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九、加氢站
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2020/5/9 23:11:16 阅读:58次 【字体:
 

九、加氢站
9.1加氢站主要设备
9.1.1一座典型的移动加氢站由牵引车(带液压泵系统)、半挂车(承载撬装加氢系统)、撬装式加氢系统(由高压储氢瓶、氮气瓶、增压器、加气机、压力显示仪表、控制和调节阀门连接而成)、氢气集装格或者管束车组成。

加氢机
一、产品简介
加氢机用于为燃料电池汽车加注氢气。加氢机采用四级优先控制加注策略及多种防爆技术组合的设计,经过控制器数据采集与计算,能够自动、节能、安全、快速且可靠地为车载燃料氢瓶加注氢气。
二、产品主要技术参数
计量精度:0.3%
加注压力:35MPa
最大工作压力:42MPa
防爆等级:Ex deibmbpx IIB+H2 T4
加注速率:>0.6kgH2/min    
9.1.2加氢站工艺及技术参数
 氢气通过管束拖车运输至站内,通过卸气柱连接至压缩机,加氢时被增压至35MPa后通过加氢机加注给燃料电池汽车,或者被增压至43MPa后通过加氢机补充给移动加氢站。

主要技术参数:
     固定加氢站
  加氢站类型:外供氢加氢站
  储存方式:管束车临时储氢
  储氢量:≦300kg
  加注压力:燃料电池汽车35MPa,移动加氢车43MPa
移动加氢站的核心部件是加注系统,而加注系统的核心部件则是增压器,高压储氢瓶和加气机.
移动加氢车
  储氢量:90kg
  储存压力:≦43MPa
加注压力:35MPa
9.1.3移动加氢站,
移动加氢站由加氢系统、高压储氢瓶组系统、增压系统、辅助系统等组成,具有机动灵活、加注能力高、性能可靠、投资成本低、建设周期短的优点。第三代移动加氢站既可独立运行,更适合与固定加氢站配合,以固定站为母站,以被加注对象(燃料电池汽车)的运行范围为服务区域,与母站共同构成小型高压氢气加注网络。移动加氢站由加氢系统、高压储氢瓶组系统、增压系统、辅助系统等组成,具有机动灵活、加注能力高、性能可靠、投资成本低、建设周期短的优点。
9.1.4.移动加氢站系统构成
9.1.4.1 气体增压器
气体增压主要采用两类技术:电驱动的氢气压缩机(膜片式)和非电驱动的气体增压器。氢气压缩机的缺点是体积和重量大、设备价格昂贵、需耗电和水冷却,优点是排量大;而气体增压器的优缺点恰好与之相反。气体增压器的最大缺点是排量相对较小且需耗费大量的驱动气体。两者相比较,显然氢气压缩机更适合固定加氢站的增压,而气体增压器较适合移动加氢站的增压。
9.1.4.2高压储氢瓶

移动加氢站受半挂车的空间和载重限制,一般选用小容积轻质高压储氢瓶作为存储容器。轻质高压储氢容器,一般由内衬、纤维缠绕复合材料增强层和纤维缠绕复合材料保护层等三层组成,根据内衬材料的不同可分为两种不同类型:金属内衬纤维缠绕容器和塑料内衬纤维缠绕容器。
根据美国汽车工程师协会的J2601 标准,储氢瓶在使用过程的温度上限为85℃,并且要保持良好的密封性,防止氢气泄漏
9.1.4.3加气机

氢气加注机器与CNG加气站加注机的原理是近似的,但是其操作压力更高,安全性要求很高。加注机主要包括高压管路、阀门、加气枪、计量、计价系统等。加气枪上要安装压力传感器、温度传感器,同时还应具有过压保护、环境温度补偿、软管拉断裂保护及优先顺序加气控制系统等功能。当一台加气机为两种不同储氢压力的燃料电池汽车加氢时,还必须使用不可互换的喷嘴。加气机的设计已应用工业界常采用的故障模式和效应分析(FMEA)程序以及过程危险性分析程序。
9.1.5 加注模式
加注模式大致可分为以下三种:
 燃料电池汽车残余压力较高或目标加注量较小时,可直接由管束车对其进行加注。
燃料电池汽车残余压力中等或目标加注量中等时,先由管束车对其进行加注,当两者压力达到平衡时,管束车无法继续为其加注,则启动增压器,将管束车内的氢气增压至车辆,直至达到目标加注量。
燃料电池汽车残余压力较低或目标加注量较大时,则由站内高压储氢瓶对其进行快速加注,若达到压力平衡后仍未达到目标加注量,则启动增压器对其补气至目标加注量。
9.1.6 连续加注能力
连续加注能力是指未启动增压器为站内高压储氢瓶增压的情况下,移动加氢站加注小车的最大数量。它是衡量移动加氢站的一个重要技术指标, 
极限加注能力
在移动加氢站的运营低峰时段,可利用增压器将管束车内的氢气增压至站内高压储氢瓶组,使其恢复到350bar 的最高压力状态,增加移动加氢站的加注能力。当管束车的压力降低到120bar 以下时,再由其向储氢瓶增压则耗时过长,此时,移动加氢站停止对外营运,这时所累计的加注辆次就是移动加氢站的极限加注能力。
9.2 加氢站技术发展


9.2.1氢燃料电池加氢站的特点: 
1,加氢站要求氢的品质,严格控制杂质含量。因此在选择氢源的时候一定要关注杂质含量,要是高纯氢。 
2,当前的主流还是高压气态氢,要积极研究研发液氢。 
3,十分关注氢气的特性,就是加氢站的建造要十分关注氢气特性,易泄漏、易扩散、易着火爆炸,要避免泄漏、扩散、着火爆炸,要求设计建造严格按照现在的设计规范,包括加氢站规范,还有储存容器压力管道的规范。 
4,加氢站和加气站相似而不相同。原来做加气站有经验的单位来做加氢站往往不重视氢的品质和特性,只看加气站和加氢站的相同性、而没有注意到不同性,因此在实践中会导致出问题 
5,应该准确进行各种加氢站、合建站布置和安全设施的布置。必须要按照规范来做,特别是一些安全技术措施。 
6,十分重视设备和管道及附件选择、质量管控. 
目前我们国家加氢站的布局,现在我们国家加氢站大概现在已经建成加氢站30座左右。截至2019年目前,日本建成109座左右,美国大概60座左右,欧洲大概160多座,包括35兆帕和70兆帕各种类型的加氢站,加氢规模大多为400公斤以下。
   9.2.2加氢站主要设备
氢气压缩机、储氢容器、加氢机、站控系统四个主体设备构成。加氢站作为一个站必须要有土建公车、电气工程、给排水工程、排风工程、安全设施等。 
液氢的氢能规模化加氢站, 
高压氢气加注、 
低温高压氢气加注。 
低温高压氢气加注, 
从液氢罐到增压泵增压,到加氢之前应该有气化器,气化器以后加氢,低温高压氢气加注储氢密度,这里介绍是两种办法,一个是70兆帕的高压液氢、气氢加压,还有一种是直接加液氢,这种方法存在很多问题,应用当中存在问题,当然现在也有人在用。 
这里着重介绍两种, 
一个是70兆帕加注的气态氢, 
一个是低温高压的氢气加注,负200多度左右的充装到汽车上面,这里面的储氢密度跟液氢基本上接近,就是低温高压。对加氢系统难度有可能很快可以解决,但是低温高压的氢气瓶目前是一个难题,因为负200多度要考虑保温,到燃料电池反应的时候还是常温的气体。 

目前加氢站建设多了以后,氢源的问题、储存问题是不可忽略的问题,当前应该精准的突破加氢站制氢设施的瓶颈,加大规划、建设和支持力度,这样才能解决氢源问题。
供氢系统/储氢瓶/加注设备/压缩机/管阀件 
、伯肯节能——供氢系统/减压阀/空压机方面,截至2019年底,公司的燃料电池供氢系统经过10多年研发,已经量产供应上汽等下游企业,2016年73套(以70兆帕为主)、2017年110套35兆帕(另外还有若干套70兆帕)、2018年119套(全是35兆帕)、2019 年221 套(全部 35 兆帕);燃料电池供氢系统用减压阀产品已经研发生产出来,已用于量产;公司的空压机样机已具雏形,距离量产更进一步。
9.2.2、厚普股份——公司一直积极持续加大对氢能领域投入力度,截至报告期末公司已在氢能方面获得13项专利,多项氢能加注设备关键部件率先打破了国际垄断,并已实现批量生产或批量销售。报告期内,厚普股份全资子公司安迪生自主研发的氢燃料电池电动汽车加氢枪与加氢质量流量计率先打破了国际垄断,均已批量生产及销售;此外,安迪生还研发出了国内首台用于加氢机的检定装置——压缩氢气加气机检定装置。
9.2.3、普发动力——2019年,公司加大对氢气压缩机产品的开拓力度,获得一项实用新型专利《加氢站用液压活塞式氢气压缩机》。同年11 月,公司还取得国家防爆产品质量监督检验中心颁发的关于往复式氢气压缩机防爆合格证书。普发动力2019年取得首个销售订单,供应广东佛山世界首条有轨电车加氢压缩机设备。为了扩大氢能版图,普发动力还通过整合公司业务及资源,在哈尔滨、佛山两地设立子公司布局氢能产业。
9.2.4、京城股份——报在氢能应用领域,公司积极开拓目标客户市场,在氢燃料电池车用高压储氢气瓶以及氢系统占领市场份额;加快与国内知名整车厂对接步伐,使多款搭载公司生产的高压储氢气瓶以及供氢系统的新型车辆取得产品公告。同时,积极承接北京市科委氢燃料电池汽车课题研究项目,为未来在氢能产业链发展创造了广阔的发展空间。
9.2.5、中材科技——氢燃料气瓶方面,率先研发完成国内最大容积320L燃料电池氢气瓶,并投入市场形成销量;开发取证燃料电池车用及无人机用35MPa氢气瓶20余种规格;成功掌握70MPa铝内胆碳纤维复合氢气瓶关键技术;启动投资氢气瓶生产线技改项目及站用储氢容器生产线项目。
9.2.6、江苏神通——江苏神通主要从事新型特种阀门研究、开发、生产与销售。2019年,公司向南通神通新能源科技有限公司注资500万元。通过该项投资,公司规划布局氢能源行业,主要面向氢燃料电池、储氢系统及加氢站等氢能源产业领域所需的特种高压阀门产品开展研发、设计和生产。
9.2.7、上海电力——公司全力推进氢能发展。一方面,组建氢能工作团队,开展上海及长三角地区氢能产业发展现状调研,完成长三角区域一体化氢能运用研究专题报告;另一方面,积极参与上海市氢能基础设施规划与布局研究,承担上海市加氢站整体建设规划研究任务,推进与在沪优秀氢能企业合作发展氢能产业的前期工作
9.3 加氢站介绍

3种主流高压氢气、液氢、水电解制氢、加氢站建设成本分析我国加氢站建设属于快速上升期,2020年有望实现建设100座加氢站的目标。
全球加氢站发展现状及相关政策
近些年,世界各国相继出台各种促进氢能源产业发展的政策。我国地方政府积极规划氢能源产业建设,出台各类补贴政策,部分地区给出100-500万元的加氢站建设补贴。
▲海外氢能源政策分布图
此外,全球加氢站数量持续增长。据统计,截至2019年底,全球加氢站保有量接近450座。
其中,日本加氢站116座,处于全球领先地位,德国紧随其后,拥有加氢站81座;美国目前运行的加氢站为63座;
值得注意的是,中国加氢站数量迅速增加,截至2020年1月已建成63座;此外,韩国加氢站保有量30座。由于中、韩两国市场快速成长,2019年亚洲加氢站数量首次超过了欧洲地区。
▲全球加氢站数量统计(座)
建造一个加氢站需要多少钱
不同类型的加氢站建造成本差异较大,我国建设的加氢站以高压氢气加氢站为主,造价大约在1500万元,近期有所下降。
成本下降主要源于规模化建设以及采用新的设计和技术提高效率。这里将给出三种主流加氢站的建设成本,并分别进行讨论。
总体上,加氢站建成所需的与设备相关的费用约为160万美元,考虑投入使用前所需的调试费用、工程设计费用、管理费用、建筑施工费用等其他费用,总成本将超过200万美元。
1、外供氢高压氢气加氢站
对于外供高压氢气加氢站来讲,压缩机、储氢瓶以及加氢及冷却系统是最核心的成本构成部分,约占加氢站投资总量的50%,其中加氢及冷却系统成本占比最高,约占22%。
▲美国外供氢高压氢气加氢站建设成本构成
当前,我国使用最多的是外供氢高压氢气加氢站。这类加氢站核心设备国产化程度较高,能够使用我国自主研发的储氢装置、压缩设备、加注设备、站控系统等。成本方面,压缩机占总成本较高,约30%。
▲国内外供氢高压氢气加氢站
2、外供氢液氢加氢站
由于液氢需要保持低温,需要使用低温型压缩机和仪用空压机,价格是高压氢气站的2.93倍,约占总投资成本的28%。
此外,其他系统价格和建设费用也远高于高压氢气站。总体来看,液氢站建设成本比高压氢气站成本高30.8%。
▲美国外供氢液氢加氢站建设成本构成
3、站内水电解制氢加氢站
站内制氢加氢站较外供氢加氢站多了制氢设施,这类加氢站实现了制氢与加氢一体化,虽然造价高于外供氢气加氢站,但省去了长途运输氢气的费用。
制氢装置是这类加氢站中成本最高的组件,例如水电解站使用的是电解装置,成本约占加氢站总投资40%。
▲美国站内水电解制氢加氢站建设成本组成
国内部分加氢站投资情况
我国早期建造的加氢站设计的加注压力多为35Mpa,主要原因是我国燃料电池车以商用车为主,如客车、专用车、物流车等,这类车需要35Mpa的加注压力,而小轿车需要70Mpa的加注压力。
目前,新建的加氢站开始出现了35/70Mpa并存的加注压力设计,这类加氢站不仅可以给商用车加氢,还可以服务于乘用车。
▲来源:
总的来看,成本下降主要源于规模化建设以及采用新的设计和技术提高效率。我们对加氢站最核心的三大部件进行规模化估计:
压缩机需求量增加到100套/年时,部件总成本能够较目前下降56%,核心部件直接生产成本有望降低82%;
储氢系统年需求量达到100套时,成本大约可降低8.5%;
加氢系统年需求量达到500套时,成本可下降30%-35%。
由此,我们推算,未来加氢站降本空间在30%-40%左右。
▲加氢站核心部件降本空间
我国加氢站建设属于快速上升期,2020年有望实现建设100座加氢站的目标。
加氢站可以平衡电网负荷,有助于可再生能源电力消纳,未来有望和可再生能源发电站形成生态链。
加氢站初始投资大,地方政府度高关注,纷纷出台了补贴政策,鼓励加氢站建设。未来,有望出台更加细化的支持政策,推动加氢站发展。
加氢站所需零部件国产化程度较高,建设规模化后,成本下降短期内可实现。
在国内发展氢燃料电池重卡的规模效应更加明显;国内物流行业有集中趋势,需要更高效的运输设备;国内产业政策中支持新能源弯道超车的思路未变
9.4加氢站规划和社会价值

大力发展加氢站是前提大力发展加氢站是前提,
燃料电池车动作。
3月底,潍柴集团的氢燃料电池发动机工厂投产,号称年产2万台,将来给客车使用;
4月初,福田汽车与北京民航机场巴士有限公司等企业,准备在加氢以及氢燃料电池客运车运营方面合作,称要引领客运“氢”时代,未来穿梭机场的巴士可能都是氢能源车。
车企在行动,资本也“凑热闹”。
以氢燃料电池为关键词翻找投资信息,一季度以来至少有十多项重大募资关乎氢燃料电池领域,不乏制氢、燃料电池技术研发以及布局加氢站建设。
美锦能源1月募资32亿元投制氢项目;鸿达兴业募资49.85亿元投建年产5万吨氢能项目等。
氢能源被业内称为21世纪最有发展潜力的清洁能源,这就相当于氢燃料电池车本来拥有“一手好牌”,但无奈自己“跑得慢”被落下了。
我国氢燃料电池汽车产业起步较早,在2008年北京奥运会期间,福田欧辉与清华大学研发的3辆氢燃料电池客车就开始了示范运行。但在2015年之前,燃料电池客车的年销量还没有突破两位数,发展七年看似没有起色。
对比氢燃料电池车,GGII数据显示,2019年氢燃料电池车销量为3018辆。
同为新能源,为何氢燃料电池此前的步伐有些迟缓?加氢站建设是短板
看一组数据,截至2019年底,全国累计建成61座加氢站,主要分布在北京、上海、山东、辽宁,未实现全国覆盖。
其实,氢燃料电池车的发展被“加氢站”这一补给配套设施建设卡了脖子。
加氢站建设为啥难?与成本高、投资回报难、安全性待评估等都有关系。
比如:小轿车加1公斤氢可跑100公里,建设一个日加氢能力200公斤的加氢站约为1500万元,而在二线城市建设一个10-15台充电桩的公共充电站,去除国家以及地方补贴后800多万元。
往加氢气站运输氢也不容易,专业的拖车运输效率较低,主要适合200公里以内的短途,管道运输合适,但是初始投资成本太多,每公里管道投资额584万元。
加氢站成本更高仅是其中一部分问题,还有难点在于,加氢站的选址难。氢气是易燃性气体,加氢站建设要求苛刻,这就决定了选址需要占地面积大,不能在密集居民区附近,安全性得做足。
氢燃料电池的发展有很多瓶颈,但氢燃料电池车加氢3分钟可以实现续航700公里,这一特性使得它在客车等商用车方面极有优势。而避开与纯电乘用车的市场竞争,专攻商用车等公用领域用车,可以杀出一片蓝海。
正如中国汽车工程学会名誉理事长付于武所言,氢燃料电池汽车应以商用车尤其是客车作先导,为日后市场化打下良好基础。
另外,从技术角度,清华大学车辆与运载学院长聘教授裴普成曾表示,燃料电池技术路线已成熟。但他同时也表示,发展燃料电池产业需要政府支持,且势必要加速加氢站的建设。
当下,各地也相继出台了未来关于加氢站建设的规划,比如,今年年初,上海市嘉定区表示至2025年嘉定将总计拥有15座加氢站;张家口市提出于2021年6月前将建成16座加氢站。
氢燃料电池车不能错过新的发展机遇,在新能源新一轮竞争中再失去竞争地位。
氢燃料电池车优势在商用车方面的应用,从国家以及地方层面,应该在配套建设上有更强、更细致的谋篇布局,在制氢、运输、加氢站等瓶颈方面,有更细致和具体的落地规划。规划指导越具体,操作层面才更容易,这样有助于实现纯电、混动、燃料电池多头并进,利用各自优势实现新能源汽车发展全面布局。
中国石化去年净赚576亿 正探索加氢站布局
巩固提升网络优势,同时加快加气站建设和投运,探索加氢站布局。统筹天然气、加氢站布局,巩固提升网络优势;此外还将推进非油商业模式创新,大力开发自有品牌,打造差异化竞争优势,推动非油业务快速发展。
9.5加氢站成本较高基础设施如何铺开
随着产业发展,加氢站投资回报周期持续缩短,将吸引大量具备副产氢的能源化工企业和社会资本参与加氢站建设运营。加氢站投资回报周期缩短,主要有3方面原因:
(1)燃料电池汽车增加,氢气成本下降;
(2)建站成本在快速下降;
(3)国家给予加氢站建设运营补贴。
燃料电池产业发展,规模化带来氢气降价。当前全国燃料电池汽车保有量规模较小,加氢站氢气采购价格较高,普遍在32元/kg以上;未来随着燃料电池汽车数量持续增加,加氢站氢气议价能力增强,制氢规模提升,氢气价格将持续下降。
设备国产化和规模化,加氢站建站成本快速下降。2017年佛山丹灶瑞晖加氢站单站投资额1550万左右,加氢能力350kg/d;2018年佛山佛罗加氢站投资额1250万左右,加氢能力500kg/d;2019年500kg/d加氢能力的加氢站投资降到1000万左右。
国家开始补贴加氢站建设运营,地市加氢站建站补贴政策持续出台。3月26日,财政部、工信部、科技部和发改委联合发布《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,广东佛山市2019年加氢站建站补贴最高可达500万/座,安徽六安加氢站建站补贴最高可达400万/座,更多地方政府在出台加氢站地方补贴细则。

 

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13812683169 2020-05-05

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