1、加氫站建設(shè)運(yùn)營:綁定下游需求、降低氫氣成本從而增厚利潤
中國目前正在加快布局加氫站建設(shè)。現(xiàn)今,國內(nèi)加氫站只有4個(gè),且主要是為研發(fā)型及共示范性汽車提供加注服務(wù),暫未實(shí)現(xiàn)全商業(yè)化運(yùn)營。國內(nèi)加氫氣站稀缺的主要原因是建設(shè)加氫站所需的關(guān)鍵部件沒有量產(chǎn)的成熟產(chǎn)品,大多依靠進(jìn)口,因此,加氫站設(shè)備的自主研發(fā)必不可少。此外,國內(nèi)建設(shè)加氫站成本回收周期較長,加氫站的基礎(chǔ)設(shè)施需要依靠車輛充電、加氫規(guī)模效應(yīng)平衡收支來盈利。目前國內(nèi)氫燃料電池乘用車保有量依舊遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于日本、美國、歐盟等地區(qū)。
目前我國加氫站建設(shè)主要由對于建造加氫站的補(bǔ)貼(國補(bǔ)400萬/站,地補(bǔ)不低于300萬/站)和下游燃料電池車需求拉動。分析目前國內(nèi)的加氫站建設(shè)和運(yùn)營成本可知,由于我國對于建造加氫站的補(bǔ)貼政策較為優(yōu)惠、且土建成本、固定設(shè)備投資及運(yùn)維成本較低,因此占加氫站所供應(yīng)的氫氣售價(jià)70%以上是氫氣的成本價(jià)(包括制氫+儲運(yùn)費(fèi)用)。
通過假設(shè)一般物流車百公里油耗為10L,燃料電池物流車百公里耗氫量為1.48kg(通過統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有FCV物流車指標(biāo)測算而得),我們統(tǒng)計(jì)出了采用氯堿副產(chǎn)氫和氣氫拖車這兩種成本最低的制氫和運(yùn)氫模式的加氫站,其利潤空間的范圍(見圖表2)。
圖表1:具有競爭力的氫氣價(jià)格測算
圖表2:采用氯堿副產(chǎn)氫+氣氫拖車的加氫站利潤空間
我們認(rèn)為,在補(bǔ)貼政策較為優(yōu)惠的現(xiàn)階段,選擇合適的制氫和儲運(yùn)方式,并適當(dāng)壓縮該過程的成本,將有助于降低加氫站終端的氫氣售價(jià);長期來看,在補(bǔ)貼逐漸下降的情況下,加速加氫站關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化進(jìn)程才是終極降本之路。此外,建設(shè)移動式加氫站和太陽能加氫站是降低加氫站建設(shè)成本的新思路。
從現(xiàn)階段加氫站對運(yùn)輸距離(<500km,200km為宜)和運(yùn)輸規(guī)模(10t/d)的需求來看,氫氣最佳的運(yùn)輸方式仍是氣氫拖車,其成本可以達(dá)到2.02元/kg,而在同等條件下的液氫運(yùn)輸成本可以達(dá)到12.25元/kg。未來在液化氫技術(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)且氫氣需求量規(guī)模上升(100t/d)的情況下,將考慮采用液氫運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)送氫氣。
現(xiàn)階段最佳的制氫和運(yùn)氫方式搭配為:氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫+氣氫拖車運(yùn)輸,其氫氣成本范圍在17.9~19.2元/kg。該氫源路線的選擇主要是基于成本和環(huán)保的角度考慮的。
圖表3:不同制氫方式和運(yùn)氫方式配合所得到的氫氣成本范圍(運(yùn)輸距離為200km)
世界各國都在加緊加氫站的建設(shè),各種政府及車企補(bǔ)貼不停歇。雖然我國的加氫站建設(shè)起步較晚,但是近5年來發(fā)展迅速,政府補(bǔ)貼力度巨大,規(guī)模化建設(shè)可預(yù)見。特別是在長三角地區(qū),燃料電池汽車需求量較大,下設(shè)很多新能源汽車示范點(diǎn),且具備加氫站建設(shè)的關(guān)鍵性設(shè)備生產(chǎn)的條件。
2、增強(qiáng)加氫站長期規(guī)劃,加速關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)程
一發(fā)達(dá)國家大規(guī)模建站,國內(nèi)發(fā)展缺少長期規(guī)劃
截止到2016年1月,全球正在運(yùn)營的加氫站達(dá)到214座。全球加氫站統(tǒng)計(jì)報(bào)告稱,2015年全球新增54座加氫站,且歐美國家已形成初具規(guī)模的加氫站供應(yīng)鏈。許多國家正在計(jì)劃加強(qiáng)對加氫站的支持,逐步推進(jìn)加氫站的建設(shè)。
目前全球214座加氫站中,95座位于歐洲,50座位于北美,1座在南美,1座位于澳大利亞,其他67座在亞洲,其中121座對公眾開放。
圖表4:2015年新增加氫站位置分布
圖表5:歐洲運(yùn)營中和規(guī)劃建造的加氫站分布
隨著氫燃料車需求的增長,世界各國都開始加快加氫站建設(shè)的步伐。日本調(diào)查公司富士經(jīng)濟(jì)預(yù)測,2030年度燃料電池汽車全球市場規(guī)模將超過198萬-199萬輛,總金額將達(dá)4.75萬億日元,潛力增長空間巨大。氫燃料車需求的全球化增長,決定了加速加氫站建設(shè)的必要性。
到2023年,德國要達(dá)到400個(gè)加氫站的目標(biāo)。它將分布在德國整個(gè)高速公路的網(wǎng)絡(luò)中,至少每隔90公里有一個(gè)加氫站;從人口密度來看,至少在每個(gè)大都市區(qū)內(nèi)有10個(gè)加氫站。
正如上文所提及的,在美國,加州已經(jīng)撥款兩億美元,用于今后十年的加氫站網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張。豐田預(yù)計(jì),到2020年,加州加氫站數(shù)目會增加到75個(gè)。
日本此前計(jì)劃于2016年3月底之前在國內(nèi)建成100家加氫站,專門滿足氫燃料電池車能量補(bǔ)充需求,促進(jìn)新能源車型的發(fā)展,減少環(huán)境污染。雖然截至3月補(bǔ)助申請日期,僅有76家氫氣站獲批,但政府及車企的補(bǔ)貼力度仍不容小覷。
韓國貿(mào)易、工業(yè)和能源部表示,2016年至2020年計(jì)劃將會推動新能源車的增長,預(yù)計(jì)2020年新能源車保有量將超過100萬輛,以降低溫室氣體排放。政府計(jì)劃到2020年全國建設(shè)1400個(gè)基礎(chǔ)充電站,并建設(shè)80座用于燃料電池車的加氫站。
圖表6:全球加氫站數(shù)量預(yù)估(單位:座)
中國目前加氫站數(shù)量稀少,針對性的長期規(guī)劃較少。現(xiàn)今,國內(nèi)加氫站僅有4個(gè),分別位于北京、上海、鄭州、深圳。主要是為研發(fā)的燃料電池實(shí)驗(yàn)車輛、城市燃料電池公共示范汽車提供加注服務(wù),用戶種類及數(shù)量較少,暫未實(shí)現(xiàn)全商業(yè)化運(yùn)營。上海在世博會期間曾經(jīng)建設(shè)了一個(gè)世博加氫站,是當(dāng)時(shí)世界上規(guī)模最大的加氫站之一。世博加氫站曾服務(wù)170余輛汽車,但由于規(guī)劃原因,該站已于2011年被拆除。同樣為了服務(wù)大型賽事而臨時(shí)建設(shè)的還有廣州加氫站,建設(shè)廣州加氫站是為供給亞運(yùn)會觀光車的氫能,目前該站也已被拆除。
中國制造2025對于燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑進(jìn)行了規(guī)劃,即通過公共用車帶動加氫站配套設(shè)施加速,最后拓展到私人乘用車領(lǐng)域。
國內(nèi)加氫氣站稀缺的主要原因是建設(shè)加氫站所需的關(guān)鍵部件沒有量產(chǎn)的成熟產(chǎn)品,大多依靠進(jìn)口,這直接導(dǎo)致建站成本居高不下,因此,加氫站設(shè)備的自主研發(fā)必不可少。
此外,國內(nèi)建設(shè)加氫站成本回收周期較長,加氫站的基礎(chǔ)設(shè)施需要依靠車輛充電、加氫規(guī)模效應(yīng)平衡收支來盈利。2015年,國內(nèi)僅有氫燃料電池乘用車10輛、公交大巴共3輛。到2020年,國內(nèi)氫燃料電池乘用車有望達(dá)到3000輛,公交車大約為8000輛,保有量依舊遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于日本、美國、歐盟等地區(qū)。
圖表7:中國制造2025對燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑的規(guī)劃
二加氫站的工作原理和建設(shè)模式
現(xiàn)有加氫站技術(shù)來源于天然氣加氣站,有兩種建設(shè)方式:1)站內(nèi)制氫供氫加氫站技術(shù);2)外供氫加氫站技術(shù)。
1)站內(nèi)制氫加氫站技術(shù):來源于天然氣管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)加氣站原理,即加氫站內(nèi)有制氫設(shè)備(如天然氣重整制氫)產(chǎn)生氫氣(相當(dāng)于天然氣管道輸送來的氣源)和加氣站設(shè)備的組合。
2)外供氫加氫站技術(shù):來源于天然氣母站和子站原理,即從外面工廠(相當(dāng)于母站提供氣源)經(jīng)加氫站(子站)二次加壓完成對外加氣。
圖表8:站內(nèi)制氫加氫站工藝和外供氫加氫站工藝流程對比
加氫站的工作原理(以外供氫加氫站為例):氫氣通過管束槽車運(yùn)輸至加氫站,經(jīng)由氫氣壓縮機(jī)增壓后儲存至站內(nèi)的高壓儲罐中,再通過氫氣加氣機(jī)為燃料電池汽車加注氫氣。當(dāng)管束槽車的壓力足夠高時(shí),可從槽車中直接給車輛加氫;壓力不夠部分從氫氣高壓儲罐中給汽車進(jìn)行補(bǔ)充氫氣。
實(shí)際操作中,氫氣儲罐可由多個(gè)壓力級別不同的儲罐并聯(lián)而成,先將低壓儲罐中的氫氣用于加注,直到低壓儲罐與車載容器達(dá)到壓力平衡,再換為高壓儲罐進(jìn)行加注。
圖表9:外供氫加氫站的工作原理
國際上大多數(shù)國家的加氫站采用的都是站內(nèi)制氫加氫站技術(shù),但是制氫設(shè)備各不相同。這種單個(gè)建站的方式比加油站復(fù)雜、投資更高,較難像加油站那樣簡單、高效、普及率高。
圖表10:世界主要國家加氫站示例
圖表11:國內(nèi)加氫站情況
北京奧運(yùn)會的加氫站,屬于站內(nèi)制氫供氫加氫站類型,制氫原料是管網(wǎng)中的天然氣,站內(nèi)制氫技術(shù)要求比較高,制氫和加氫兩種設(shè)備組合占地面積大,站內(nèi)制氫規(guī)模不會很大,導(dǎo)致制氫成本會很高。
上海安亭加氫站,屬于外供氫加氫站,運(yùn)來的氫氣在加氫站需要二次加壓,壓縮設(shè)備和站內(nèi)儲氣瓶組占地面積較大,運(yùn)行成本高。
三加氫站的主要設(shè)備及其發(fā)展方向:提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),逐步實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)國產(chǎn)化
加氫站的主要設(shè)備:包括儲氫裝置、壓縮設(shè)備、加注設(shè)備、站控系統(tǒng)等,其中壓縮機(jī)占總成本較高(約30%)。目前設(shè)備制造的發(fā)展方向主要是加速氫氣壓縮機(jī)的國產(chǎn)化進(jìn)程,從而降低加氫站的建設(shè)成本,促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
高壓儲氫裝置:一般有兩種方式,一種是用具有較大容積的氣瓶,該類氣瓶的單個(gè)水容積在600L~1500L之間,為無縫鍛造壓力容器;另一種是采用小容積的氣瓶,單個(gè)氣瓶的水容積在45L~80L。從成本角度看,大型儲氫瓶的前期投資成本較高,但后期維護(hù)費(fèi)用低,且安全性和可靠性較高。
氫氣壓縮設(shè)備:常用的氫氣壓縮設(shè)備為隔膜式壓縮機(jī),該型壓縮機(jī)靠金屬膜片在氣缸中作往復(fù)運(yùn)動來壓縮和輸送氣體。氫氣壓縮機(jī)在加氫站中占據(jù)重要地位,目前我國加氫站所采用的氫氣壓縮機(jī)仍需外購。未來國內(nèi)加氫站與生產(chǎn)壓縮機(jī)的外資企業(yè)加強(qiáng)合作以及加快國產(chǎn)化速度的情況下,有望將壓縮機(jī)的成本減少50%以上。
氫氣加注設(shè)備:氫氣加注設(shè)備與天然氣加注設(shè)備原理相似,由于氫氣的加注壓力達(dá)到35Mpa,遠(yuǎn)高于天然氣25Mpa的壓力,因此對于加氫機(jī)的承壓能力和安全性要求更高。根據(jù)加注對象的不同,加氫機(jī)設(shè)置不同規(guī)格的加氫槍。如安亭加氫站設(shè)置TK16和TK25兩種規(guī)格的加氫槍,最大加注流量分別為2kg/min和5kg/min。加注一輛轎車約用3-5分鐘,加注一輛公交車約需要10-15分鐘。
站控系統(tǒng):作為加氫站的神經(jīng)中樞,站控系統(tǒng)控制著整個(gè)加氫站的所有工藝流程有條不紊的進(jìn)行,站控系統(tǒng)功能是否完善對于保證加氫站的正常運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。
圖表12:加氫站建設(shè)成本構(gòu)成
圖表13:氫氣壓縮機(jī)
對比發(fā)達(dá)國家,中國所生產(chǎn)的加氫站設(shè)備各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)仍有欠缺,關(guān)鍵性設(shè)備依靠進(jìn)口。
儲氫裝置:2014年,京城股份實(shí)現(xiàn)了70MPa高壓儲氫瓶的開發(fā),國內(nèi)儲氫裝置終于跳出了35MPa的瓶頸。目前我國擁有300公斤高壓氫氣瓶的生產(chǎn)資質(zhì),但700公斤高壓氫氣瓶的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)還不健全。如若使用液化氫氣運(yùn)輸,儲運(yùn)能力是氣氫運(yùn)輸?shù)?0倍以上,但是存在兩大技術(shù)難題:氫液化能耗大以及液氫儲存容器絕熱難做到。國內(nèi)只有少數(shù)幾家廠商正在研發(fā)常溫常壓有機(jī)液態(tài)儲氫,如富瑞特裝。其子公司江蘇氫陽能源有限公司的產(chǎn)品中試已經(jīng)取得階段性成果并通過專家論證,正在籌建日產(chǎn)100公斤氫源材料生產(chǎn)裝置并準(zhǔn)備三季度的大試。如果大試效果令人滿意,公司可能將投產(chǎn)年產(chǎn)能3萬噸的氫儲能材料生產(chǎn)線。
氫氣壓縮設(shè)備:由于國內(nèi)產(chǎn)品關(guān)鍵設(shè)備的使用壽命較短,壓縮機(jī)主要靠國外進(jìn)口。例如北京加氫站的產(chǎn)品氫氣壓縮機(jī)由美國PDC公司提供,額定流量為55,最高壓力可達(dá)400bar。
氫氣加注設(shè)備:國內(nèi)有富瑞特裝、厚普股份等都在做加氫機(jī),技術(shù)相對較為成熟。
中國企業(yè)通過學(xué)習(xí)日本設(shè)備的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)以及優(yōu)化流程,正在大踏步地行走在設(shè)備國產(chǎn)化的道路上。
高壓儲氫裝置:在日本,含新能源汽車業(yè)務(wù)的上市公司主要以70MPa的高壓儲氫技術(shù)為主。該類型的公司有:本田,豐田,日產(chǎn)等。在制作儲氫罐的過程中,日本公司現(xiàn)高效安全的方法是碳系儲氫法制造:高壓儲氫罐采用三層結(jié)構(gòu),最里層是樹脂用來密封氫氣,中層是碳纖維強(qiáng)化樹脂(CFRP)層,提高耐壓強(qiáng)度,最外層是保護(hù)表面的玻璃纖維強(qiáng)化樹脂層。日本豐田公司在今年的高壓儲氫容器安全檢查中,表現(xiàn)出安全性出眾,一般子彈無法打穿儲氫罐。碳系儲氫法將成為高壓儲氫中一種占比很高的技術(shù)。
液氫儲運(yùn)設(shè)備:日本川崎重工在遠(yuǎn)程液氫運(yùn)輸方面取得了很大的成就,采用了液氫運(yùn)輸船的方式運(yùn)輸在澳大利亞開采褐煤生產(chǎn)的氫氣,使泄漏量控制在0.09%左右。
氫氣壓縮設(shè)備:日本通過合金金屬材料來制造氫氣壓縮器,并實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化傳導(dǎo)熱和氫容量匹配技術(shù),形成高壓氫氣壓縮技術(shù)。同時(shí),氫氣純度也提高了。
氫氣加注設(shè)備:在日本,有兩種氫氣加注方式:35Mpa和70Mpa。35Mpa用于氫氣叉車,而普通燃料電池汽車加注氫氣為70Mpa。加注時(shí)間平均為3分鐘左右。站臺加注量均超過300Nm³/h。
相對于高壓儲氫裝置而言,氫氣壓縮機(jī)更有望實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。中國擁有豐富的稀土金屬資源,而且氫氣壓縮器的制造中,合金金屬材料是重中之重。中國可以利用稀土金屬資源來開發(fā)穩(wěn)定高效的氫氣壓縮器,并降低耗能。利用稀土金屬資源也可以減少壓縮器的重量,減少運(yùn)輸成本。現(xiàn)在國內(nèi)碳系材料資源和利用技術(shù)不足,在高壓儲氫方面得一直依靠進(jìn)口解決。因此除非國家能研制出以金屬為主導(dǎo)的儲氫裝置以及保證穩(wěn)定高效的使用,高壓儲氫在近期幾年仍然處于外購占優(yōu)的狀態(tài)。
3、加氫站供應(yīng)能力及單車投資測算
通過統(tǒng)計(jì)加氫站平均日供應(yīng)氫氣量及加氫站的總投資,我們可以推算出單車加氫站投資額。目前典型的加氫站的加氫能力在800-1200kg/天,按照乘用車單車儲氫量4.5~5.5kg、物流車6~8kg、客車80~90kg計(jì)算,每天可加氫130~150輛。對應(yīng)單車基礎(chǔ)投資約為10~20萬元/車(不考慮補(bǔ)貼)。
如果按照目前已有的燃料電池車的數(shù)據(jù)計(jì)算,假設(shè):
(1)加氫站日供應(yīng)氫氣量為1000kg/天;(2)加氫站總投資額為1500萬元;(3)投入運(yùn)營的乘用車、物流車和客車的數(shù)量之比為5:4:1;(4)燃料電池乘用車以豐田Mirai作為數(shù)據(jù)樣本(儲氫量5kg,續(xù)駛里程482km);(5)燃料電池物流車以E-truck作為數(shù)據(jù)樣本(儲氫量7.5kg,續(xù)駛里程400km,載重量4-8噸);(6)燃料電池客車以宇通客車燃料電池車為數(shù)據(jù)樣本(儲氫量63kg,續(xù)駛里程超過400km)。
結(jié)論:在不考慮補(bǔ)貼的情況下,測算出的單車加氫站投資額約為10.83萬元/車;如果考慮加氫站的補(bǔ)貼,則測算出的單車加氫站投資額為5.06萬元/車。
圖表14:加氫站的供應(yīng)能力及投資測算(不同車型按不同占比計(jì)算)
圖表15:加氫站的供應(yīng)能力及投資測算(分別按照不同車型計(jì)算)
按照不同車型分別計(jì)算單車加氫站投資(如圖表15),測算得出:在不考慮補(bǔ)貼的情況下,乘用車、物流車和客車的單車加氫站投資分別為1.28、9.25、64.94萬元/輛。
圖表16:主要燃料電池車(乘用車、物流車、客車)的指標(biāo)參數(shù)和燃料存儲方式
4、加氫站的降本之路:努力壓縮制氫和運(yùn)輸成本
一制氫和運(yùn)輸成本是構(gòu)成氫氣價(jià)格的決定性因素
和國外相比,在國內(nèi)建立一座加氫站具有成本方面的優(yōu)勢。目前在國內(nèi)建設(shè)一座加氫站(35Mpa)的投資在200~250萬美元之間,日本建設(shè)一座中型加氫站(300Nm3/h)投資在500~550萬美元;在美國,約需要280~350萬美元。從政策力度方面來看,中國建設(shè)加氫站的補(bǔ)貼額度較美國和日本更高,降低了國內(nèi)加氫站建設(shè)中的固定成本投資部分。
這主要是由于,在日本、美國等地,加氫站的建造和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)苛,導(dǎo)致這部分成本遠(yuǎn)超中國。此外,中國為建造加氫站提供的補(bǔ)貼政策也優(yōu)于日本和美國。
圖表17:日本和我國加氫站氫氣售價(jià)價(jià)格組成
日本
中國
影響我國氫氣售價(jià)的最主要因素是包括制氫和儲運(yùn)氫氣在內(nèi)的氫氣成本部分。比較日本和我國的加氫站氫氣售價(jià)價(jià)格組成可以發(fā)現(xiàn),影響日本氫氣售價(jià)的最主要的兩個(gè)因素是氫氣成本(約占38%)和加氫站固定成本(約占26%),而影響我國氫氣售價(jià)最主要的因素是氫氣成本(約占65%)。
這說明,要降低我國加氫站整體的成本,在補(bǔ)貼力度較強(qiáng)的現(xiàn)階段來看,選擇合適的氫源,并降低氫氣運(yùn)輸與儲藏的成本,是最適當(dāng)?shù)倪x擇;長遠(yuǎn)來看,隨著行業(yè)的發(fā)展和補(bǔ)貼額度的下降,通過提高關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化率水平來降低加氫站的建設(shè)成本則是未來加氫站降本的明智之選。
二現(xiàn)階段國內(nèi)最宜選取的制氫運(yùn)氫方式討論
目前,制備氫氣主要方式有以下幾種:氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫、化工原料制氫(甲醇裂解、乙醇裂解、液氨裂解等)、石化資源制氫(石油裂解、水煤氣法等)和新型制氫方法(生物質(zhì)、光化學(xué)等)。
通過比較分析各種制氫方式的成本和優(yōu)劣勢我們認(rèn)為:在現(xiàn)階段,選擇成本較低、氫氣產(chǎn)物純度較高的氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫的路線,已經(jīng)可以滿足下游燃料電池車運(yùn)營的氫氣需求;在未來氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展得比較完善的情況下,利用可再生能源電解水制氫將成為終極能源解決方案。
圖表18:不同制氫方式優(yōu)缺點(diǎn)及技術(shù)指標(biāo)比較
運(yùn)氫的方式包括三種:氣氫拖車運(yùn)輸(tubetrailer)、氣氫管道運(yùn)輸(pipeline)和液氫罐車運(yùn)輸(liquidtruck)。氫能供應(yīng)鏈中運(yùn)氫環(huán)節(jié)定義為包括集中制氫廠的運(yùn)輸準(zhǔn)備環(huán)節(jié)(氫氣壓縮/液化、存儲及加注)和車輛/管道運(yùn)輸過程所涉及所有設(shè)備。
圖表19:不同運(yùn)輸規(guī)模和運(yùn)輸距離下的三種運(yùn)氫模式成本比較
成本分析主要結(jié)論:
1)對于氣氫拖車運(yùn)輸方式,運(yùn)氫成本受規(guī)模影響不大,主要受距離因素影響;
2)對于管道輸氫方式,管道投資成本在運(yùn)氫成本中占最大份額,適用于運(yùn)氫規(guī)模大,距離近的情況;
3)對于液氫罐車運(yùn)輸方式,運(yùn)氫成本隨著運(yùn)輸規(guī)模的增大大幅降低,隨運(yùn)輸距離的增大而上升,但上升幅度遠(yuǎn)小于氣氫拖車的運(yùn)輸方式。
在能耗方面的分析發(fā)現(xiàn),三種運(yùn)氫方式的單位能耗與運(yùn)氫規(guī)模基本無關(guān),僅與運(yùn)輸距離有關(guān)。管道輸氫方式的能耗最低,而對于液氫罐車運(yùn)輸方式,在氫氣液化之后,由于其高能量密度,需要很少的柴油消耗來滿足車輛運(yùn)行,因此運(yùn)輸距離對液氫罐車運(yùn)輸方式能耗的影響幅度很小。
圖表20:運(yùn)氫規(guī)模和運(yùn)輸距離對應(yīng)最小成本運(yùn)氫方式的三維分布
圖表21:3種運(yùn)輸方式能耗隨運(yùn)輸距離變化趨勢
結(jié)合成本和能耗兩方面因素綜合考慮,我們認(rèn)為氣氫拖車運(yùn)輸適合小規(guī)模、短距離運(yùn)輸情景;氣氫管道運(yùn)輸適合大規(guī)模、短距離運(yùn)輸情景;液氫罐車運(yùn)輸適合長距離運(yùn)輸。
現(xiàn)階段降本方式:選擇合適的制氫和運(yùn)氫方式。假設(shè)運(yùn)輸規(guī)模為10t/d,運(yùn)輸距離小于200km,在假設(shè)條件(規(guī)模較小,距離較近)的情況下,傾向于采用氯堿制氫、天然氣或石油蒸汽重整以及可再生能源制氫的方式制取氫氣,并采取氣氫拖車或管道運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸方式。
三未來降本方式:提高關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化水平
氫氣壓縮機(jī)價(jià)格占據(jù)氫站整體成本的30%,若能實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,能夠有力地降低成本。氫氣壓縮機(jī)還沒有實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,主要是因?yàn)樵S多技術(shù)環(huán)節(jié)和精細(xì)加工方面和國外的工藝無法匹敵,零配件(如閥門等)也達(dá)不到相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前,國內(nèi)做加氫設(shè)備的公司已經(jīng)開始開發(fā)與外資企業(yè)的合作方式,未來可能通過技術(shù)授權(quán)、技術(shù)買斷或者建設(shè)合資公司來提高關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化率和國產(chǎn)化水平。通過這樣的降本方式,能夠逐步將建設(shè)加氫站的投資從1500萬左右降至1200萬,從而帶動燃料電池行業(yè)的上下游發(fā)展,提升行業(yè)競爭力。
四加氫站降本新思路:以日本巖谷產(chǎn)業(yè)為例,堅(jiān)持自主創(chuàng)新與企業(yè)合作
加強(qiáng)合作,平攤成本。本田、日產(chǎn)和巖谷產(chǎn)業(yè)等能源公司將在2017年成立加氫站合資公司。對于新的合資公司的運(yùn)營,日本政府將提供設(shè)備和運(yùn)營補(bǔ)貼。據(jù)分析,成立新的合資公司相較于能源公司單獨(dú)設(shè)置加氫站,能夠獲得更豐厚的政府補(bǔ)貼。
圖表22:日本加氫站合資公司組成
建設(shè)移動式加氫站,成本減半。2015年2月,巖谷產(chǎn)業(yè)與豐田通用及大陽日酸合作,共同成立了日本移動式加氫站服務(wù)公司。該公司的箱式移動加氫站的建設(shè)成本大約為2~3億日元,為固定式加氫站的一半。移動式加氫站的加氫設(shè)備由卡車搭載運(yùn)輸,不需要專門建設(shè)配套管線,使得建設(shè)工期大大縮短,只需固定式加氫站建設(shè)工期的六成左右。此外,這種移動式加氫站占地面積僅為固定式加氫站的30%,在距住宅區(qū)及道路8米以上的平地上均可設(shè)置。
本田與日本巖谷產(chǎn)業(yè)公司共同開發(fā)了“智能加氫站”。該智能加氫站搭載高壓水電解系統(tǒng),使用來自太陽能、風(fēng)能、水力或生物燃料的清潔電力,在高壓水電解箱內(nèi)電解水制氫,然后將制得的氫儲存在高壓儲氫罐內(nèi)。其成本僅為正規(guī)加氫站的1/10,為加氫站的普及做出了貢獻(xiàn)。
圖表23:巖谷產(chǎn)業(yè)低成本移動式加氫站
圖表24:本田智能加氫站
5、補(bǔ)貼作為后盾,企業(yè)擔(dān)當(dāng)先鋒
一政府對加氫站建設(shè)的政策支持不停歇
在補(bǔ)貼方面,目前中國對于加氫站建設(shè)的國家補(bǔ)貼相較于日本及歐美國家的補(bǔ)貼而言還是比較優(yōu)惠的:2015年,中國財(cái)政部發(fā)布了《關(guān)于新能源汽車充電設(shè)施建設(shè)獎(jiǎng)勵(lì)的通知》,提出對符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)且日加氫能力不少于200公斤的新建燃料電池汽車加氫站,每站獎(jiǎng)勵(lì)400萬元。對應(yīng)到地方的補(bǔ)貼政策還沒有正式出臺,但我們預(yù)計(jì)對于加氫站的補(bǔ)貼不會低于對于充電站的補(bǔ)貼額度,即300萬元/站以上。此外,國家制造強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會發(fā)布的《中國制造2025》中提出,要持續(xù)加強(qiáng)充電站、加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。
日本建設(shè)一家加氫站,其成本約為520萬美元左右,對于中型加氫站(300Nm3/h)的加氫站,最高補(bǔ)貼是260萬美元;對于小型加氫站(100Nm3/h)的加氫站,最高補(bǔ)貼為170萬美元。補(bǔ)貼對于加氫站的建設(shè)依然是杯水車薪,據(jù)測算,日本建一座新的加氫站,前10年的運(yùn)營都是虧損狀態(tài)。除了政府補(bǔ)貼,車企也加入到建設(shè)加氫站的陣營中來,2015年7月,日本三大汽車制造商豐田、日產(chǎn)和本田宣布,計(jì)劃聯(lián)合投資60億日元支持本土加氫站的建設(shè)和運(yùn)營。
美國加利福尼亞州是全球氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展最好的區(qū)域之一,其能源署投資4660萬美元支持28座加氫站的建設(shè),計(jì)劃于2016年建成。該計(jì)劃有利推動了在加州建成100座加氫站的目標(biāo),2015年加州承諾每年提供至少2000萬美元資金,直至100座加氫站建成為止。
在德國,2013年有六個(gè)工業(yè)伙伴加入“氫氣移動倡議”,同意在國內(nèi)投資共3.5億歐元建造全國的網(wǎng)絡(luò)。
圖表25:日本FY13及FY14補(bǔ)貼概況
二企業(yè)加速加氫站建設(shè),早日實(shí)現(xiàn)氫能社會
雖然我國的加氫站建設(shè)起步較晚,但是近5年來發(fā)展迅速,有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模化建設(shè)。特別是在長三角地區(qū),燃料電池汽車需求量較大,下設(shè)很多新能源汽車示范點(diǎn),且具備加氫站建設(shè)的關(guān)鍵性設(shè)備生產(chǎn)的條件。目前我國燃料電池關(guān)鍵材料的研發(fā)已經(jīng)達(dá)到了國際水平,加氫站關(guān)鍵設(shè)備的性能也較之起步時(shí)有明顯提高。此外,國內(nèi)政府對氫能源開發(fā)的補(bǔ)貼力度巨大,因此未來規(guī)模化的加氫站建設(shè)是可預(yù)見的。
富瑞特裝攜手如皋經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),共同簽訂了《氫能源汽車產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略合作意向書》。如皋經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)是國內(nèi)最早涉足氫能源汽車產(chǎn)業(yè)的開發(fā)區(qū)之一,擁有南通澤禾新能源科技有限公司等一批氫能源汽車及其關(guān)鍵零部件制造商,同時(shí)也是中國首個(gè)聯(lián)合國氫能經(jīng)濟(jì)示范城市項(xiàng)目的承擔(dān)單位。富瑞特裝將負(fù)責(zé)為如皋經(jīng)開區(qū)的聯(lián)合國氫能經(jīng)濟(jì)示范城市項(xiàng)目提供加氫站的投資建設(shè)工作。雙方依托各自優(yōu)勢,加快推進(jìn)氫能源戰(zhàn)略。
富瑞特裝在今年5月剛成立氫能裝備子公司,計(jì)劃2017年實(shí)現(xiàn)銷售15套加氫站設(shè)備的目標(biāo),訂單主要分布在長三角地區(qū)。正在建設(shè)的加氫站有5個(gè),分別位于上海、鹽城、中山、如皋、十堰。計(jì)劃2017年第一季度將五個(gè)加氫站全部建好。
今年6月,上海國際汽車城、上海舜華新能源系統(tǒng)有限公司、林德集團(tuán)以及上海鑒鑫投資有限公司在安亭汽車創(chuàng)新港簽訂加氫站投資運(yùn)營合作協(xié)議。本次四家單位在車輛運(yùn)營、加氫站建設(shè)運(yùn)營、氫氣供應(yīng)、資本四個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)勢合作,同步推進(jìn),通過持續(xù)的加氫站運(yùn)營及車輛運(yùn)行,盡早發(fā)現(xiàn)并解決產(chǎn)業(yè)化過程中的問題,逐步建立起良好的車-站聯(lián)運(yùn)商業(yè)模式,實(shí)質(zhì)性推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。四家公司將成立加氫站投資運(yùn)營公司,初步計(jì)劃至2020年在上海建成運(yùn)營五座加氫站,形成環(huán)上海的一個(gè)小型加氫網(wǎng)絡(luò),為約400輛燃料電池客車提供加氫服務(wù)。
今年3月,上海建成全國首座加氫充電合建站,即原先的安亭加氫站。該改造項(xiàng)目的完成既為上海國際電動汽車示范區(qū)內(nèi)運(yùn)行的燃料電池汽車提供加氫保障,也為電動汽車提供充電服務(wù)。為將來新能源汽車多能源補(bǔ)給站的推廣建設(shè)起到了良好的示范作用。
圖表26:我國首座加氫充電合建站
責(zé)任編輯: 中國能源網(wǎng)