藝流程
（2）天然氣重整制氫技術(shù)路線
脫硫后的天然氣和水蒸氣在高溫、催化劑的條件下在重整裝置中反應(yīng)生成氫氣、一氧化碳以及二氧化碳等。隨后通過變壓吸附裝置（PSA）將氫氣分離出來。分離出來的氫氣進(jìn)一步在氫氣純化器中純化。本流程中純化的目的是進(jìn)一步除去一氧化碳、二氧化碳、甲烷等雜質(zhì)，以達(dá)到燃料電池汽車對氫氣質(zhì)量的要求（氫氣體積分?jǐn)?shù)＞99．9999％）。
純化后的氫氣通過緩沖罐后進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮，并先后輸送至高壓、中壓、低壓儲氫罐中分級儲存。需要對汽車進(jìn)行加注服務(wù)時(shí)，加氫機(jī)可以先后從低壓儲氫罐、中壓儲氫罐、高壓儲氫罐中按順序取氣進(jìn)行加注。
圖10．站內(nèi)天然氣重整制氫加氫站工藝流程
（3）外部供氫技術(shù)路線
氫氣長管拖車將氫氣運(yùn)輸至加氫站后，裝有氫氣的半掛車與牽引車分離并和卸氣柱相連接。隨后氫氣進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮，并先后輸送至高壓、中壓、低壓儲氫罐中分級儲存。需要對汽車進(jìn)行加注服務(wù)時(shí)，加氫機(jī)可以先后從氫氣長管拖車、低壓儲氫罐、中壓儲氫罐、高壓儲氫罐中按順序取氣進(jìn)行加注。
圖11．氫氣長管拖車供氫加氫站工藝流程
目前我國已建成的71座加氫站，只有山西大同加氫站是站內(nèi)電解水制氫加氫站，上海驛藍(lán)加氫站是全國首個管道輸氫的加氫站，其他的加氫站均為外部供氫加氫站。
