全球加氢站产业、技术及标准进展简析
氢能是一种清洁、来源丰富、应用广泛的二次能源，正逐步成为全球能源转型发展的重要载体。加氢站作为服务氢能交通商业化应用的中枢环节，近些年迎来了高速发展，市场潜力巨大。美国、欧盟、日本和中国等世界主要经济体高度重视加氢站等氢能相关基础设施建设，制定了具体可行的发展规划，有力推动各国氢能相关基础设施的发展，现做一个简单的对比分析。
一、美国
1、加氢站发展现状
根据美国能源部替代燃料数据中心（AFDC）所公布的数据，截至2021年底，美国运营中的加氢站总计67座，其中，位于加州的52座加氢站中有47座对公众开放，在对公众开放的加氢站中有39座可实现35/70MPa双压力加注服务，另外8座仅提供70MPa加注服务；在氢气来源方面，对公众开放的47座加氢站中有40座采用站外运氢，另有7座采用站内制氢。
2、产业投资和运营
加州燃料电池合作联盟（CaFCP）是美国最具代表性的加氢站产业投资运营机构，成员有美国能源部（DOE）、美国压缩气体协会（CGA）等政府部门或研究机构，有PDC机械、普拉格能源等产品供应商，有液化空气、空气产品、林德等技术方案供应商等。随着持续利好的氢基础设施建设政策的支持，加州加氢站数量仍有很大的增长空间，CaFCP计划在2025年底建成加氢站200座，2030年建成1000座。
截至2021年12月，美国运营与规划的加氢站相关信息如图1所示，加氢站建站数量较多（≥3）的单位有：真零、壳牌、岩谷、液化空气、空气产品、氢技源（HTEC）等公司。
3、主要设备商
PDC机械是美国最大的隔膜式压缩机设备商，已掌握3层金属隔膜结构的氢气压缩机制造技术，PDC隔膜压缩机产品的输出压力上限超过85MPa。
美国汉斯克（Haskel）公司是世界液驱氢压缩机的头部企业，能生产设计压力为78、82、100MPa等多种高输出压力的液驱氢压缩机，产品流量范围为23~933Nm3/h。
美国Nikkiso ACD公司是美国南加州专注于离心泵和往复泵的产品供应商，其生产的液氢离心泵最大流量可达1000m3/h，流体工作温度范围为-130~450℃；其生产的液氢往复泵产品功率最高可达150kW，泵送流量范围为0.21~3.45m3/h。
昆腾燃料系统开发了Hy Hauler移动加氢系统，该系统包括采用自动纤维铺放绕卷（AFP）工艺的高耐压IV型储氢容器。相比传统的单铺层工艺容器，Hy Hauler系统中的高耐压IV型容器可节省约20%的碳纤维材料，可在3min内完成加注。
美国丹顿加佛制造的12.192m（40英尺）液氢罐式集装箱能将日蒸发率控制在0.5%以内，在民用液氢存储技术领域具有领先地位。
普拉格能源是世界氢能叉车的头部制造商，从2015年开始，普拉格能源进军加氢站相关的设备制造领域，其技术方案集成于Genkey当中，其中的Gen Fuel模块使用其专用的加氢机，并配有Gencare控制模块，包含35、70MPa的气氢加氢机，相关产品已运用在国外140余座加氢站中，可在60s内完成叉车加注，160s内完成轿车加注。
4、相关标准
如图2所示。
二、欧洲
1、加氢站发展现状
截至2021年11月底，欧洲在营加氢站共156座，其中137座可提供70MPa加氢服务。欧洲在营加氢站主要为轿车提供加氢服务，仅有19座为大巴车提供加氢服务。此外，多数加氢站日加氢服务水平不超过500kg/d，加氢站的规模相对较小。
截至2021年11月底，欧洲各国在营加氢站数量如图3所示，排在前3位的分别为德国、法国、英国，在营加氢站数量分别为92、19、13座，德国的加氢站数量超过欧洲其他国家的总和，约占在营加氢站的60%。
德国作为欧洲氢能交通及相关基础设施领域发展较快的国家之一，其氢能和燃料电池产业的快速发展得益于政府的系统规划《德国替代能源发展战略框架》指出，2020年初步形成能覆盖德国的加氢站网络雏形；2025年德国开始引导加氢站的市场化推广，拟建成约400座加氢站；2030年德国计划进入商业化推广阶段，拟建成约1000座加氢站。
2、产业投资与运营
欧洲加氢站的资金主要来自德国联邦运输和数字基础设施部（BMVI）、CleanHydrogenJU和连接欧洲基金（CEF）。
现阶段欧洲加氢站的运营多由氢能产业端上中下游企业形成的合资公司或原加油站企业提供日常加注和运维服务。截至2021年底，欧洲约58%的加氢站所指定的运维方为H2 Mobility，该组织由法国液化空气集团、戴姆勒、林德、OMV、壳牌和道达尔共6家公司联合组建，意在德国建立70MPa加氢站网络。
3、主要设备商
早在1992年，英国豪顿（Howden）生产的隔膜式压缩机就已用于加氢站的氢增压流程工艺中，该公司生产的隔膜式氢压缩机仅用2级便能将进气段5MPa氢气升压至100MPa。
德国麦格思维特（Maximator）公司能生产设计压力为45、100MPa的液驱式氢压缩机，产品流量范围为277~975Nm3/h，适用于日加注能力≥1000kg/d的加氢站。
德国林德开发出输出压力为90MPa的离子液式氢压缩机IC90，其入口压力范围为0.6~20MPa，最大操作压力达100MPa，环境操作温度范围为-20~40℃，能满足70MPa氢燃料车的加注服务要求，目前已有产品在德国柏林、慕尼黑地区进行试运营。林德还开发出液氢活塞泵CP3.0，该产品以-253℃的液氢为运行介质，只需单级压缩，输入氢压力最小为0.2MPa，输出氢压力最高可达90MPa，且能实现120kg/h的压缩能力。
法国佛吉亚是史塔兰蒂斯（Stellantis）旗下子公司，该公司于2020年成立了高压储氢系统技术研发中心，主营IV型储氢容器的生产制造业务，所生产的IV型储氢容器的质量密度可达7%（质量分数），该指标处于世界领先地位。
挪威海克斯康从2008年开始一直从事碳纤维缠绕复合材料容器的产品开发，该公司开发有IV型长管拖车用储氢瓶组，其单套储氢装置有效水容积可达8.5m3，有效储氢质量可达885kg。
德国WEH公司是加氢枪的主流产品供应商，有25、35、70MPa这3种压力等级的气氢加氢机产品，而且还针对小轿车、大巴及重卡车等不同加注需求场景设有TK16、17、25等多种加注型号的加氢枪产品，可满足不同加氢技术配置条件下的气氢加氢站需求。
4、相关标准
如图4所示。
三、日本
1、加氢站发展现状
日本一直坚定地推动氢能发展，已在氢能的储、运、加等技术领域取得了先发优势，总结出较为成熟的加氢站示范-运营-规模化推广模式。
截至2014年12月，日本加氢站建设主要依赖于企业自建自营，共建有46座加氢站，多数加氢站仅能提供约300kg/d的加氢服务，远未达到饱和水平。
从2015年初至2017年底，日本的加氢站及相关基础建设逐步跨入以少数企业联合建设为主的阶段，上、中、下游的各自有代表性的企业开始逐步深化合作来推动氢能基础设施的建设。2015年初，岩谷产业、丰田和大阳日酸等公司合资设立了尼莫西斯公司，主营移动式加氢站，其旗下的移动式加氢站的占地小于同规格固定式加氢站的30%。
自2018年初至今，日本以企业联盟的形式来推动加氢站及相关基础设施的建设，力图构造闭环式氢基础设施产业。2018年2月，丰田汽车、日产汽车、本田汽车、新日本石油、出光兴产、岩谷产业、东京燃气、东邦气体、液化空气日本分公司、丰田通商、日本发展银行等11家公司合资建立了Japan Hydrogen Mobility（简称JHyM），该组织承担起日本市场内的氢基础设施建设和运营工作。截至2022年1月，日本在营加氢站数量为157座，分布情况如图5所示。
2、产业投资与运营
JHyM目前有27家日本企业成员，以日本四大都市区的交通枢纽城市为核心，逐步扩大加氢站应用范围，2018-2021年，JHyM共有65座加氢站的运营业绩，其中岩谷产业参与运营数量最多，有30座；其次是日本航空、ENEOS，分别有12、8家，另有15家单位分别有1座加氢站投入运营。
3、主要设备商
三国机械工业是日本隔膜式氢压缩机供应商，开发有流量范围0.05~500Nm3/h且仅需2级加压的90MPa隔膜式压缩机，已有数千套氢气增压产品被应用于国外的示范及商用加注站。
加地科技是日本活塞式氢压缩机头部企业，开发有从0.6~110MPa等不同增压水平的液驱式压缩机产品，该公司将在中国逐步拓展液驱式氢压缩机的产品市场。
日本JFE容器公司主营钢质单层无缝瓶式容器、Ⅲ型储氢气瓶的生产制造业务，其钢质单层无缝瓶式容器水容积最高可达400L，标称工作压力为82MPa，可用于70MPa加氢站；其Ⅲ型储氢气瓶最大充装压力为35MPa、水容积可达205L，可用于长管拖车。
日本龙野集团是日本国内气氢加氢枪的主流产品供应商，有Hydrogen-NXLF、Hydrogen-NXH、Hydrogen-NXF等不同加注流量规格的35、70MPa气氢加氢机产品，预冷温度最低可达-40℃。
4、相关标准
如图6所示。
四、中国
1、加氢站发展现状
加氢站主要由制氢系统、压缩系统、储存系统、加注系统和控制系统等部分组成。将不同来源的氢气通过压缩机增压储存在站内的高压罐中，再通过加气机为氢燃料电池汽车加注氢气。目前，我国加氢站主要为高压氢气储存加氢站。
根据中汽协数据，截至2022年3月底，中国已累计建成264座加氢站。在氢气来源方面，建成的加氢站中有17座为制加氢一体站，其中有16座是水电解制氢加氢一体站。
按中国省/市加氢站相关企业注册数量排名来看，江苏省、山东省和广东省位居前三，分别拥有加氢站企业1281、596、486家（图7，截至2022年5月初）。
截至2021年底，中国大陆地区在营加氢站达到166座，有25个省至少有1座处于运营的加氢站（图8），按省市运营加氢站数量排名来看，广东省、山东省、上海市位居前三，分别为36、24、18座。
2、主要设备商
我国加氢站相关上市企业包含美锦能源（000723）、厚普股份（300471）、安泰科技（000969）、中国石化（600028）等，加氢站相关设备商包括上海石化、申能集团、新奥燃气等能化类企业，重塑科技、阳光电源、飞驰客车等加氢站相关的产品供应商，国富氢能、海德利森、雄韬股份等技术方案供应商等等。
中鼎恒盛是成立于2008年的隔膜式氢压缩机制造商，能提供70、90MPa隔膜压缩机产品，气阀、膜片等关键部件的平均寿命分别达8000、5000h，旗下隔膜压缩机产品的流量最高达160kg/h。
四川大川是国内液驱式氢压缩机的头部制造商，该公司开发出中国首台加氢站用90MPa液驱式氢压缩机及移动加氢站智能一体化系统，还与西安交大联合起草了《加氢站用液驱活塞压缩机安全使用技术规范》，且已通过中国气体工业协会氢能系列团体初审。
浙江巨化能同时生产55~1500mm等多直径序列、1~15m3等多水容积系列的固定式高压储氢用钢带错绕式压力容器，该公司是全球唯一能制造1m3的98MPa钢带错绕储氢罐的产品供应商。
浙江蓝能是中国35MPa加氢站用储氢瓶式容器市场占有率较高的产品供应商，瓶式容器组的水容积范围为1720~4648L，可充装质量为142~387kg，它还是中国玻璃纤维环缠绕（Ⅱ型）长管拖车用储氢瓶的主流供应商，旗下的20MPa长管拖车额定充装量为410kg。
液空厚普是厚普股份与液化空气成立的中法合资公司，是目前中国气氢加氢机市场占有率较高的产品供应商，其旗下有T631C2、T633C2系列的35MPa加氢枪产品及T635C2系列70MPa加氢枪产品，可适应环境温度范围为-25~55℃，流量范围为0.18~3.6kg/min。
3、相关标准
如图9所示
加氢基础设施建设是推动氢能及燃料电池产业快速商业化的重要组成部分。综观全球主要国家或地区加氢站的发展情况，可以得出以下结论：
1）美国、日本分别成立了CaFCP、JHyM负责加氢站投资及运营，欧洲成立了BMVI、Clean Hydrogen JU和CEF负责加氢站投资，H2 Mobility负责多数欧洲加氢站运营。美国、欧洲、日本的加氢站投资及运营管理较为成熟。
2）美国、日本分别形成了以NFPA2、高压气体安保法为核心的独立的加氢站相关标准体系。
3）美国在气氢、液氢相关的增压、储存、加注等领域有若干头部企业，具有技术领先优势；德国在气氢、液氢相关的增压、加注等方面具有技术优势；日本在气氢增压、储存、加注等领域具有技术优势；法国、挪威、俄罗斯也在一些细分领域具有技术优势地位；中国已攻克70MPa站用液驱式氢压缩机、98MPa钢带错绕储氢罐、70MPa站用加氢机等关键设备的生产制造技术难题，但仍需加力离子液式氢压缩机、液氢泵、液氢储罐、液氢加氢机等产品的技术研发与攻关。
当前，中国氢能相关基础设施的发展受其所需的庞大的资金投入和相关设备技术不成熟的限制。此外，加氢站工艺流程的科学设计和相关设备的合理配置也是决定加氢站技术和经济效率的重要因素。因此，有必要不断优化和升级系统的设备配置策略，保证较高的设备利用率和工作性能以尽可能地降低资产投资成本和能源消耗。
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编辑：戴戴联系邮箱：daixinxin@acmi.org.cn
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