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中美加氢站建站投入对比 压缩机成本是重中之重

中美加氢站建站投入对比  压缩机成本是重中之重
  加氢站是连接上游氢气和下游燃料汽车用户的纽带,是大规模发展燃料电池车的基本条件。目前,我国加氢站的利用率约为40%,未来市场规模提升后,利用率有望达到70%。
 
  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。
  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。
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  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%(见表1)。
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  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%(见表2)。
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  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%(见表3)。
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  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%(见表4)。
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  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(见表5)。
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  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(见表6)。
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  中美加氢站运营比对(见表7、图2)
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  不同使用率下,压缩机在加氢站总成本的占比情况
  如图3所示,在使用率低的情况下,设计日加注量为200kg/d的加氢站,加氢站平均运营成本约为18元。设计日加注量为1000kg/d的加氢站,加氢站平均运营成本约为12元/kgH2。
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  在使用率高的情况下(假设加氢站的年平均利用率为80%),设计日加注量为200kg/d的加氢站,约为11元/kgH2。设计日加注量1000kg/d的加氢站,可以将平均运营成本降低至约6元/kgH2。
  可以看出,压缩机在设计日加注量较大及使用率较高的情况下,在加氢站运营成本下降中占比最大。
  目前,我国加氢站所采用的氢气压缩机仍需外购,国内现有压缩机制造商多数仅能生产用于石油、化工领域的工业氢气压缩机,输出压力均在30MPa以下,无法满足加氢站技术要求。但值得注意的是,当前氢气压缩机国产化比例正在逐步提高,如中鼎恒盛、天高等国产设备已经应用于国内部分加氢站。
 
  国内加氢压缩机最新动态
  2020年初,排气压力为90MPa、日加注能力达1500kg的新一代液压活塞式加氢站用压缩机,由青岛康普锐斯能源科技有限公司试制成功。据了解,该样机是目前世界上单机压力最高、排量最大的加氢站用压缩机,技术水平全球领先、各方面特性均具备国际竞争力,且完全实现国产化。该样机的公司内部验证已顺利完成,具备了大规模产业化的技术条件。
  据康普锐斯公司负责人介绍,该公司研制的最新一代液压活塞式加氢站用压缩机具有八大优点:
  一是易损件少、故障率低。该压缩机的运动部件数量仅为机械式压缩机的5%、隔膜式压缩机的10%左右,从设计层面降低了设备的故障率。
  二是维护间隔长、成本低。设备的维护周期预计超10000小时,远超传统的隔膜式压缩机,在维护成本方面也仅为隔膜式压缩机的50%左右。
  三是可频繁启动。传统压缩机启动前需卸载,等待压缩缸内气体平衡、驱动电机达到额定转速方可加载,启停频率过高将严重影响隔膜使用寿命,而该样机无需卸载,没有启停频率限制,非常适合车辆加氢时所需的间歇性压缩工况。
  四是可双模工作。目前国内示范站的加氢压力多为35MPa,而美、日等氢能利用先进国家的加氢压力多为70MPa。该样机可实现35MPa/70MPa双模切换。满足现行示范要求的同时,预留了适应未来加氢压力等级提升的能力,可减少加氢站建设的重复投资。
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  五是油气分离设计。传统隔膜式压缩机通过隔膜将液压油和氢气进行隔离,一旦膜片破裂,油和氢气将发生混合,轻则需对设备大修清理,重则导致设备报废。该样机设计了特别的油气分离结构,保证正常工作及密封件发生损坏时油气均保持分离。
  六是运行能耗低。以国内某品牌隔膜压缩机为例,当进气压力15MPa时,其单位能耗为0.11kW·h/Nm3,而该样机仅为0.045kW·h/Nm3,能耗降低约60%,以日加注氢气1000kg计算,单台压缩机每年可节电26.6万度。
  七是降低氢气运输成本。目前加氢站槽车最终卸车压力为5MPa,槽车的有效容积使用率不到75%;采用该样机可把槽车卸车压力降低至2MPa,将有效容积使用率提高到90%,单此一项可降低15%的氢气运输成本。
  八是自动化设计、安全可靠。该样机电气元件采用防爆设计,安装有静电接地系统、超压保护系统、燃气探测器和烟感、火焰探测器,紧急情况下可实现自动断电并切断气源。控制系统采用PLC全自动控制,具备故障报警,自动诊断功能,压缩机运行全过程均无需人工操作。
  目前,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。
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