科技改變生活 · 科技引領(lǐng)未來(lái)
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【加油站商會(huì)，加油站問(wèn)題找商會(huì)】當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外加氫站投資都處于比較活躍的狀態(tài)，但投資加氫站的首要難題是巨額的建設(shè)成本。選取不同的技術(shù)路線，加氫站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的成本也各不相同。本文就加氫站的建設(shè)成本進(jìn)行詳細(xì)的分析和比較。加氫站從組成上主要包含制氫
【加油站商會(huì)，加油站問(wèn)題找商會(huì)】
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外加氫站投資都處于比較活躍的狀態(tài)，但投資加氫站的首要難題是巨額的建設(shè)成本。選取不同的技術(shù)路線，加氫站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的成本也各不相同。本文就加氫站的建設(shè)成本進(jìn)行詳細(xì)的分析和比較。 加氫站從組成上主要包含制氫系統(tǒng)（僅適應(yīng)于具有內(nèi)制氫能力的加氫站）、純化系統(tǒng)（內(nèi)制氫加氫站中用于純化站內(nèi)制備的氫氣，以達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)）、壓縮系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、加氫系統(tǒng)、安全監(jiān)控、電氣設(shè)備以及其他機(jī)械設(shè)備（包括管道、配件、閥門等）。
外供氫式高壓氫氣加氫站的建設(shè)成本最低
我們對(duì)外供氫高壓氫氣加氫站、外供液氫加氫站以及內(nèi)制氫加氫站，三種不同技術(shù)路線加氫站的建設(shè)總成本進(jìn)行了對(duì)比分析。
由于我國(guó)現(xiàn)階段加氫站全部為高壓氫氣儲(chǔ)存加氫站，為了比較不同類型加氫站建設(shè)成本，我們以2015財(cái)年，美國(guó)加利福尼亞洲這三種不同類型加氫站的建設(shè)成本為例進(jìn)行分析。
外供氫高壓氫氣加氫站建設(shè)成本
以日供氫能力為180kg/d，存儲(chǔ)能力為250kg的外供氫高壓氫氣加氫站為分析對(duì)象，其氫氣運(yùn)輸方式為集裝管束拖車運(yùn)輸，加氫站同時(shí)具備35MPa和70MPa兩種加氫壓力。
當(dāng)加氫壓力達(dá)到70MPa時(shí)，需要添加冷卻系統(tǒng)，在加氫過(guò)程中對(duì)氫氣進(jìn)行預(yù)冷，以防止加氫過(guò)程中由于氫氣溫度過(guò)高而引發(fā)的安全事故。
加州能源局的研究數(shù)據(jù)表明，該類型加氫站建成所需的與設(shè)備相關(guān)的費(fèi)用約為160萬(wàn)美元，考慮投入使用前所需的調(diào)試費(fèi)用、工程設(shè)計(jì)費(fèi)用、管理費(fèi)用、建筑施工費(fèi)用等其他費(fèi)用，總成本將超過(guò)200萬(wàn)美元。
如果生產(chǎn)規(guī)模增加到100套/年，加氫站建設(shè)成本較2015年可降低40%左右。
未來(lái)，隨著設(shè)備生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，規(guī)模經(jīng)濟(jì)影響顯著，壓縮系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)以及加氫系統(tǒng)的成本將明顯下降，外供氫高壓氫氣加氫站的總成本將有很大的下降空間。
外供液氫加氫站建設(shè)成本
下面對(duì)一個(gè)日供氫能力為350kg/d，同樣具備35MPa和70MPa兩種加氫壓力的外供液氫加氫站進(jìn)行建設(shè)成本分析。
相比于外供高壓氫氣加氫站，外供液氫加氫站在運(yùn)輸之前需要耗能將氫氣溫度降低到零下253℃，以液態(tài)氫的形式進(jìn)行運(yùn)輸。
加氫站中需要添加額外的儲(chǔ)氫瓶和冷卻系統(tǒng)保證加氫站的正常運(yùn)行，占地面積更大，因此液態(tài)加氫站的建設(shè)成本高于高壓氫氣加氫站。
加州能源局的研究數(shù)據(jù)表明，外供液氫加氫站建成所需的與設(shè)備相關(guān)的費(fèi)用約為193萬(wàn)美元（高于外供氫高壓氫氣加氫站的160萬(wàn)美元），考慮投入使用前所需的調(diào)試費(fèi)用、工程設(shè)計(jì)費(fèi)用、管理費(fèi)用、建筑施工費(fèi)用等其他費(fèi)用，總成本約為280萬(wàn)美元。
站內(nèi)電解水制氫加氫站建設(shè)成本分析
美國(guó)加利福尼亞州HyGen加氫站采用站內(nèi)電解水制氫，該加氫站日供氫能力為130kg/d，同樣具備35MPa和70MPa兩種加氫壓力，下面對(duì)該加氫站的建設(shè)成本進(jìn)行分析。
站內(nèi)電解水制氫加氫站由于站內(nèi)具備制氫能力，與外供氫加氫站相比，省去了將氫氣由制氫廠運(yùn)至加氫站的運(yùn)輸費(fèi)用。
受益于模塊化的設(shè)計(jì)，電解水制氫系統(tǒng)包含的所有設(shè)備都可以放置于20-40英尺的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱中，英國(guó)ITMPower、加拿大的HydrogenTechnologyandEnergy(HTEC)公司以及美國(guó)HyGenIndustries等企業(yè)都提供這種集裝箱式電解水制氫系統(tǒng)。
本部分對(duì)外供氫加氫站的分析中并沒有考慮集裝管束拖車的制造/使用成本、氫氣運(yùn)輸成本等，僅針對(duì)加氫站建設(shè)投資成本進(jìn)行分析比較。
加州能源局的研究數(shù)據(jù)表明，HyGen電解水制氫加氫站總建設(shè)成本超過(guò)320萬(wàn)美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)外供氫高壓氫氣加氫站（200萬(wàn)美元）和液氫加氫站（280萬(wàn)美元），其中電解水制氫裝置成本約131萬(wàn)美元。
綜合來(lái)看，現(xiàn)階段外供氫高壓氫氣加氫站的建設(shè)成本最低，且隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，成本將有大幅降低的可能，進(jìn)一步考慮氫氣生產(chǎn)和運(yùn)輸費(fèi)用后的氫氣使用成本將增加。
壓、儲(chǔ)、加三大系統(tǒng)成本規(guī)模經(jīng)濟(jì)性顯著
國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段主要為外供氫高壓氫氣加氫站，因此，本節(jié)中我們對(duì)外供氫高壓氫氣加氫站中最為重要的三大系統(tǒng)——壓縮、儲(chǔ)氫及加氫系統(tǒng)，進(jìn)行建設(shè)成本的分析。
根據(jù)AhmadMayyas等人的研究，直接成本可分為系統(tǒng)核心部件成本及輔助設(shè)備成本（Balanceofsystem，BOS）兩部分進(jìn)行分析，主要包括與設(shè)備生產(chǎn)有關(guān)的設(shè)備/建筑成本、材料成本、廢料成本、工人工資費(fèi)用、生產(chǎn)耗能、設(shè)備及廠房維護(hù)費(fèi)用以及資本成本。
另外，考慮系統(tǒng)建設(shè)產(chǎn)生的裝配費(fèi)，從而得到加氫站中相應(yīng)系統(tǒng)生產(chǎn)建設(shè)所需的成本。
壓縮系統(tǒng)成本隨生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大而大幅降低
假設(shè)加氫站壓縮系統(tǒng)中采用活塞式壓縮機(jī)，其直接成本包括與壓縮機(jī)殼體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)加工制造相關(guān)的系統(tǒng)核心部件成本，以及與電機(jī)、控制單元、管路系統(tǒng)等相關(guān)的輔助設(shè)備成本。
根據(jù)AhmadMayyas等人的研究，通過(guò)對(duì)比壓縮系統(tǒng)建設(shè)成本與生產(chǎn)規(guī)模的關(guān)系我們發(fā)現(xiàn)：
預(yù)測(cè)在未來(lái)，壓縮系統(tǒng)的成本降低空間將更大。
隨著生產(chǎn)規(guī)模的增加，輔助設(shè)備成本在總成本中的占比將超過(guò)直接成本，未來(lái)隨著需求的增加，針對(duì)不同參數(shù)壓縮系統(tǒng)的閥組、接頭、傳感器等輔助部件將趨于更加標(biāo)準(zhǔn)化、集成化的生產(chǎn)制造模式。
屆時(shí)，輔助設(shè)備成本將大幅降低，這使得壓縮系統(tǒng)的成本在未來(lái)將有很大的降低空間。
儲(chǔ)氫系統(tǒng)成本隨生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大降幅有限
儲(chǔ)氫系統(tǒng)成本分析分為儲(chǔ)氫瓶直接成本以及輔助設(shè)備成本兩部分。假設(shè)加氫站采用Ⅰ型儲(chǔ)氫瓶，儲(chǔ)氫壓力為38MPa時(shí)容量為30kg。
根據(jù)AhmadMayyas等人的研究，通過(guò)進(jìn)一步分析我們發(fā)現(xiàn)：
加氫系統(tǒng)成本隨生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大而降低
對(duì)于加氫系統(tǒng)的成本分析，我們考慮兩種情況：
加氫系統(tǒng)相關(guān)部件可直接購(gòu)買并進(jìn)行組裝，成本可分為設(shè)備成本及人工費(fèi)用。
在已有加氣站加氣系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，加氫系統(tǒng)中的相關(guān)部件現(xiàn)已形成了較為標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)制造，包括加氫機(jī)外殼、相關(guān)閥門組件、流量計(jì)、壓力計(jì)、加氫槍、控制及顯示面板、相關(guān)按鍵等。
根據(jù)AhmadMayyas等人的研究：
35MPa/70MPa雙加注口加氫系統(tǒng)總成本較35MPa單加注口加氫系統(tǒng)成本增加約一倍。
生產(chǎn)規(guī)模由10套/年增加到500套/年，加氫系統(tǒng)總成本可降低30%-35%。
中國(guó)加氫站建設(shè)成本較其他國(guó)家優(yōu)勢(shì)明顯
我們將我國(guó)加氫站壓縮、儲(chǔ)氫及加氫三大系統(tǒng)的建設(shè)成本與美國(guó)、日本、德國(guó)等其他國(guó)家的建設(shè)成本進(jìn)行了比較，以分析中國(guó)在加氫站建設(shè)成本方面的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
各國(guó)壓縮機(jī)系統(tǒng)建設(shè)成本比較：
各國(guó)儲(chǔ)氫系統(tǒng)建設(shè)成本比較：
各國(guó)加氫系統(tǒng)建設(shè)成本比較：
同樣的，對(duì)于加氫站加氫系統(tǒng)建設(shè)成本來(lái)說(shuō)，我國(guó)的建設(shè)成本設(shè)備成本及人工費(fèi)用低于其他國(guó)家，而較高的公司加權(quán)平均資本成本要求使得我國(guó)加氫站建設(shè)的總成本優(yōu)勢(shì)下降。
總的來(lái)說(shuō)，由于我國(guó)擁有更低的人力成本及建筑成本，使得我國(guó)在加氫站關(guān)鍵系統(tǒng)建設(shè)成本上較其他國(guó)家具有一定優(yōu)勢(shì)。
但是成本降低的關(guān)鍵還是在于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，加速發(fā)展氫能利用產(chǎn)業(yè)，形成上下一體的商業(yè)化產(chǎn)業(yè)鏈及標(biāo)準(zhǔn)化部件迫在眉睫。
劉原林