何廣利 — 中國氫能聯(lián)盟專家委員會委員，國家能源集團北京低碳清潔能源研究所氫能技術開發(fā)部經(jīng)理、高工，常年從事加氫站設計開發(fā)及技術研究。

第一步：看標準

表1：加氫站設計及開發(fā)所涉及的標準

第二步：定等級

氫氣加氫站等級劃分是依據(jù)《加氫站技術規(guī)范》GB50516的規(guī)定，按照儲氫容量大小可分為一級、二級和三級。

表2：氫氣加氫站的等級劃分

如果是加氫加油合建站的等級劃分，則應符合下表的規(guī)定。

表3：加氫加油合建站的等級劃分

第三步：懂裝備

加氫站的四大核心裝備是氫氣壓縮機、高壓儲氫罐、加氫機和加氫站控制系統(tǒng)。

在整體工藝上，加氫站是通過外部供氫或站內(nèi)制氫獲得氫氣后，在氫氣壓縮機的輸送下進入高壓儲氫罐儲存，最后通過加氫機（可能含有氫氣冷卻系統(tǒng)）為燃料電池汽車進行加注，加氫站控制系統(tǒng)則決定了上述設備之間的協(xié)調(diào)工作以及管路中閥門的開關和切換。

▍壓縮機

壓縮機是將來自氫源的氫氣進行加壓的裝備，最高輸出壓力、氫氣流量、電耗是其最重要的性能指標。因為燃料電池汽車用氫氣品質要求高，因此要確保氫氣在壓縮的過程中不引入雜質而被污染。

從全球范圍內(nèi)來看，隔膜式壓縮機、氫氣增壓泵、離子液體壓縮機應用最多。隔膜式壓縮機為了避免液壓介質和氫氣接觸，采用薄的金屬膜片將被壓縮氫氣與液壓油完全分離并實現(xiàn)氫氣壓縮。氫氣增壓泵采用傳統(tǒng)活塞結構，但是活塞與缸體之間的密封采用高分子耐磨材料，不使用潤滑油，從而不會給氫氣帶來污染，同時采用活塞結構相較于金屬膜片結構不需要嚴密的壓差控制。離子液體壓縮機是采用一種近零蒸氣壓的液體作為工質和潤滑介質，實現(xiàn)氫氣的無污染壓縮。

▍高壓儲氫容器

提到高壓儲氫裝置的設計，除了要考慮材料的強度以滿足使用需要和安全需要外，還需要考慮材料疲勞性能和抗氫脆能力。目前國內(nèi)加氫站高壓儲氫容器主要采用兩種，一是45MPa長管氣瓶；二是大容積全多層鋼制高壓儲氫容器。 

高壓儲氫容器是在加氫站內(nèi)配備高壓大容量的固定式儲氫裝置，可以實現(xiàn)在短時間內(nèi)給車輛加滿氫氣。另外，儲氫瓶組作為緩沖裝置還可以避免壓縮機的頻繁啟動，優(yōu)化氫氣加氣站的操作。加氫站的儲氫裝置，儲氫壓力和儲氫容積以及分級壓力和容積比等是其主要技術指標。為了配合35MPa和70MPa車載儲氫裝置，加氫站的高壓儲氫裝置壓力分別至少為45MPa和87.5MPa。

▍加氫機

加氫機是燃料電池汽車加注氫燃料的核心設備，加氫機上配備有加氫搶、壓力傳感器、溫度傳感器、計量裝置、加注控制裝置、安全裝置、軟管等。若機-車實現(xiàn)通訊功能，則加氫槍還需配備紅外數(shù)據(jù)接收模塊。

需要重點關注的是，加氫機的基本功能是安全、快速加氫和精確計量功能，即在保障對車載儲氫罐進行安全、快速加注氫氣的同時，要準確計量加氫量、金額等。同時，一般還具有防雷、防靜電等安全保護的功能，緊急拉斷等安全功能。

若按照國際上公認SAE J 2601協(xié)議，氫氣在加注前可能需經(jīng)冷卻系統(tǒng)預冷，最低冷卻到零下40攝氏度。加氫機的計量功能一般均采用科氏質量流量計來完成，但由于氫氣密度低，而加注壓力又很高，實現(xiàn)加注過程中的精確計量并不容易。日本、德國、歐盟等均有支持關于加氫站計量相關項目。

加氫機目前主要有35MPa與70MPa兩種。主要技術要求是做到加注過程不超溫、不超壓、同時時間盡可能短。

▍加氫站控制系統(tǒng)

站控系統(tǒng)主要功能是監(jiān)測和控制站內(nèi)的工藝設備、輔助系統(tǒng)設施，為全線優(yōu)化管理提供監(jiān)測和控制信息，主要功能包括對現(xiàn)場的工藝變量進行數(shù)據(jù)采集和處理、進而控制加氫站內(nèi)主要設備的工作狀態(tài)以及工作參數(shù),監(jiān)控各種工藝設備、輔助系統(tǒng)設施的運行狀態(tài)、邏輯控制及聯(lián)鎖保護、打印生產(chǎn)報表及報警和事件報告等。站控系統(tǒng)與安防系統(tǒng)、氣體與火焰探測及報警系統(tǒng)有連鎖功能。

第四步：會設計

關于加氫站設計，作為國家能源集團投資建設的國內(nèi)首個35MPa/70MPa雙模國際標準加氫站（如皋）站控系統(tǒng)的設計開發(fā)方之一，何廣利表示應從四個方面分別重點進行設計：安全等級、加注能力、氫氣品質及加氫站的選址。

（1）安全等級

加氫站安全等級是由儲氫罐容器儲量決定，1000Kg總儲氫量以內(nèi)為三級加氫站，通常此儲氫量是高壓儲氫的容量和一個長管拖車容量之和（加氫站內(nèi)至少需要有一組長管用于和供氫長管拖車進行互換）。

（2）加注能力

先進的站控系統(tǒng)，對于氫氣增壓機、儲氫容器、氫氣冷卻系統(tǒng)的選擇、優(yōu)化匹配尤為重要。加氫站的加注能力是由加氫機能力及加注算法、儲氫罐儲量、氫氣壓縮機排量、加氫站工藝控制、其他輔助系統(tǒng)（如氫氣冷卻系統(tǒng)）等因素決定，日加氫能力不是單一靠氫氣壓縮機排量計算的。

（3）氫氣品質

氣源的配送需要首先考慮氫氣品質。氫氣品質檢測依據(jù)《質子交換膜燃料電池汽車用燃料 氫氣》GB/T 37244-2018 和氫燃料電池氫氣品質團體標準《質子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》（T/CECA-G 0015-2017）。因為以前國內(nèi)對燃料電池汽車品質認識不多，因此目前國內(nèi)具備上述檢測能力的機構很少。

（4）加氫站選址

何廣利認為，氫氣加氫站的站址選擇，應符合城鎮(zhèn)規(guī)劃、環(huán)境保護和節(jié)約能源、消防安全的要求，并應設置在交通方便的地方。

具體到加氫站等級，他表示，在城市建成區(qū)內(nèi)不應建立一級氫氣加氫站、一級加氫加氣合建站和一級加氫加油合建站。 加油加氫站在按照GB50516加氫設計時，加油站標準要遵循GB50156汽車加油加氣站設計與施工規(guī)范。設計思路：現(xiàn)有二級加油站，三級加油站中來選址考慮合建加氫站。

關于加氫站設計的思考

關于加氫站設計，何廣利從專業(yè)角度給出了他的思考。

第一是關于站內(nèi)高壓儲氫。他認為，加氫站內(nèi)按照高壓儲氫無疑會增加加氫站的總成本，同時也增加了加氫站的面積需求，提高了安全需求。但是高壓儲氫是加氫站的蓄能器，沒有高壓儲氫，則所謂的撬裝加氫站（裝置）只是一個被動的完全由氫氣長管拖車的壓力和壓縮機排量決定的流量進行氫氣加注，既達不到快速加注的目的，同時也不能符合國際上通用的加氫技術協(xié)議規(guī)定。因此，為了長遠考慮，建議現(xiàn)有的加氫站設計都考慮高壓儲氫，至少要預留高壓儲氫的位置，以應對今后的需要。

第二是關于加氫站的工藝。他指出，加氫站中壓縮機的排量、出口壓力、啟停時間、啟停次數(shù)、高壓儲氫的容量，壓力分級數(shù)，容量比、加氫機的加注協(xié)議、加氫機數(shù)量、車輛的類型、加注需求和頻率等整體決定了如何選擇優(yōu)化的設備或者得到最佳的加注能力，且很難得到具有通用性的最優(yōu)化的工藝。針對具體的加氫站，一定要根據(jù)具體的詳細需求，設計加氫站的工藝并做好設備選型，以降低加氫站的總成本。

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