【天然气之夜】氢能源替代石油能源的加氢站技术与相关产品研究（第103期）

3

月

30

日

周

六

全文约8600字，阅读约需10分钟。

专注于天然气领域政策与法律的公号，已通过微信原创和赞赏认证。

点击标题下方“天然气与法律”（蓝色字体），和3.5万业内同行一起关注。

精彩回顾：

编者按：2019年3月28日晚，第103期“天然气之夜”空中论坛如期举行，主题为“氢能源替代石油能源的加氢站技术与相关产品研究”，特别邀请到云南能投集团玉溪能投佳亨燃气有限公司总经理沈军先生。沈军先生对LNG液化工厂、LNG、CNG加气站设备生产与研发有丰富经验，与大家一起分享并与群友进行了充分的沟通和交流，回答了群友关心的问题。

本期论坛主持人李慎玉，记录整理：肖皖林

（论坛内容仅为分享知识目的，不应被视为任何投资建议，投资有风险，入市须谨慎）

【嘉宾介绍】

沈军，云南能投集团玉溪能投佳亨燃气有限公司总经理，从事天然气城市管网建设；曾在中国联盛投资集团、中能集团、青岛捷能集团分别从事LNG液化工厂、LNG、CNG加气站设备生产与研发。今年，沈军的关于《加快可再生能源制氢替代车用化石能源》提案，作为工商联第一个提案得到两会采纳。其中，加氢站建设写入政府修改后的报告中。

【论坛实录】

摘要：一种“多气瓶交替循环”加氢站技术，比加油站还要简单、安全、高效，未来用它独家或少数几家控制着上百万个加氢站（替代加油站），再对应服务几百家汽车生产厂家生产与销售的上百亿规模的燃料电池汽车用户；其实质就是氢能源制储运加氢站网络与燃料电池（汽车）构成快速循环储能全产业链，具有整合各种资源制氢、输送电网、电解水制氢机、压缩机、燃料电池汽车等相关产品在世界各地的复制性和专利技术的唯一性；与资本对接，开展“氢城氢国”运动，在每个城市安装六种相关产品，就可以销售氢气能源和代理销售燃料电池汽车了，完美解决了制氢、储氢、运氢、加氢、氢气便宜、氢气来源广泛、留住再生能源等一系列难题；可以“独占”氢能源和燃料电池汽车终端上百万亿的市场份额，领先世界各国率先进入“氢能社会”，最终达到氢能源替代石油能源的目的。

技术背景

氢气是一种燃烧热值高、二氧化碳零排放的二次能源，每千克氢气燃烧产生的热量，大约是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。

由于氢气是当今世界唯一能提供既没有“温室效应”、又没有任何污染的能源，取之不尽，用之不竭，人们逐渐认识到：氢能源技术将是21世纪最有前景，最能从根本上解决人类环境危机和能源危机的终极手段，相应的氢燃料电池汽车是人类终极版本汽车。

国家发展改革委公布的《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》2016 版，在新能源汽车产品方面，着重提出发展燃料电池系统及核心零部件，站用加氢及储氢设施，以及燃料电池系统测试设备等。《节能与新能源汽车技术路线图》确定了节能汽车、纯电动和混合动力汽车、燃料电池汽车的技术发展路线。其中提出在 2020 年、2025 年和 2030 年，中国燃料电池汽车的规模将分别达到5000 辆、5 万辆以及百万辆。《中国制造2025》中也明确，新能源汽车的补贴逐年递减，唯独燃料电池车的补贴不变。可见即便在确立了纯电动汽车发展路线后，我国并没有放弃燃料电池路线。

走燃料电池技术路线，与可再生能源对接，解决了其不确定性、间歇性等难题，其实质就是：可再生能源循环制氢、储氢、运氢、加氢与燃料电池汽车循环储氢、循环消耗氢气构成了循环体系，具有各地的复制性，真正意义上没有任何污染彻底留住了可再生能源，满足各地能源供给需求，实现能源的转型升级为人们所研究的重点。

一、提出氢能源技术路线找到与燃料电池汽车的连接点 

燃料电池是由发电装置和储能装置两部分构成；储能装置就是储氢瓶，发电装置就是把储氢瓶中的氢气源源不断由化学能变成电能输出的通常我们所说的“发电机”，其固定在某一个地方接收氢气转换成电能输出就是氢气分布式能源，需要移动的加氢站与之对应加满氢气。

把燃料电池安装在汽车上驱动其行驶就是燃料电池汽车，生产燃料电池与汽车结合的全过程就是一个完整的燃料电池汽车产业。该产业需要与其配套的就是氢能源产业，为其提供氢气能源，一个具体的环节就是在加氢站对燃料电池储氢瓶加满氢气，满足燃料电池汽车道路行驶所需要的氢气，燃料电池汽车行驶过程中不断消耗氢气，消耗完后需要再次返回到加氢站为其再次加满氢气，就这样对燃料电池汽车上的储氢瓶加注储存氢气，与燃料电池汽车道路行驶消耗氢气的过程，一直反复循环下去，满足人们日常出行的需求。这种对燃料电池汽车上的储氢瓶进行反复存储氢气的过程是在加氢站中完成的，我们看出加氢站就是连接氢能源和燃料电池汽车两大产业的关键点。

汽车产业的终端产品是燃料电池汽车，用车上的储氢瓶储存氢气，为了让汽车行驶里程更长，需要存储更多的氢气，当储氢瓶的容器大小一定时，一般在100升左右，只有提高储氢压力才能储存更多的氢气，但也不能无限制提高压力，所以，国际上规定燃料电池汽车储氢瓶的额定工作压力为70MPa（国内暂时是35MPa）。燃料电池汽车道路行驶消耗完氢气，只有而且是唯一的办法就是到加氢站去补充加满70MPa（35MPa）的氢气。当前，与其配套的氢能源产业终端产品加氢站技术处于发展初期，基础设施建设相对滞后，是制约燃料电池汽车发展的一个瓶颈，也是业界公认的一个世界性难题，主要表现在：氢能源产业的上、下游分工不明确，例如：站内制氢加氢站就是一个小而全的氢能源产业链，该站最终的加氢量难以上规模，只适用于燃料电池汽车发展初期车辆比较少的情况；外供氢加氢站还需要压缩机二次加压，把本应该上游加压一次到位完成的工作，拖延到下游终端来完成，增加了加氢站终端的工艺步骤和设备投入，现在的这两种加氢站都有压缩机做功加气，服务于燃料电池汽车数量没有更好的办法大幅度增加，其加氢量和加氢速度都受到压缩机出口排气量的限制，站上只要有压缩机就会导致工艺流程复杂，难以像加油站那样工艺流程简单、可以服务于大规模的燃油汽车、可以大规模复制。为此，加氢站技术突破至关重要。

氢能源产业的终端产品是氢气，但是，人们不能用手抓着、口袋里藏着氢气，交给客户只能是交到客户燃料电池的储氢瓶中，具体是加压加注到燃料电池的储氢瓶中，要求加注到储氢瓶中的氢气达到70MPa的压力。在交给客户之前，上游制氢后储存氢气的储氢瓶采用比下游燃料电池汽车上的储氢瓶大N倍，N值越大越好。为了储存更多的氢气，必须给氢气加压储存到上游储氢瓶中，压力越高储存的压缩氢气越多，存储多高压力的氢气取决于储氢瓶耐压能力，目前，燃料电池储氢瓶的额定工作压力是70MPa，氢能源产业最终产品是大于70MPa的氢气，优选压力为87.5MPa的氢气，用100MPa的储氢瓶存储氢气最为安全。我们设计氢能源技术路线指导方针是：对氢能源产业的上、下游进行了明确分工，也就是把最复杂的制氢、加压、充装等环节都放在上游，用多个100MPa的上游储氢瓶做成储氢瓶组挂车，与牵引拖车构成储氢瓶组拖车，储氢瓶组挂车与牵引拖车可分离；去装氢能产业最终的产品是87.5MPa的氢气，这样上游就可以工业化、大规模生产氢气，以利于降低成本，把下游加氢站中的二次加压过程提到上游来完成，提高下游的工作效率；装满87.5MPa的氢气储氢瓶组拖车运气到下游终端与加氢机构成的加氢站，只有储氢瓶组拖车和加氢机两种设备，比加油站的设备还少、工艺流程更短；站上只有加氢机一种固定的设备，可以人工智能化高效快速直接对来站大批量的燃料电池汽车加满70MPa的氢气；终端加氢站需要完成的任务是：储氢瓶组拖车中的87.5MPa（或45MPa）的氢气对燃料电池储氢瓶加满70MPa（或35MPa）的氢气，其核心技术我们已经掌握，专利已经授权。

二、加氢站做到比加油站还要简单、高效、安全

全世界所有燃油汽车都到加油站去加满燃油。石油行业成功经验是：所有炼油生产复杂的过程都放在上游，最终产品成品燃油用油罐车运到加油站，卸到站内的大油罐中，用泵和加油机对来站的燃油汽车上的小油箱加满油，下游终端加油站工艺流程极其简单。

同样，未来全世界所有燃料电池汽车都到加氢站去加满氢气，我们在加氢站技术上有所突破，就能通过加氢站抢占两大产业的终端市场。我们发明了“多气瓶交替循环”加气站技术，使得终端加氢站不需要压缩设备二次加压和其他设备配套，储氢瓶组拖车通过加氢机相互配合，仅凭自身压力就可以实现加氢气功能，加氢机上的人工智能处理系统把复杂的事处理完毕，留给操作工只需一个步骤“按键加气”，直接就能对燃料电池汽车加满70MPa的氢气，如同开自来水龙头一样简单方便，其技术原理是：两辆储氢瓶组拖车与加氢机构成的“多气瓶交替循环”加氢站，依照拖车上的储氢瓶组中的低压到高压的顺序，由加氢机上人工智能控制，依次对来站的燃料电池汽车上的储氢瓶加满70MPa的氢气；当装满几十辆或上百辆燃料电池汽车后，卸下其中的一辆储氢瓶组拖车快速接头，“空车”再去上游制氢厂或母站充装满87.5MPa的氢气，再次到加氢站接入加氢机上；两辆储氢瓶组拖车如此循环始终有87.5MPa的高压氢气接入，满足对燃料电池汽车加满70MPa氢气的要求。如同加油站一样，始终有油罐车循环到加油站提供燃油。如此简单的工艺流程使得加氢站比加油站还要简单、高效、安全，能像加油站一样服务成百上千辆燃料电池汽车。每座城市只需和加油站一样，建几座加氢站就能满足该城市所有燃料电池汽车加氢气要求。

“多气瓶交替循环”加气站技术，在CNG汽车上做过实验非常成功；人们熟知CNG汽车上的储气瓶额定工作压力是20MPa,我们用25MPa的压力储气瓶组在加气机的控制下，可以对CNG汽车上的储气瓶装满20MPa的压缩天然气。实现数据详见参考文献专利说明书，这里受篇幅限制，不再展开赘述。就此得出结论：加氢站上的储氢瓶组拖车的压力大于被充装的燃料电池汽车储氢瓶的额定工作压力，通过“多气瓶交替循环”加气站技术，节省站上的压缩机、固定储气瓶等设备，不再需要二次加压；使得加氢站只需要储氢瓶组拖车和加氢机两种设备构成，没有了类似加油站上的泵和站内的地下储油罐等配套设备，工艺流程只有一个步骤，就剩下一个直接“放气”（就是对小气瓶充气）过程；上游储氢瓶和下游储氢瓶之间从高压到低压、从大气瓶到小气瓶，放、充气速度与储氢瓶之间连接的管径的平方成正比，这是加氢站的技术优势。

三、几种相关产品解决了氢气便宜和来源广泛的问题

不管是何种资源何种方式制氢，都能与“多气瓶交替循环”加氢站技术衔接成储运加氢站网络，与燃料电池汽车构成循环储能全产业链，其终端加氢站网络都是一样的。如同石油能源终端加油站一样，将来全球各地到处都是比加油站还要简单的加氢站，人们容易接受工艺流程如此简单的加氢站，每个加氢站只有加氢机和储氢瓶组拖车这两种产品，可以工厂化、标准化生产，大规模化复制推广开来。

解决氢气便宜的最好办法是：选择再生能源制氢方式，可以整合太阳能、风能、水电、核能等资源，与燃料电池汽车产业对接形成一个循环储能全产业链。其本质是：把所有的再生能源转换成氢气，四度电制成一方氢气，当再生能源发的电不能并入电网，非常便宜时，氢气也就非常便宜，利用储氢瓶存储氢气不泄露的特点，用“多气瓶交替循环”加气站技术，以最快的速度转存到大批量燃料电池汽车上的储氢瓶中，这样就留住了再生能源。燃料电池汽车上路行驶，又消耗了氢气，燃料电池汽车循环储存氢气又需要上游再生能源循环制氢，使得循环储能全产业链大循环成立。工艺流程如下：  

再生能源发电→输送电网→PEM电解水制氢→压缩机（相当于四种产品构成的制氢厂）→储氢瓶拖车→加氢机→燃料电池储氢瓶。通俗讲：制氢加压到87.5MPa，用100MPa储氢瓶组拖车→加氢站→对大批量燃料电池汽车上的储氢瓶存储70MPa的氢气。

在每个城市周围建制氢厂，用储氢瓶组拖车向城内多个加氢站提供氢源，就近生产、就近运输、就近加气、就近存储、就近储能、就近消耗，解决了氢气制取、储存、运输、加氢等一系列难题，也就解决了氢气来源广泛的问题。

四、氢能源行业成功商业模式和未来市场规模

大家对现有的加油站技术非常熟悉，全世界所有的加油站都是一样的工艺流程和设备，即运油罐车到站，通过泵卸油到站内的地下油罐中，再通过泵加压经加油机计量对燃油汽车加油；所有的加油站运行管理与加油操作方式是一模一样，全球加油站技术只有这一种类型。

石油行业成功的商业模式是：

一种加油站技术→生成少数石油公司控制的上百万座加油站→服务于几百家汽车生产厂家生产与销售的上百亿辆燃油汽车用户。

谁控制着终端加油站，谁就赚取石油能源终端产品即汽、柴油的丰厚利润，这是有目共睹的事实。

随着世界各国禁止燃油汽车上路时间表的推出，要求氢能源替代石油能源的速度愈来愈快，政策力度越来越强，量产的氢燃料电池汽车替代燃油汽车大势所趋，毋容置疑。接下来的就是：验证我们这种加氢站技术能否替代现有的加油站技术，达到或超过现有加油站的技术效果。我们加氢站只有两种设备即储氢瓶组拖车和加氢机构成，我们做到了一样的工艺流程和设备，即运氢气的储氢瓶组拖车到站，牵引拖车卸下储氢瓶组挂车，把“空”储氢瓶组挂车拉去上游再装气，储氢瓶组挂车与加氢机通过快速接头连接，经计量对燃料电池汽车加满额定工作压力的氢气。所有的加氢站运行管理与加氢操作方式是一模一样，全球加氢站技术只有我们这一种类型，与目前的加油站一样简单、安全、高效。

能成功复制与石油行业一样的成功商业模式，才能替代其巨大的市场：即一种加氢站技术→生成独家或少数氢能源公司控制的上百万座加氢站（替代加油站）→服务于未来几百家汽车生产厂家生产与销售的上百亿辆氢燃料电池汽车用户。

五、氢能制储运加与燃料电池汽车构成循环储能全产业链

氢能制储运加（制氢、储氢、运氢、加氢站）也就是氢能源和燃料电池汽车这两大产业的“公约数”是储氢瓶，上游储氢瓶水容积是下游储氢瓶水容积的N倍，上游储氢瓶做成储氢瓶组拖车。下游储氢瓶做成燃料电池含燃料电池汽车上的储能装置。

终端用户即燃料电池汽车既是氢气能源的储存者，也是氢气能源的消耗者，正是由于有燃料电池汽车上的储氢瓶循环存储氢气即储能成立，才能使上游用再生能源制氢构成的大循环成立，所以，氢能制储运加与燃料电池（汽车）结合在一起就是一个循环储能过程；把今天的再生能源储存起来留给明天或将来给燃料电池（汽车）使用，虽然是通过电解水制氢变成氢气能源用储氢瓶储存起来的，比蓄电池直接储存“电”多了一些工艺步骤和设备，但我们这样的储存能源会很久（储氢瓶储存氢气很久不漏气），没有设备污染回收之虑；上游储氢瓶(容积N倍于下游储氢瓶)存储87.5MPa氢气后，对下游储氢瓶转存至70MPa的氢气是物理传递过程，通过加氢机上人工智能处理起来非常方便，能源转存量大而且速度相当快，这是循环储能中最核心的专利技术，中国首创，这一点我们做到了极致；通过这一核心技术让终端用户和再生能源之间建立起一个可以逐步放大的循环储能过程：

上游制氢和下游终端加氢站、终端用户燃料电池汽车都可以模块化增加，使得制氢量和氢气消耗量可以随时相互匹配；例如，一个城市先有100辆燃料电池汽车，就有100个储氢瓶来循环储存氢气，城市周围就有对应的再生能源如太阳能光伏电池发电制氢能力，再生能源发电制氢规模与燃料电池汽车规模对应；随着社会的发展，燃料电池汽车（看成模块）不断增加到1000辆，加氢站上储氢瓶组拖车和加氢机增加，储氢瓶组拖车循环次数增加，城市周围的再生能源如太阳能光伏电池模块化的增加，适应终端用户燃料电池汽车所需的氢气的增加。

一个城市氢能制储运加氢站网络建立起来了，与燃料电池构成快速循环储能样板工程，运行成功后，总结经验，完善标准，就可以在全国复制，开展“氢城氢国”运动；当我国省级34个、地级333个、县级2862个共计3229个城市（2004年统计）都成功复制了我们的方案，中国就领先世界各国率先进入了“氢能社会”。

这里给大家讲了，我们的技术路线就是要简单，能复制，能放大。

大家看到，我的终端设备只有两种设备，把所有复杂的东西放在上游，下游终端要和加油站一样简单高效安全。

六、与资本对接加快氢能源替代速度

这次到来的氢能源，可以不再依靠化石能源，可以实现，就地取材、就地生产、就地销售，就这样在各地一直复制下去，直到全球每个城市都成功复制，留住了再生能源满足了全人类燃料电池汽车的出行需求，替代了石油能源。

与资本对接，一方面投资氢能源装备产品制造业，具体是：再生能源发电产品；输送电网产品；电解水制氢产品；氢气压缩机产品；储氢瓶拖车产品；加氢机产品。这六种产品通过加氢站中的两种产品整合在一起，构成氢能源制储运加氢站网络。提供氢能源六种相关产品生产方案，去分别争取各地产业基金或政府引导资金，成熟一个落实一个，给落实资金所在地带来税收和就业，独家生产储氢瓶拖车产品、加氢机产品，合作生产其它四种产品。六种产品构成氢气能源生产方案，面向全球各地销售与复制，只要技术路线是唯一的，未来二十年工业总产值达万亿元以上。

特别强调： 100MPa的Type 4 高压储氢瓶生产技术已经成熟，属于“国之重器”，它结合我们加氢机构成的“多气瓶交替循环”加氢站，能撑起氢能源“超级工程”的推进，或许能带来一场能源革命，因为，我们的氢能源来自于再生能源和水。

另一方面，在各地投资建立氢能源运营公司：

建立“互联网+加氢站”平台，采用平台模式运作，在互联网上预约销售燃料电池汽车产品，解决了“现有蛋还是现有鸡”的制约瓶颈。每个城市周围都有再生能源和水，根据燃料电池汽车销售情况，在最需要的地方，先安装我们的六种产品，就可以建立制氢储运加氢站网络，销售我们的氢能源了，这个氢能源终端网络如同现在的石油能源加油站终端一样，在没有新的能源替代下始终是我们的，终生经营，一直盈利下去；石油公司现在的盈利模式就是我们未来的成功模式；我们做到技术与产品能复制，才能让更多的人或企业投资参与其中，不断复制下去。

全国3229个城市，每个城市周围都可以建立一个制氢厂对应城内多个加氢站，满足车用氢能源的需求，一次投资“终极能源”，持续永久直到终身经营下去。值得各地有实力企业和个人以各种形式与我们合作，在当地投资建立氢能源运营公司。运营公司购买上述六种氢能源装备产品，就可以销售氢气能源了，没有任何经营风险，盈利持续增高。

与我们合作的投资银行，就是“氢能源”银行，为我们在各地设立公司提供信用额度或启动资金，我们以后的工作就是：依次陆续在全国3229个城市中找合作者，撬动与吸引当地民间资本，不断在各地复制，再复制，一方面让投资者取得高额回报，另一方为人类能源、气候变化做出贡献。

结束语

本人从事LNG液化工厂、CNG加气站、LNG加气站[7]、整体LNG加气站等设备研发工作多年，技术积累预知未来的氢能源，也一定走压缩氢和液态氢之路；对氢能源产业进行了数个专利申请布局，抢占制高点。

这次给大家汇报，抛砖引玉向同行介绍“多气瓶交替循环”加氢站技术，与制氢储运加氢网络和燃料电池汽车一起构成快速循环储能全产业链，达到了与加油站一样的技术效果，即：一种“多气瓶交替循环”加氢站技术→生成独家或少数氢能源公司控制的上百万座加氢站（替代加油站）→服务于未来几百家汽车生产厂家生产与销售的上百亿辆氢燃料电池汽车用户；通过类比法证明“多气瓶交替循环”加氢站能替代加油站；上万亿元的市场份额吸引大量的资金和人才参与其中，众人拾柴火焰高，也希望这次交流，能人志士，推荐为国家战略，得到国家层面的高度重视，在全国和世界范围内推广；开展“氢城氢国”运动，成功实施后，氢能源替代石油能源；替代之时，就没有了掠夺石油的战争和“石油”美元，世界更加和平；以此同时，我们可以沿着“一带一路”国家先复制，争取作为第二个“高铁”品牌在世界各地复制推广开来，为人类的子孙后代留下一片蓝天，生活更加美好！

讨论

1.制取氢能的主要渠道？

答：可再生能源制氢是方向之一，这样做具有普遍性，将来可以大规模推广。

2.未来氢能需求量非常高，每个城市周围建造制氢厂满足巨大的车用市场要求，同时城市也是电负荷中心，如何应对制氢耗电量大对电网造成的考验？

答：每个城市建立起再生能源制氢网络，独立于电网。

参考文献

[1] 沈军. 一种加氢站网络设施及由其构成的氢气分布式能源 [P] .中国 .CN201610838074.1 .2016年.

[2] 沈军. 一种车载储气瓶组拖车式加气站[P] .中国 .CN201410097130.1 .2014年.

[3] 沈军. 车载储气瓶组拖车 [P] .中国 .CN201410060518.4.2014年.

[4] 沈军. 一种加气机和由其构成的加气站[P] .中国 .CN200910141153.7. 2009年.

[5] 沈军. 一种再生能源制氢储氢供氢网络及由其构成的城市系统和国家系统  [P] .中国.CN201710072412.X .2017年.

[6] 沈军. 一种互联网加氢站平台及其应用[P] .中国 .CN201710235347.8 .2017年.

 [7] 沈军. 液态天然气加气站 [P] .中国.CN201210084602.0 .2012年.

[8] 沈军. 一种整体式液态天然气加气站 [P].中国 .CN201310193388.7 .2013年.

[9] 沈军. 氢能供应链 [P] .中国 .CN201610529446.2 .2016年.