浅谈加氢站组成

浅谈加氢站组成
燃料电池汽车在迈向商业化阶段，据统计，目前全球有加氢站369座，截至2019年底，我国已建成加氢站66座，加氢站作为氢气供应站，与加气站类似，一个完整的加氢站，主
要由氢气制造系统，氢气压缩系统，氢气储存系统，氢气加注系统组成。

一、氢气制造系统
城市加氢站的技术路线可分为三类：电解水制氢、天然气重整制氢和外供氢技术。

类型氢源特点
燃料重整制氢天然气、液化石油气、甲醇等利用城市燃气，液化石油气供给设施，氢成本比较低，高
温运行下需要数小时启动，不宜频繁开启，有CO2生成
水电解制氢强碱水电解法、质子交换膜水电解法等可利用可再生能源制氢，清洁环保，可利用谷期低电价电
力
外供氢技术（液压储存，压缩氢储存）液化并通过车辆运输，加氢站存储；压缩并
通过拖车运输，加氢站储存
可同时供给压缩氢和液体氢；设备便宜，系统简单
1、电解水制氢
电解水制氢的技术目前已经十分成熟，欧洲大多数加氢站都采用这种技术。

电解水制氢技术主要有3种：强碱、质子交换膜（PEM）和固体氧化物水电解技术
1）采用碱液作为电解质的碱式电解器是历史最悠久也是成本最低的一种方法，水电解出1Nm³氢需要电力约为5KWh，
2）固体氧化物电解器一般采用氧化钇稳定的氧化锆作为电解质，工作温度在600-1000℃，在此温度下的水理论分解电压仅为0.9V。

3）质子交换膜（PEM）水电解器是使用一种离子交换膜作为电解质兼起隔膜作用，依靠此膜内的水合氢离子导电，能再1-3A/c㎡的高电流密度下工作，体积小，效率高，生成的氢气纯度可高达99.999%，被认为是最有前景的水电解技术。

2、天然气重整制氢
若加氢站的附近有天然气管道，可以直接利用管道的天然气进行站内重整制氢，将会大大减少运输和设备的成本，天然气重整制氢在工业技术上已非常成熟。

制氢成本低、初始投资大，天然气重整制氢具有制氢成本低的优点，并能充分依托现有的天然气基础设施经验来发展氢能基础设施，但其设备初始投资较大、制备的氢气需要经过纯化工艺方能满足燃料电池的要求。

由于重整制氢中，有其他大量能导致电堆中毒的物质，因此需要提纯，目前市场上，电堆对氢气的浓度要求需达到99.99%以上。

氢气提纯的方法有吸收法，低温分离法，变压吸附法和隔膜分离法。

比较常用的是PSA和膜分离法。

PSA法是利用沸石、活化碳等吸附剂，在加压条件下吸附氢气之外的气体不纯气体，然后分解析不纯气体，如此反复，实现氢气的纯化。

隔膜分离法是利用对氢气具有选择渗透性的膜来提取氢气的方法，常用的膜是高分子膜和钯系合金，膜分离系统紧凑简单，容易实现大型化和小型化，氢气收回率高。

由于甲烷
中氢碳分子较高，是作为制氢的最理想原料。

3、外部供氢技术
外部供氢技术，主要是站内不制造氢气，将购买获得的副氢加压至19.6MPa，用存气罐、加载机和大容量拖车（2300-3100Nm³）运输。

在加氢站内，把氢气容器装载与牵引车分开保管，并与压缩机连接，在加压至40MPa 后，存储在蓄压器内。

二、氢气压缩系统
氢气的单位质量的能量密度虽然比其他燃料大，但氢气的单位体积的能量密度却比其他的燃料低，若与液体汽油相比，则同体积能量密度约是汽油的三千分之一。

为使汽车加氢与加油有相同的行驶里程，经测算，氢气必须要被压缩到35—70MPa。

氢气压缩机
现代汽车储氢罐加注压力一般为35MPa，为了行驶更长的距离，需将加注压力提高一倍，达70MPa以上，因隔膜压缩机输出压力可超过100MPa，目前是加氢站压缩机的最佳选择。

进口系统，氢气进入压缩机之前，必须分离水分，以免损耗下游部件，管道内氢气压力要受环境温度，沿途的流动阻力以及流量影响，因而是不稳定的。

缓冲器的用途就是缓冲输气管道内的压力波动。

出口系统，假如压缩机出口的氢气含水量超过要求时，出口系统必须有干燥器，过滤器
等，氢气流过干燥剂，彻底清除水分，以免下游管道腐蚀或堵塞。

三、氢气储存系统
氢气的储存的方法很多，目前主要的有3种，高压气态存储，液氢存储，金属化合物存储。

高压氢气存储期限不受限制，不存在蒸发现象，是加氢站内氢气存储的主要方式。

而高压储氢罐目前主要是采用纤维复合材料或者新型轻质耐压内胆的合金氢罐，若采用传统工业气瓶（钢质内胆）容易发生氢脆，诱发破裂，存在安全隐患。

四、氢气加注系统
车辆的氢气加注是依靠与车载储氢罐的压力差来实现的，因此，车载的35MPa储氢罐需要40MPa加注压力，通常把高压氢分开存储在两三个存储罐里，加注时车辆的储氢罐和加注系统的压力平衡后，就自动切换到下一个高压存储罐继续进行加注。

氢气加注系统，包括存款罐，显示屏，防静电，防过充压力，应急拉断等功能。

加氢机的计量功能一般均采用质量流量计来完成，实现加氢功能需要防爆电磁阀、气动球阀、安全阀，压力表，压力传感器，加气枪等。

安全方面，有拉断阀，泄漏报警器，防过充系统，总控制系统等。