张立芳：未来将构建储氢运氢升压加注四位一体的新模式加氢站
中国氢燃料电池汽车网 12月25日消息，日前，中国氢燃料电池汽车网MRHN.CN主办的2020中国氢能与燃料电池汽车产业峰会暨年度颁奖盛典在京成功举办。 全国科技专家库氢能与燃料电池专家、北京理工大学机械与车辆学院研究生导师张立芳发表了《加氢站的新思考》的主题演讲。他表示，现在业界提到的液氢的成本较高，目前还不具备使用液氢的条件。业界认为，每公斤20-30元的价格是加氢站存活的前提条件，使用氯氢，也就是可再生能源制氢将是最为环保也最可靠的途径。以下是演讲具体内容：
全国科技专家库氢能与燃料电池专家张立芳发表《加氢站的新思考》主题演讲
很高兴今天能来参加中国氢能与燃料电池汽车产业峰会，前面很多企业的老总、专家都已经介绍了很多的内容。觉得今天收获很大，更多的了解到了咱们真正的用户的需求是什么。虽然我在氢能与燃料电池这个领域是一个老兵，但是实际上也是需要跟大家学习交流的。
今天很感谢主办方给我这个机会，因为刚才说了，很多汽车企业也提出了一些要求，那么实际上这些要求在我们公司或者我个人和其他的单位合作，都在做一些相应的研发的工作，你比如说这个组合法，气瓶组合阀这个东西我们从十一五863和十二五863，我们就承担了科技部的两个重大专项的课题，做车载高压供气系统，这个课题当中还有78兆帕储氢加注系统的这样的一个课题的内容里面就涉及到组合法，所以我们做了大量的基础研究工作，得出了很多有意义的数据。所以我们设计的组合法跟别人设计的组合阀是有很多不同的地方。包括国外的美国进口的一些组合阀，现在实际上也是存在很多问题的，尤其是安全方面的问题和响应速度方面的问题，他们都是没有解决好的，那么在这些方面我们都是有很好的一个解决方案。
第二是储氢，刚才有汽车厂家也提出来储氢这个量太少，汽车的运行里程太短，希望能够有更大的更多的这样储氢的这样的方式，我想跟大家在这里汇报一下我们现在正在做的一个事情叫为官储氢。那么这个处境方式是用中空纤维来做储氢容器，它的耐压非常高，我们现在已经可以做到的是200兆帕，然后再加上低温，它的储氢密度可以比液氢还要高，可以达到八十几公斤每立方米。所以这样一来会很好的下一步解决我们储氢的问题。而且尤其纤维这个东西是随行的，所以在将来的汽车上应用可能会带来更多的便利，它的储氢的形式可以是各种一行的随行的这样的装置，所以也不用现在的这种一一个大元气瓶这样的东西了。
还有在汽车发动机，氢气循环泵，还有气瓶的 tprd的高压，散放的这样的阀门的这些研究方面，我们也做了非常多的工作。那么现在尤其是气瓶组合阀上应用和气瓶尾部应用的 pprd现在都基本上采用的是爆破片加懿荣金属串联这样的一个方式，实际上这种方式是没有任何作用的。你任何一个你比如超压失效或者是温度失效，他都会都不会使气瓶当中的气释放出来，只有两个同时失效才能释放出来。所以这样的tprd是不安全的。
那么现在国外多采用的是什么？多采用的是玻璃泡的那种形式，但是这种形式在汽车上应用的也是不合适的，因为这种玻璃泡很容易在强震动下破裂。那么没有发生事故的时候，没有发生危险的时候，他可能自己也会泄放。所以这也是不安全的，我们也设计了新的这样的tprd非常好用。氢燃料电池发动机的氢气循环泵，我们现在采用了一种新的结构，比现在的电动的第一它不用电，第二体积也会小，重量也会轻，效率也会高。我们做了这些工作，所以也非常欢迎我们广大的用户能够在下一步多多的合作。
我现在想跟大家汇报一下加氢站的新的一个想法。现在中国的加氢站基本上是这样的一个比例，汽车是这样的一个数量。但是实际上运行的并不多，因为现在的加氢站有一个特别大的问题，虽然见了这么多，但是有的地方是因为没有车，有的地方是因为车有站不行。用不起来。那么国家也是有这么一个计划，比较一下。都有这么多的数量，希望能够建立。那么我要说的是比较加气站和加油站的真正的需要的未来的数量做一个比较，还有它的成本。
那么现在加氢站是这样一个情况，最近有一些新的动向，很多专家提出来气态高压的这种技术路线不如液氢的方式。但是实际上这个观点我不反对，但是在我们国家目前液氢推广还存在很多问题，最大的问题就是它的制备成本的问题。因为前面很多同志也都提了，我们的氢气的成本这个太高了，跟汽油一比这个没有竞争力，所以应用起来是有问题的。那么我们在这个情况下，液氢的就存在一个比较致命的弱点。那么在同时，11月21号50516加氢站的技术标准，重新做了局部的修订，把液氢的内容加了进去。同时把加油加气与加氢站合建的标准，从50516标准里分离出去，单独列了一个标准。那个标准是11月24号在成都评审的，这两个标准我都是评审委员会的专家，基本上现在已经上报，就等公布执行了。
那么现在的加氢站的主要的情况是这样。你要建一个家庭，你就必须有固定的储罐，压缩机房。加气机。刚才前面的领导也提出来，现场制氢，那么现场制氢还要有制氢站，然后有大量的管道的安装布置，那么这样的一个加氢站带来的问题，设备投入大，占地面积大，选址困难。那么这个站就是我们中国第一个制氢加氢站，这里边有制氢，这是06年的6月份正式建成，开始使用。而且同时一步到位，70兆帕就已经实现了。并且在07年又承担了科技部重大专项嘉庆站的一个这个是我们帮助建一起建设安装的张家口的加进站为冬奥会准备的。那么加氢站你看现实也是这样，大的储罐在这，大量的管道布置压缩机房占地面积是五十几亩，他当时当然也包括制氢，面积一般的，你比如说下一步我们要建设加氢站在城里面，不知这都是不可能的。
这是北京永丰的加氢站建设也是我们安装的，现在一共有三台压缩机，两台加氢机，然后大量的管道还有储氢的设备。那么这个也说明了一个问题，占的占地大概也是七八亩地。就是说现在这些站全部包括国内其他的站，全部沿用的是我们做的中国第一个制氢加进站的这种模式。固定出固定储罐，压缩机房等等这些，他要把运来的清，这个场馆拖车越来越集中在这，倒出来，然后加注。当然长管拖车本身也可以通过压缩机直接给汽车加注。那么就是能耗也比较高，这是德国的两个站。那么他们的站你看两个力士的罐，这都是液氢罐，都是液氢怪他们大多数采用的都是液氢储存的方式。
但是在中国现在的问题是中国现在目前只有两两个厂家可以生产液晶，那么你把这两个厂家的液氢运到全国，这基本上是不可能的。当然也有人现在在建新的液氢站，液氢制备，但是刚才前面说了成本还是不一样，但是通过技术提升液氢将来的制备成本可能比现在会有降低。但实际上你就是降低了，也不一定能够满足我们目前对氢气成本的要求。我们现在目前我们业内的要求基本上共识，大家的共识就是每公斤25块钱到30块钱，如果不能达到这个价钱，你将来你的运营或者你的家庭站，你就不可能支撑的下去。你自己也赚不了钱，你卖给个人谁也不要，是吧？就会存在这个问题。
那么加氢站加氢存在的这些问题，大概是这样。一个就是氢气的价格过高，那么氢气里面我们要特别提一下。所谓的黑氢灰氢氯氢刚才前面的领导也提出来，还有蓝氢，这个都是对的。但是在业内我们大多数专家现在希望的是用氯氢，也就是可再生能源制氢。其他的能源方法因为存在一些这样那样的问题，你比如说前面提到的天然气、甲醇、天然气和甲醇的价格随着需求变的需求的量的不同，它的价格的变化非常大。
曾经甲醇一度提高到4000多块钱一吨，天然气最近的价格也很高，最近气荒说天然气也供不应求，尤其是冬天采暖要保证民生。所以下一步就是说你用天然气制氢也好，你用甲醇制氢也好，可能会存在季节的变化，需求变化的价格影响。所以我们更加推崇的是可再生能源制氢，也就是说用风能太阳能这样的风场店，形成自己的微网，组织电解水制氢。那么像这样的项目，我在科技部我们专家组已经安排了4个，张家口地区、新疆地区、内蒙地区这样的示范的项目，都取得了非常好的这样的一个成绩。线风电制氢，太阳能制氢，这样一是把成本降下来了，因为电力很便宜。
二是保证了氢气的品质。因为化石能源的这样的制氢方法，你在做的再干净，它是存在一氧化碳，存在硫化物的。那么这个硫化物我们氢气的标准上，我们也提出了对燃料电池的氢气标准里面也提出来这样的一个指标，但是指标对于燃料电池长期使用的毒害性到底有多大？现在没有人拿出真正的结论，是不是还有问题？那么所以我们认为电解水制氢是给燃料电池应用的最佳的氢源。
那么这样的执行方法，那么下一步一定是大规模的集中的事情，工厂化的大规模的第二个，现有的加氢站配套建设的问题，审批现在有问题，安全地价占地最重要的一点是和加油站合建的可能性。那么刚才前面说了加氢站需要这么多现场要建设的要立起来的东西，你想想虽然标准里面规定了，我们可以和加油站加氢站，加气站合建，但是大家想一想怎么合建？
我们现有一个加油站，我们怎么把它把加氢站合进去，这是第一。第二一个加氢站可能要占地面积要顶上5个加油站。现在已经有的加油站的配套是不可能实现。加油站和家庭站合建的。第三个问题就是运输，氢气的运输前面提到氢气来源有可能是大规模的集中的这样的一个方式，那么势必就会说明它的距离和我们加氢站使用的距离会比较远。那么这样的一个运输就很关键。怎么能够把运输的半半径扩大，把运输的价格降下来。当然了前面提到的液氢是一个办法，液氢的运输成本确实比较低，但是有没有其他的办法，我们下面可以想一想。
这个现有存在的困难，一个是选址，因为大家知道氢气在我们国家是被用是作为危险化学品来管理的，而且是a类，现在能在哪建？选址非常困难。第二是安全法规与氢能的标准的相容性比较差。什么意思呢？我现在所在的三个标准委员会，我们从03年做燃料电池的标准，05年开始做氢能的标准。那么做了这么多年的标准，出了大批的几每个标准委员会都有几十部的新的标准出来。
但是这些标准跟国家的政策法规，你比如氢气使用规程，国家的安全法规是有矛盾的。所以这个方面就与我们建站的这种相容性比较差。所以希望我们一直也在呼吁能够把现有的氢气危险化学品的管理等级稍微降一降，它仍然是危险化学品，但是等级稍微降一降降，为什么？像天然气一样的管理方案方法，这样我们就很多地方就可以更顺当一些。第三个，现在占地面积太大，固定的储罐压缩机房等等这些。第4个就是设备投入资金占用比较大，所以这就是现在的问题，那么氢气制备前面说的也挺清楚，我这就不多说了。
那么现在从压缩成本来说现在气态压缩和液态制氢液氢气液化，成本还是相差得很多。你比如说我液氢光制备的费用就是液化的费用，一公斤大概需要15度电。一公斤。15度电，你前面说了一块钱一度电，你就要加15块钱，对吧？光液化的成本，你这个事就没法干了。这样一个那么运输的成本液氢是有优势的。场馆拖车现在都是用场馆拖车来运行，但是场馆拖车的问题在于它一次只能运40003000方到4000方去。现在目前掌管拖车压力只有20~25兆帕。车重是40吨，所以它的运输成本还是很高的。那么怎么把氢气的价格降下来，我们就在每一个环节都要都要做一些工作。
那么第一行，我现在写了一个叫气态碳纤维场馆车，那么实际上这就是我后面要讲的，这个就是我们新设计的一种加氢站的模式。那么实际上它是集储氢运氢升压加注一四位一体的一台设备，那么这个设备就会带来很多的便利，它同时也可以作为运氢用，也可以作为储氢用，放在哪儿都可以给汽车加氢，而且可以自增压，不用压缩机房，所以它的运输成本也是不高的。
那么它这样的一套的设备，它实际上占地的面积，你比如就第一列，这不是第一列。那么这个我们实际上在加油站里面给我们一个200平米的地方就够了，我们就可以实现加油站和加氢站的合建。那么这个是一个CNG的工艺流程图。Cng我现在主要说明的是什么？就是CNG现在的模式基本上有点类似，但是它跟我们不同的地方在于它需要压缩机，一般的都他在站里面都会有一个撬装的压缩机房，来帮他实现，把运来的天然气再加入到汽车里去。那么现在这个是场馆拖车，移动加氢站别人也有做过的移动加氢站，这样的一这样的一个情况。那么我们的目标是这样，这是一个未来氢气的特点，我们会把半径扩大。那么我们现在就想有没有这样的一个办法同时能够实现这些目标？
第一能够做加氢站的储氢装置，第二能够做加氢。第三可以运氢，而且加氢站可以是设备化的，工厂化生产的，无需现场建设的。这个也没有管道安装的，而且可以和加油站和建。那么这样我们现在采用新型的这样的3行或者4行平把它做大。做大到多少，现在的车载气瓶一般的都是146 150升，现在北京天海最多做到200升，这样的一个三型瓶，那么这样的瓶子对于我们储氢运氢来说是不合适的。
那么现在我们要做到300升以上。很荣幸前一段参加了一些会议，了解到现在我们国家很多厂家现在已经开始生产试行品，而且已经研发出了三型瓶的大容积气瓶，比如说500剩600升的这样的大型气瓶也已经有了45兆帕50兆帕的都没问题了。这就给我们这个装置带来一个非常好的基础条件，这就是我们现在要做的系统的大概的意思，这是一个示意图。
但是我们经过设计计算，我们现在能够达到我这一辆车，就可以储存氢气，将近1000个立方米，不是一一1000公斤。1000公斤。而且这套系统按那个车重10吨，我写错了，10吨的是一开始算的。现在我们的一目标是不不大于25吨。不大于25吨。那么这样它的经济运输量可以比现在的场馆拖车提高三倍，运输成本下降三倍。同时作为加氢站来使用的话，它的储气量基本就够了。一吨的氢气储存量。而且通过我们自增压的这样的一个模式，整个加氢站的取气率可以达到95%以上。
实际上这也是个示意图，我们大概的意思就是这个样子，我们把气瓶分成三组，每一组都是45兆帕到50兆帕。那么这样我们给汽车充装的时候，实际上是我们原来报的一个发明专利，就叫做报的一个发明专利。降压平衡充装法。因为过去的充装的都是用增压的方式来冲撞，我们是降压平衡冲撞。降压平衡充装从高压气瓶向低压气瓶流动。那么这样分三组，这样的取其力会比较高。
那么同时我们在下边底盘上会布置上什么？你比如蓝色的中间的图，蓝色的那一部分的，就是静态增压的部分。那么一这一套我们做上去以后就不用这种机械式的增压机了，我们用静态增压的方法会更安全，而且更有效，压力还可以更高，比如说我们如果想到70兆帕，这套系统都可以做。这就是我们静态增加的一个原理，我们都已经和北京中国有色金属研究总院奖励金团队，我们都已经合作了很多年成果，现在已经都实现，没有问题。
而且这个能耗非常低，我们知道一台压缩机如果你压缩45兆帕，50兆帕的压缩机，它的工具最起码要在45个千瓦左右。我们这一套就用大概50度到70度的水温，就可以把压力升高到50兆帕。那么水温我们完全可以用太阳能的热水器就可以实现，所以能耗非常低。那么这一套装置将来充装也可以把压加氢机固定在地面上，然后我跟我们车一年就可以给汽车装，也可以把加氢机放在车上，直接给汽车村庄那么这样我们就可以在一个加油站有200平米的地方放一个这样的车，就可以给汽车充装了。这是我们设计的这一套系统的原理图。这个已经现在开始在做了。
那么现在总结一下，这套系统有这么多的好处，。所以用这一套办法，最重要的就是能够使加氢站设备化、工厂化。谢谢大家！
2020中国氢能与燃料电池汽车产业峰会暨年度颁奖盛典由中国氢燃料电池汽车网MRHN.CN主办，来自氢能、燃料电池、氢燃料电池汽车主机厂及产业链百家企业领导出席峰会，超过20位行业精英发表了主题演讲。2020中国氢能与燃料电池汽车产业峰会的更多最新消息，敬请关注中国氢燃料电池汽车网MRHN.CN官方微信号 ↓ ↓ ↓
