1 加氫站概述

1.1 全球加氫站發(fā)展現(xiàn)狀

加氫站根據(jù)氫氣來源不同，可分為外供氫加氫站和現(xiàn)場制氫加氫站；根據(jù)氫氣儲存相態(tài)不同，可分為氣態(tài)加氫站和液態(tài)加氫站；根據(jù)供氫壓力等級，可分為35 MPa和70 MPa壓力加氫站。目前我國的加氫站主要以外供氫、氣態(tài)、35 MPa壓力加氫站為主

。

截至2020年底，全球共有在營加氫站553座，另外有225座加氫站正在計劃投建。其中歐洲共有200座在營加氫站，以德國為最多，共有在營加氫站100座；法國在營加氫站34座，位居第二。北美的加氫站大部分位于美國加州，其中在營加氫站49座。亞洲共有275座加氫站，其中日本142座，位居全球首位；韓國在營加氫站60座；中國在營加氫站69座。這些加氫站目前多用于巴士等公共車輛的氫氣加注

。

1.2 加氫站建設(shè)的制約因素

加氫站建設(shè)的主要制約因素有氣源、下游用戶、投資環(huán)境、技術(shù)以及相關(guān)政策等。氣源是加氫站能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵，是加氫站建設(shè)的主要制約因素

。目前，制氫產(chǎn)業(yè)主要有以下3種較為成熟的技術(shù)路線：以煤炭、天然氣為代表的化石能源以及化石燃料轉(zhuǎn)化得到的含氫載體如氨氣、甲醇、乙醇、肼、汽油和柴油重整制氫；以焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫；電解水制氫。各種技術(shù)路線的制氫成本及影響因素不同，如天然氣及甲醇重整制氫主要取決于原料的價格，水電解制氫成本主要取決于電價

。在我國，目前制氫成本最低的技術(shù)是煤氣化制氫，但天然氣制氫是我國最主要的氫氣來源，占總制氫量的48%。電解水的制氫量最少，占比僅為4%

。此外，氫氣的儲運(yùn)也是氫能產(chǎn)業(yè)的瓶頸。高壓氣態(tài)儲氫是目前較為成熟的技術(shù)，具有充放氣快、成本低等優(yōu)點(diǎn)；但高壓氣態(tài)儲氫通常需要能夠承受高壓的儲氫壓力容器，壓縮過程中能耗較大

。隨著可再生能源的發(fā)展以及用氫量的上升，氫氣大規(guī)模、低成本儲運(yùn)也是亟待解決的問題

。

人參Panax ginseng C. A. Mey. 為五加科（Araliaceae）植物，具有悠久的藥用歷史，可用于多種疾病的治療，人參皂苷是從人參中提取出的主要有效成分?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，人參皂苷具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力、改善心血管功能、抗炎、抗氧化、抗血小板聚集和抑制腫瘤等生物活性[1]。其中，人參皂苷Rh2(S)（Rh2-S），即20(S)-原人參二醇-3-O- β-D-吡喃葡萄糖苷，對白血病、結(jié)腸癌和骨肉瘤等多種腫瘤均表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗腫瘤作用。

2 加氫站成本模型與氫使用成本計算

2.1 成本模型

Weinert等人

提出的加氫站成本模型(Hydrogen Station Cost Model)被廣泛用作加氫站成本計算的方法。該模型已應(yīng)用于美國加利福尼亞州氫能高速公路網(wǎng)的成本分析

，具有一定的有效性。此模型根據(jù)各類加氫站的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)將成本分為4部分，包括：建設(shè)成本、運(yùn)營成本、運(yùn)輸成本以及原料成本。建設(shè)成本：建站所需的固定資產(chǎn)成本(設(shè)備成本)、安裝成本以及所需的土地和土建成本；運(yùn)營成本：管理運(yùn)營如維護(hù)、租金、人工以及保險等費(fèi)用；運(yùn)輸成本：運(yùn)輸氫氣到加氫站的費(fèi)用；原料成本：購買天然氣、甲醇以及水、電等制氫原料和動力或氫的費(fèi)用。

供氫能力為1 000 kg/d的外供氫加氫站的主要設(shè)備配置見表1。一般有移動儲氣和固定儲氣兩種儲氣方式。移動儲氣采用2輛長管拖車作為現(xiàn)場儲氣，單車儲氫量約為300 kg；固定儲氣設(shè)置6瓶和9瓶兩組儲氫瓶，總儲氫量可達(dá)500 kg。

加氫站年均成本計算公式

為:

=

+

+

+

(1)

式中

——加氫站年均成本，元/a

——年原料成本，元/a

——年運(yùn)營成本，元/a

氫使用成本計算式

為:

——建設(shè)成本的年折舊費(fèi)，元/a

——年運(yùn)輸成本，元/a

(2)

在不考慮政府補(bǔ)貼的情況下，計算了供氫能力500 kg/d和1 000 kg/d的外供氫加氫站的建設(shè)成本，見表2。對于外供氫加氫站，壓縮機(jī)、儲氫瓶及加氫系統(tǒng)(含加氫機(jī)、卸氣柱、氫氣管道系統(tǒng)、放散系統(tǒng)、置換吹掃系統(tǒng)、儀表風(fēng)系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)以及其他的管路材料、連接等)是最核心的成本構(gòu)成部分，約占加氫站建設(shè)成本的58%；壓縮機(jī)約占建設(shè)成本的30%。這是因?yàn)槟壳皣鴥?nèi)核心設(shè)備技術(shù)落后，主要依賴進(jìn)口。因此，對核心設(shè)備進(jìn)行國產(chǎn)化是國內(nèi)加氫站技術(shù)升級的最核心、最切實(shí)的方向。

2018年以來，中國家電市場整體面臨的壓力較大，從下圖中的數(shù)據(jù)我們可以看出，2017年全年，中國家電市場零售額增速為11.8%，而2018年截至11月份，增速只有1.6%，大約只有去年全年增速的七分之一，今年的中國家電零售業(yè)可能將迎來整體“失速”的危機(jī)。

——加氫站的年氫氣銷售量，kg/a

2.2 加氫站建設(shè)成本估算

摻雜Sc3+的Nd∶LuSGG晶體具有更寬的吸收和發(fā)射譜線、小的發(fā)射截面及長的熒光壽命，有利于在超短超快激光方面有所應(yīng)用．Kaminskii A.A.在1994年[39]用提拉法首次生長出Nd∶Lu3Sc2Ga3O12晶體，在室溫下用激光二極管和Xe閃光燈泵浦激發(fā)出1 062.2 nm波長的激光．武奎[40]利用Nd∶Lu3Sc1.5Ga3.5O12獲得了斜率效率為33%、最高的輸出功率為6.96 W的連續(xù)激光和最窄的脈沖寬度為5.1 ns、最大的脈沖能量為62.5 MJ、最高的峰值功率約為12 kW的被動調(diào)Q脈沖激光，由于該晶體生長制備的方法為浮區(qū)法，晶體的缺陷較多，其激光性能受到影響．

Hallak、Assaker等[20]通過最小二乘結(jié)構(gòu)方程模型來檢驗(yàn)旅游目的地的感知質(zhì)量對忠誠度的影響程度，發(fā)現(xiàn)與感知價值相比，感知質(zhì)量對忠誠度(通過滿意度直接和間接體現(xiàn))的影響更大；黃天航等[21]在對歐洲智能城市的發(fā)展研究中指出，教育質(zhì)量、交通質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量、政府管理等與城市的發(fā)展具有正相關(guān)性。而智慧交通、智慧教育等是智慧城市建設(shè)的主要內(nèi)容，也是智慧城市建設(shè)感知質(zhì)量的主要體現(xiàn)。因此，提出以下理論假設(shè)：

依托長流規(guī)，加強(qiáng)治江頂層設(shè)計。規(guī)劃是治江各項(xiàng)工作的龍頭。2013年，長江委切實(shí)加強(qiáng)治江頂層設(shè)計，長江流域水利規(guī)劃和前期工作進(jìn)展順利。結(jié)合新修編的長流規(guī)對水利工作提出的新要求和治江工作實(shí)際，長江委廣泛、深入地開展宣貫工作，提高了全委干部職工及社會各界對長流規(guī)的認(rèn)識和了解。同時，組織開展了數(shù)十項(xiàng)水利規(guī)劃編制工作，其中，修訂完成《長江中下游干流河道治理規(guī)劃》，編制完成岷江、雅礱江、贛江、沅江等流域綜合規(guī)劃，基本完成湘江、資水、撫河、信江等流域綜合規(guī)劃。加緊組織開展長江流域（片）水中長期供求規(guī)劃、主要江河流域水量分配方案制定、全國治澇規(guī)劃等規(guī)劃編制工作。

式中

——?dú)涫褂贸杀荆?kg

① 外供氫加氫站的建設(shè)成本

由表4可知，硅-焓方程法計算得出的熱儲溫度為182.36 ℃～274.58 ℃，冷水混合比例為39.47%～85.88%；硅-焓圖解法計算的結(jié)果為172.58 ℃～258.23 ℃，冷水混入比例為39.19%～86.46%。對比發(fā)現(xiàn)由混合模型計算的熱儲溫度與Na-K溫標(biāo)計算的溫度較為接近，與其他溫標(biāo)及實(shí)測情況偏離較大。

② 現(xiàn)場制氫加氫站的建設(shè)成本

對于供氫能力為500 kg/d的現(xiàn)場制氫加氫站，在不考慮政府補(bǔ)貼的情況下，對現(xiàn)場天然氣重整制氫(以下簡稱天然氣重整制氫)、現(xiàn)場電解水制氫(以下簡稱電解水制氫)以及現(xiàn)場甲醇重整制氫(以下簡稱甲醇重整制氫)這3種現(xiàn)場制氫加氫站的建設(shè)成本進(jìn)行了估算，結(jié)果見表3。

由表3可知，在現(xiàn)場制氫加氫站中，制氫裝置成本的占比很大。由于甲醇重整制氫技術(shù)所需反應(yīng)溫度較低，故其制氫裝置成本在3種制氫技術(shù)中最低。電解水制氫裝置成本最高，占比約為59%。因此，降低制氫裝置成本是降低現(xiàn)場制氫加氫站建設(shè)成本的關(guān)鍵。一般地，現(xiàn)場制氫加氫站建設(shè)成本遠(yuǎn)高于外供氫加氫站，但其優(yōu)勢是省去了運(yùn)輸氫氣的費(fèi)用。此外，現(xiàn)場制氫使遠(yuǎn)離大規(guī)模氫源的地區(qū)建設(shè)加氫站變得現(xiàn)實(shí)可行，因此現(xiàn)場制氫技術(shù)是必須要發(fā)展的。

有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在施工過程中遇到的大多數(shù)的施工項(xiàng)目具有區(qū)域性強(qiáng)，流動性大，耗費(fèi)時間與材料等等難題。所以針對現(xiàn)在施工中的幾個特點(diǎn)，制定以下幾個管理內(nèi)容以增強(qiáng)路橋施工的管理性：

2.3 氫使用成本估算

① 外供氫加氫站的氫使用成本

計算外供氫加氫站的氫使用成本時，將建設(shè)成本的年折舊費(fèi)分為兩部分進(jìn)行計算，一部分是設(shè)備、安裝等成本的折舊，按照15 a進(jìn)行折舊計算，不考慮殘值；另一部分是土地、土建成本的折舊，按照30 a進(jìn)行折舊計算，不考慮殘值。假定供氫能力為500 kg/d的加氫站需要設(shè)置員工5人，供氫能力為1 000 kg/d的加氫站設(shè)置員工8人，薪資按8×10

元/(人·a)計。假設(shè)其他運(yùn)營管理成本如租金、維護(hù)和保險等費(fèi)用的總和等于人工成本。不同制氫技術(shù)及運(yùn)輸距離下原料及運(yùn)輸成本見表4

。假設(shè)工業(yè)副產(chǎn)物制氫作為氫源，氫氣運(yùn)輸距離為50 km。每年工作時間若按300 d計，則外供氫加氫站的氫使用成本測算見表5。

② 現(xiàn)場制氫加氫站的氫使用成本

對于現(xiàn)場制氫加氫站，建設(shè)成本的年折舊費(fèi)計算方法同外供氫加氫站。對于500 kg/d現(xiàn)場制氫加氫站，假設(shè)現(xiàn)場員工有6人，薪資按8×10

元/(人·a)計。假設(shè)其他運(yùn)營成本如租金、維護(hù)和保險等費(fèi)用的總和等于人工成本。水一般在當(dāng)?shù)厝∮?。天然氣、甲醇等的運(yùn)輸成本均歸于原料成本。假定天然氣重整制氫中天然氣的價格為2.5元/m

，電解水制氫中水的價格為4元/t，甲醇重整制氫中甲醇的價格為2.4元/kg，動力煤的價格為0.5元/kg。3種現(xiàn)場制氫方式中，電價均為0.6元/(kW·h)，脫鹽水價格為10元/t，循環(huán)水價格為1元/t。在天然氣重整制氫中，生產(chǎn)1 kg氫氣的天然氣用量約為6.74 m

，用電量約為0.672 kW·h，用循環(huán)水量為0.229 t，用脫鹽水量為0.003 9 t。在電解水制氫中,生產(chǎn)1 kg氫氣的用電量約為55 kW·h，用水量約為0.009 t。在甲醇重整制氫中，生產(chǎn)1 kg氫氣的用甲醇量約為6.05 kg，用電量約為1.05 kW·h，用脫鹽水量為0.039 t，用動力煤量為1.56 kg。

根據(jù)上述假設(shè)計算得到供氫能力500 kg/d的現(xiàn)場制氫加氫站的氫使用成本，見表6。對于電解水制氫加氫站，用電成本占比最大。對于天然氣重整制氫或甲醇重整制氫加氫站，天然氣或甲醇成本的占比較高，即天然氣或甲醇的原料價格是影響此類加氫站成本的關(guān)鍵因素，這類加氫站對于原料便宜易得的地區(qū)具有優(yōu)勢。例如，天然氣制氫在四川具有優(yōu)勢，甲醇制氫在陜西、內(nèi)蒙古和山西具有優(yōu)勢。

3 結(jié)論

① 不同類型的加氫站建設(shè)成本差異較大。外供氫加氫站中，壓縮機(jī)、儲氫瓶、加氫系統(tǒng)成本占比最高，約占58%。對于現(xiàn)場制氫加氫站，在相同供氫能力下，電解水制氫加氫站建設(shè)成本遠(yuǎn)高于天然氣重整制氫加氫站和甲醇重整制氫加氫站，電解水制氫加氫站制氫裝置的建設(shè)成本占比最高，約占59%。

② 對于現(xiàn)場制氫加氫站，在相同供氫能力下，天然氣重整制氫和甲醇重整制氫加氫站的氫使用成本遠(yuǎn)低于電解水制氫加氫站。天然氣或甲醇等原料價格是影響天然氣重整制氫或甲醇重整制氫加氫站的關(guān)鍵因素，電力成本則是制約電解水制氫的主要因素。因此，降低天然氣或甲醇等原料成本和用量以及獲得便宜的電力是降低現(xiàn)場制氫加氫站成本的關(guān)鍵。

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