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一文讀懂國內加氫站現狀、困局與出路

來源: 2019-09-02

中國新能源汽車市場蓬勃發展的大背景下,充電服務市場萎靡不振,原本期盼前者帶著后者一起跑,目前來看效果并不理想。

氫燃料電池汽車同樣如此,放眼全世界都是極為小眾的存在,更何況它的配套基礎設施。

來看組數據,2018年我國新能源汽車產銷量分別完成127萬輛和125.6萬輛,較2017年同期分別增長59.9%和61.7%。

其中,氫燃料電池汽車產銷均完成1527輛,占比之小不值一提。2016年-2018年,中國在三年的時間內累計銷售燃料電池汽車共3428輛。

根據H2stations.org發布的第11期全球加氫站統計報告顯示,截至2018年底全球共有369座加氫站。其中歐洲152座,亞洲136座,北美78座。在全部369座加氫站中,僅有273座為公共加氫站,其余加氫站保留給封閉用戶群,并供應給公共汽車或車隊車輛。

國內方面,截至2018年底中國共有23座建成的加氫站,占比約為6%,這個數字相較全國10萬多座加油站和70多萬個充電樁,九牛一毛。

根據2016年10月發布的《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書(2016)》,到2020年我國建成加氫站將達100座,2030年將達到1000座。

如果這組數據會說話,一定滔滔不絕。加氫站與充電樁的痛點有很多相似之處,不同的是,前者的痛點要更多、更痛。

政策傾斜,管理成阻

談及中國氫燃料電池汽車的相關補貼政策,還要追溯到2009年,當年的《節能與新能源汽車示范推廣財政補助資金管理暫行辦法》中指出,對試點城市購置燃料電池汽車等節能與新能源汽車給予一次性定額補助,其中,零排放純電動和燃料電池汽車按6萬-60萬元不等的成本差價財政補貼。

2014年,我國終于迎來了加氫站方面的補貼政策。相關內容包括,對符合國家技術標準且日加氫能力不少于200公斤的新建燃料電池汽車加氫站,每個站獎勵400萬元。

2019年3月15日,也就是十三屆全國人大二次會議落幕后,審議后的《政府工作報告》(修訂版)補充了“推動充電、加氫等設施建設”等內容。另外一邊,發改委發布了《國民經濟和社會發展計劃草案的報告》,報告中指出應加強城市停車場和新能源汽車充電、加氫等設施建設。

3月26日是一個轉折點,一個新能源車市場從政策導向正式轉向市場導向的轉折點——2019年新政浮出水面。

新政中提到,地方應完善政策,過渡期后不再對新能源汽車(新能源公交車和燃料電池汽車除外)給予購置補貼,轉為用于支持充電(加氫)基礎設施“短板”建設和配套運營服務等方面。

4月9日,中國政府網發布了《國務院關于落實<政府工作報告>重點工作部門分工的意見》,意見中提到了加氫基礎設施建設,并提及該項工作由財政部、工信部、發改委、商務部、交通運輸部、住建部、能源局按職責分工負責。同時,地方推進加氫站建設工作。上海、蘇州、如皋等地區均已有相關的發展規劃。

明眼人都看得出來,國家已經意識到加氫站對于氫能產業的重要性,并且開始逐步落實相關政策。但是,遠水解不了近渴,就目前的情況來看政策來得有些姍姍來遲。

2014年的《關于新能源汽車充電設施建設獎勵的通知》發布后,雖然有明顯效果,但等政策結束后就再也沒了下文,雖然消費端補貼不退坡,但加氫站的補貼卻出現了“斷層”。

當頂層設計消失后,即使目標再明確、再宏偉,在落實層面也就變成了空談。況且,資本本來就是逐利的。

除了政策方面的長時間缺失,地方主管部門的不明確也是導致加氫站發展受阻的重要原因,本就是科普程度不足的新領域,再加上“二類危險化學品”的屬性標簽,問題就顯得越發突出。

雖然最新意見中進一步明確了管理事宜,但仍是分工負責,主管流程依舊不夠清晰,這就意味著會存在復雜的審批流程,難度和時間成本會隨之增加,這對設施的建設又是一層沉重的打擊,大家對其望而卻步的態度無可厚非。

“國內有幾個城市已經有相應的審批流程,包括武漢、佛山。我們國家其他的城市,包括政府部門借鑒這樣的流程,明確加氫站審批的責任部門,縮短審批流程,滿足燃料電池客車發展的需求?!?nbsp;國家電動客車電控與安全工程技術研究中心副主任李飛強表達了相同的觀點。

成本高,盈利難

氫能經濟的基礎是制氫、儲氫、加氫。制氫與加氫環節必須嚴格分離,這是我國出于安全考慮的明確要求。說白了,你要是制氫就別加氫,選擇加氫就別搞制氫。這樣一來,加氫站的作用就體現出來了,其是上游制氫、運氫與下游氫燃料電池汽車應用的重要樞紐。

無論是國外還是國內,加氫站的類型無非就兩大類,一類是外供氫加氫站,另外一類是站內制氫供氫加氫站。

外供氫加氫站采用氫氣長管拖車運輸、管道輸送后供氫。站內制氫供氫加氫站則自備制氫系統,將制得的氫氣經純化、壓縮后進行存儲、加注。目前國內大部分都是外供氫加氫站,原因在于運輸過程的成本相對于制氫設備建設和運營要低很多。

國外市場大多采用的70MPa氫氣,國內大部分采用了35MPa氫氣壓力標準。目前中國的加氫站加氫能力最高的為1000-2000kg/d,最低的為100kg/d。一座日加氫能力500kg左右的加氫站,即使刨去土地租賃的費用,1500萬元的建設費用肯定是要花的,這里面占比最高的費用項是核心設備的進口費,其中排名前三的是壓縮機、儲氫設備以及加氫設備。如果是站內制氫供氫加氫站,建設成本則要高達2000萬-3000萬元。

企業其實最初是愿意投資建設加氫站的,但除了高昂的建設費用,利用率低也讓加氫站的收益難以得到保障。對于那些進行示范運營的車輛,往往會選擇短途行駛,加氫站的選擇比較固定,從運營時長和頻次來說也遠不能和正式運營的車輛相提并論。

國家的加氫站補貼政策幾乎為零,佛山、中山是目前對加氫站建設有明確扶持和補貼政策的地方區域。政策更多地偏向于銷售端、技術端以及制造端,這種側重對于投資方也是一個無形的引導。加氫站的遇冷,意料之中。

對于加氫站成本高的問題,清華工業開發研究院副院長朱德權給出了一個解決方案,他表示,基礎設施的建設一定要穩健發展,油氫混合站是中國的方向,中石油、中石化已經開始從事相關研究和工作了。

張家口市常務副市長,市委常委郭英也有相似的規劃,他介紹說:“根據河北省《氫能產業發展的指導意見》,著眼于打造氫能城際高速公路。張家口、雄安新區將率先規劃布局加氫站的建設,優先在京張高速和京港澳高速、河北等沿線服務區設立加氫站,實現加氫站與加油站、加氣站和充電站多站合一的布局?!?/p>

關鍵設備需要進口

國內的外供氫加氫站,是氫氣通過管束槽車運輸至站里,經由壓縮機增壓后儲存至站內的高壓儲罐中,之后再通過加氫機為車輛加氫,關鍵設備包括儲氫設備、壓縮設備、加注設備以及站控系統等。

問題來了,這些關鍵的設備很多都需要進口,國產能力明顯不足。其中,壓縮機的成本最高,接近占到30%,國產化是國內加氫站技術升級的最核心、最切實的方向。

隔膜式壓縮機,靠金屬膜片在氣缸中作往復運動來壓縮和輸送氣體??梢哉f,它是加氫站最核心的設備,目前已經有一些加氫站與壓縮機生產企業展開了合作,雖然無法100%消化成本,但未來50%的成本降低還是可期的。

可喜的是已經有一些企業開始推出自主產品,北京天高隔膜壓縮機便是其中的代表,他們推出的產品,在生產、監測,新曲面不但使膜片工作應力均勻,外緣應力幅小,同時還增大了膜腔曲面約20%。這樣的創新不僅提升了隔膜的工作容積,還延長了壽命。

2018年1月,“十二五”863計劃、先進技術能源領域“基于可再生能源制/儲氫的70MPa加氫站研發及示范”項目通過驗收,87.5MPa纏繞大容積儲氫容器采用了碳纖維全纏繞增強鋼內膽的結構形式,解決了結構設計、成型工藝、密封、氫脆等多個技術難題,填補了國內空白。

在加氫設備方面,張家港富瑞氫能加氫機已經取得了國內整機防爆認證,供應了國內超過15座加氫站項目。

當然,還有一個事兒得放在很重要的位置去說。既然國內的加氫站基本上都是外供氫加氫站,氫氣運輸就尤為關鍵。

目前鋼鐵企業的副產氫氣是加氫站氫氣的主要來源,其被使用高壓氫氣瓶集束拖車運輸。舉個例子,每輛拖車裝有18個高壓氫氣瓶,每次可以以20MPa的壓力運送4000Nm3的氫氣。平時站區里停泊2輛拖車,另有1輛拖車往返加氫站和氫源之間,運送氫氣,并替換站內空車。

這些拖車上裝有壓力傳感器,可以遠程監測拖車里的氫氣量。此加注方式可以大大降低氫氣壓縮機的功耗,同時減少站上所需高壓氫氣儲罐的容積。

氣氫拖車,被行業普遍認為是未來相當長一段時間內最靠譜的方式。基于200km左右運輸距離和每天10噸的運輸規模來看,氣氫拖車的成本可以達到2.02元/kg。

在2018 All-Energy大會上,Calvera公司正式向BIG HIT(在獨立地區建立創新的綠色氫氣系統)項目組交付兩輛氫氣管拖車。這兩輛新型拖車使得奧克尼(位于蘇格蘭北方沿海32km)氫氣管拖車車隊的車輛數目增加至5輛,這些管拖車安全高效地運輸“綠色氫氣”。

當需要長距離輸送大量氫氣時,還可以選擇液態氫的方式,因為液態氫的能量密度要高于氣態氫,這也使其成為未來的核心發展方向。不過,氫氣的液化過程耗能較多,需要消耗運輸的氫的能量30%左右。由于冷氫與環境溫度之間存在明顯溫差,因此,對所用材料和絕緣也有很高的要求。

除了拖車運輸,管道運輸也是選擇之一,其可以長距離運輸大量氫氣。不過,建設管道網絡的成本非常昂貴,尤其是在城市區域搭建網管,受到的限制非常多。

在國外有一些加氫站采用自制氫的方式,方式包括電解水制氫和天然氣制氫。電解水制氫的技術要相對成熟一些,裝置利用電力將水分解成氫氣和氧氣后,利用壓縮機將氫氣以高壓形式儲存在儲罐中,通過加注機完成向燃料電池大客車的氫氣加注。

天然氣重整制氫有很多優點,比如成本低,應用范圍廣等。不過,這種方式所需要的設備初始投資較大,制備的氫氣還需要經過純化工藝,這樣才能滿足燃料電池的要求。

北京低碳清潔能源研究所新能源中心助理主任何廣利坦言:“目前國內的加氫站都是供氣氫,國外有氣氫、也有液氫。國外有一種方式,是可以站內制氫的,就是加氫站里面制氫,然后給加注,我們國內政策限制,目前還不允許?!?/p>

加油站改建技術也可實現低成本加氫功能的引入,其主要通過在原有加油站引入高壓儲氫罐和壓縮機等設備的方式完成加油站的升級。加州燃料電池聯盟數據顯示,該方法將使加氫站建設成本降低200萬美元以上。但是,油氣系統的協調合作也對控制系統提出了非常高的要求。

移動式氫氣站被很多方面提及和應用,2015年,豐田公司與Air Products公司合作,在加州新建設的加氫站建成前,為消費者提供氫氣燃料。Air Products公司的移動加氫車使用蓄電池以及太陽能發電制氫,每車可以滿足30多輛車的加氫需求,每次可以為豐田MIRAI加注半罐氫氣。

此外還有一種無動力加氫車,依靠其自身到制氫廠充裝高壓氫氣,然后運輸到指定地點加氫或移動加氫,可無需長管拖車供氫,無需壓縮機,依靠智能加氫控制系統實現分級平壓加注,完成加氫作業,同時監控加氫過程中溫升影響、調節加氫速率。

希望在哪里

全國政協副主席、中國科學技術協會主席萬鋼曾表示:“發達國家把加氫站作為能源管理,創造了科學安全的氫加注建設和車載的氫罐技術標準、檢測體系,有力地推動了燃料電池汽車的商業化。我們建議,要借鑒先進經驗,總結試點成果,抓緊研究氫能加氫站和儲罐技術標準,來提升檢測能力,盡快破除標準的檢測障礙和市場準入壁壘?!?/p>

從政策上來說,如果想要讓氫燃料電池汽車產業形成商業化、規?;?,對基礎設施的扶持和補貼必不可少。但從國外的情況和純電動車的發展來看,除了政策上的支持,還需要國家為其打造一套全新、相對完善的產業鏈體系,這就需要決心和魄力。

所以,想要將氫燃料電池車產業發展到何種程度、對它的期待有多高,這些將是關鍵。

如果不能像發展純電動車一樣的堅決,就勢必會造成十分尷尬的局面,加氫站建設得少、布局不合理、成本高,如果這樣的問題長期存在,那么它的處境就非常困難。投資加氫站如果不能有足夠多的補貼,恐怕不會有民間資本打這個主意。

從目前來看,純電動汽車和氫燃料電池汽車兩條腿走路的可能性比較大。國務院新聞辦公室于4月23日舉行了新聞發布會,工業和信息化部新聞發言人、運行監測協調局局長黃利斌認為,氫燃料電池汽車將與純電動汽車長期并存互補,共同滿足交通運輸和人們的出行需要。

不過他也表示,氫燃料電池汽車的發展不僅是一個技術問題,還依賴于整體氫能產業鏈的發展及相關的政策、標準、法規的不斷優化完善,某種程度上比電動汽車的推廣難度可能還要大。

 

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