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加氢站建设知识大全

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2021-06-16  来源:氢能日参  浏览次数:161
 当前,国内外加氢站投资都处于比较活跃的状态,但投资加氢站的首要难题是巨额的建设成本。选取不同的技术路线,加氢站建设和运营的成本也各不相同。本文就加氢站的建设成本进行详细的分析和比较。

2021年,我国氢能迎来新一轮发展热潮。随着山东、浙江、福建等省关于氢能产业园、加氢站建设规划陆续出台,政策、资本赋能各地“氢战略”,一场以氢能为支点,瞄准碳达峰、碳中和的攻坚战已然打响。

加氢站的建设热潮对于氢能行业的发展是有力的推动。业内普遍认为加氢站建设滞后,导致氢能发展缓慢,大型央企、国企的参与能够促进加氢站的建设标准、流程进一步完善,规划、资金等问题也将得到解决。据统计,2020年全国建成的加氢站超过128座,过去三年年均增长超过100%。2021年随着示范城市政策的落地,国内加氢站建设将提速,到2030年预计建成数量将超过1000座。
能源“大规模、低成本、高安全”的属性要求我们对氢能的气源保障、供氢模式、绿氢来源等问题提前策划布局。例如高压气态或液态氢的运输,需要大量的长管拖车或低温槽车,这些车辆就必须满足以上条件。另外,随着需求的增加,当加氢站数量达到一定程度时,需要以“分布式制氢中心+管道供给”的氢能保供网络作为基础,同时,保供网络也需要满足“大规模、低成本、高安全”的相关要求。
加氢站从组成上主要包含制氢系统(仅适应于具有内制氢能力的加氢站)、纯化系统(内制氢加氢站中用于纯化站内制备的氢气,以达到使用标准)、压缩系统、储氢系统、加氢系统、安全监控、电气设备以及其他机械设备(包括管道、配件、阀门等)。








外供氢式高压氢气加氢站的建设成本最低


  我们对外供氢高压氢气加氢站、外供液氢加氢站以及内制氢加氢站,三种不同技术路线加氢站的建设总成本进行了对比分析。
  由于我国现阶段加氢站全部为高压氢气储存加氢站,为了比较不同类型加氢站建设成本,我们以2015财年,美国加利福尼亚洲这三种不同类型加氢站的建设成本为例进行分析。



外供氢高压氢气加氢站建设成本


  以日供氢能力为180kg/d,存储能力为250kg的外供氢高压氢气加氢站为分析对象,其氢气运输方式为集装管束拖车运输,加氢站同时具备35MPa和70MPa两种加氢压力。
  当加氢压力达到70MPa时,需要添加冷却系统,在加氢过程中对氢气进行预冷,以防止加氢过程中由于氢气温度过高而引发的安全事故。
  加州能源局的研究数据表明,该类型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。

  如果生产规模增加到100套/年,加氢站建设成本较2015年可降低40%左右。
  未来,随着设备生产规模的扩大,规模经济影响显著,压缩系统、储氢系统以及加氢系统的成本将明显下降,外供氢高压氢气加氢站的总成本将有很大的下降空间。




外供液氢加氢站建设成本


  下面对一个日供氢能力为350kg/d,同样具备35MPa和70MPa两种加氢压力的外供液氢加氢站进行建设成本分析。
  相比于外供高压氢气加氢站,外供液氢加氢站在运输之前需要耗能将氢气温度降低到零下253℃,以液态氢的形式进行运输。
  加氢站中需要添加额外的储氢瓶和冷却系统保证加氢站的正常运行,占地面积更大,因此液态加氢站的建设成本高于高压氢气加氢站。
  加州能源局的研究数据表明,外供液氢加氢站建成所需的与设备相关的费用约为193万美元(高于外供氢高压氢气加氢站的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,总成本约为280万美元。







站内电解水制氢加氢站建设成本分析


  美国加利福尼亚州HyGen加氢站采用站内电解水制氢,该加氢站日供氢能力为130kg/d,同样具备35MPa和70MPa两种加氢压力,下面对该加氢站的建设成本进行分析。
  站内电解水制氢加氢站由于站内具备制氢能力,与外供氢加氢站相比,省去了将氢气由制氢厂运至加氢站的运输费用。
  受益于模块化的设计,电解水制氢系统包含的所有设备都可以放置于20-40英尺的国际标准集装箱中,英国ITMPower、加拿大的HydrogenTechnologyandEnergy(HTEC)公司以及美国HyGenIndustries等企业都提供这种集装箱式电解水制氢系统。
  本部分对外供氢加氢站的分析中并没有考虑集装管束拖车的制造/使用成本、氢气运输成本等,仅针对加氢站建设投资成本进行分析比较。
  加州能源局的研究数据表明,HyGen电解水制氢加氢站总建设成本超过320万美元,远远超过外供氢高压氢气加氢站(200万美元)和液氢加氢站(280万美元),其中电解水制氢装置成本约131万美元。





综合来看,现阶段外供氢高压氢气加氢站的建设成本最低,且随着生产规模的扩大,成本将有大幅降低的可能,进一步考虑氢气生产和运输费用后的氢气使用成本将增加。





压、储、加三大系统成本规模经济性显著


  国内现阶段主要为外供氢高压氢气加氢站,因此,本节中我们对外供氢高压氢气加氢站中最为重要的三大系统——压缩、储氢及加氢系统,进行建设成本的分析。
  根据AhmadMayyas等人的研究,直接成本可分为系统核心部件成本及辅助设备成本(Balanceofsystem,BOS)两部分进行分析,主要包括与设备生产有关的设备/建筑成本、材料成本、废料成本、工人工资费用、生产耗能、设备及厂房维护费用以及资本成本。
  另外,考虑系统建设产生的装配费,从而得到加氢站中相应系统生产建设所需的成本。




压缩系统成本随生产规模扩大而大幅降低


  假设加氢站压缩系统中采用活塞式压缩机,其直接成本包括与压缩机壳体及内部结构加工制造相关的系统核心部件成本,以及与电机、控制单元、管路系统等相关的辅助设备成本。

  根据AhmadMayyas等人的研究,通过对比压缩系统建设成本与生产规模的关系我们发现:
  (1)随着生产规模的增加,压缩系统核心部件的直接生产成本将大幅降低,当生产规模由10套/年增加到100套/年时,核心部件直接生产成本降低约82%;
  (2)核心部件直接生产成本降低的主要原因是由于随着生产规模的增加,平均到每套压缩系统的资本成本及设备/建筑成本明显降低;
  (3)辅助设备成本随生产规模的增加变化很小,其中系统的控制单元价格最高,占辅助设备成本的58%,高精度的控制单元成本约为13000美元;
  (4)考虑压缩系统直接成本及装配成本的总成本随生产规模的增加而降低,生产规模由10套/年增加到100套/年时,总成本降低约56%.

  预测在未来,压缩系统的成本降低空间将更大。
  随着生产规模的增加,辅助设备成本在总成本中的占比将超过直接成本,未来随着需求的增加,针对不同参数压缩系统的阀组、接头、传感器等辅助部件将趋于更加标准化、集成化的生产制造模式。
  届时,辅助设备成本将大幅降低,这使得压缩系统的成本在未来将有很大的降低空间。



储氢系统成本随生产规模扩大降幅有限


  储氢系统成本分析分为储氢瓶直接成本以及辅助设备成本两部分。假设加氢站采用Ⅰ型储氢瓶,储氢压力为38MPa时容量为30kg。
  根据AhmadMayyas等人的研究,通过进一步分析我们发现:
  (1)材料费用是储氢系统成本的主要部分,其次为人工费用;
  (2)由于材料费用为主要成本构成,且随生产规模变化不大,因此储氢系统成本随生产规模的增加降低较小;
  (3)当生产规模由100套/年增加到1000套/年时,与储氢系统直接生产建设相关的成本将可降低8.5%.




加氢系统成本随生产规模扩大而降低


  对于加氢系统的成本分析,我们考虑两种情况:
  (1)只有35MPa加注口的加氢机;
  (2)同时配有35MPa和70MPa两种加注口的加氢机。
  加氢系统相关部件可直接购买并进行组装,成本可分为设备成本及人工费用。
  在已有加气站加气系统的建设经验基础上,加氢系统中的相关部件现已形成了较为标准化的生产制造,包括加氢机外壳、相关阀门组件、流量计、压力计、加氢枪、控制及显示面板、相关按键等。
  根据AhmadMayyas等人的研究:
  (1)设备成本中最主要的为阀门和计量仪表等,占设备成本的60%左右,用于监测压力以及氢泄露相关的传感器也是加氢系统成本的重要组成部分;
  (2)加氢枪组件成本在H35/H70加氢系统中的占比高于在H35单加注口加氢系统成本中的占比。这是由于70MPa加氢枪组件成本相比于35MPa成本更高,且能够制造成熟产品的供应商更少;
  (3)H35单一加注口加氢系统设备成本约为35048美元,H35/H70双加注口加氢系统的设备成本约为67595美元;
  (4)加氢系统的成本随着生产规模的增加而降低。


  35MPa/70MPa双加注口加氢系统总成本较35MPa单加注口加氢系统成本增加约一倍。
  生产规模由10套/年增加到500套/年,加氢系统总成本可降低30%-35%.








中国加氢站建设成本较其他国家优势明显




我们将我国加氢站压缩、储氢及加氢三大系统的建设成本与美国、日本、德国等其他国家的建设成本进行了比较,以分析中国在加氢站建设成本方面的国际竞争力。

各国压缩机系统建设成本比较

1
我国压缩系统建设的直接成本和装配成本在国际上具有明显优势,明显低于美国、日本、德国等氢能利用更为广泛的国家;
2
考虑压缩机制造企业加权平均资本成本要求后,我国压缩机建设成本的优势降低,但依然低于其他发达国家;
3
我国加氢站压缩系统建设成本较低的优势在于较低的人工费用及设备/建筑成本。



各国储氢系统建设成本比较

1
若只考虑系统的直接成本,我国加氢站储氢系统建设成本依然低于其他国家;
2
若综合考虑企业的加权平均资本成本要求,美国、加拿大、墨西哥的储氢系统总成本将低于我国;
3
我国加氢站储氢系统建设成本优势来源依然是我国较低的人工费用。


各国加氢系统建设成本比较

同样的,对于加氢站加氢系统建设成本来说,我国的建设成本设备成本及人工费用低于其他国家,而较高的公司加权平均资本成本要求使得我国加氢站建设的总成本优势下降。








  总的来说,由于我国拥有更低的人力成本及建筑成本,使得我国在加氢站关键系统建设成本上较其他国家具有一定优势。
  但是成本降低的关键还是在于生产规模的扩大和技术的进一步发展,加速发展氢能利用产业,形成上下一体的商业化产业链及标准化部件迫在眉睫。
 
 
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