氢听剧场 | 李明昕：《气态氢加氢站快速加注技术应用分享》

今天我分享的气态氢加氢站快速加注技术，主要是结合目前全球加氢站的应用现状来进行介绍。分为三个部分，一是现状，二是我们快速加注的设计，第三个部分就是面临的一些挑战。

截至2023年底，全球主要氢能国家和地区共建成并运营加氢站986座。中国是第一位，建成了428座加氢站，右边那个图就是历年中国建成和运营的加氢站的一个比例，能看得从2018年开始这个比例在快速地提升，虽然今年经济形势受到一定影响，2024年的具体数据我这里还没有，但是了解的情况还是一个大步提升的状态。

现在全球加氢站工作压力的一个情况，第一个图上面看到中国35MPa的加氢站大概是385座，然后70MPa加氢站是43座，然后像美国的35MPa和70MPa它基本上是平分的，然后日本、韩国还有欧美一些国家主要体现在70MPa上。氢燃料电池汽车这一块情况的话，从数量上来看，韩国现在是排名第一，主要是乘用车，中国主要是商用车。

另外，国内加氢站现状的情况，加注压力这一块，加氢站目前在200公斤到1000公斤之间，中国主要体现在大加注量的这样一个情景，这是世界上最具代表性的几座加氢站之一，排名在全球第一的这个加氢站是我们公司建的冬奥会庆园街加氢站，它现在的加注量是平均每天1350公斤，主要加注是70MPa的公交车。其次是羽田机场的加氢站，还有德国汉堡的加氢站，还有美国喷泉谷的一个加氢站。这几个站的特点就是一个加注量，每天的加注量比较大，均超过800公斤，大概是这样一个情况。

在全球交通市场这一块，我们看到，2023年有个统计，我们对市场商用车或者是交通工具进行了一个应用的统计。商务车这一块的比例在提升，乘用车的比例适当地下降，这是主要的这几个国家现在的情况。当然中国这一块的话，体现到一个是重卡、环卫车辆，另外还有公交，特别是我们现在的新能源轨道交通、氢能船舶，因为这些场景平均的加注量大概就在17公斤到40/50公斤之间，当然加注时间也会受到一定的影响。

国内现在有一个政策，这个政策是氢能走廊，有浙江的、成渝的、郑汴洛濮，还有长三角的一个氢能走廊。另外就是国内高速的一个免费通行的政策，免费通行主要就是免收过路费，这是山东、四川。我们看到内蒙古的鄂尔多斯市，然后吉林和山西，近在10月9号的时候，湖北省也发布了相关高速通行免费的一个政策。政策执行的时间有期限，像49吨的重卡在它的生命周期之内，它可以节省费用大概是36万人民币。大家从这个点上可以理解一下，接下来在高速上这一块也会产生一个很好的发展方向，我们面对这种氢能高速的时候，我们会考虑到重卡、物流这些专用的一个运输场景。

关于快速加氢机设计这一块，因为现在的国标GB 31138-2022对加氢机加注流量有个最大流速的要求，不能超过120克/秒，就是7.2公斤/分钟。国际标准SAE J2601-2024提出了一个新的要求，这一块它是覆盖35MPa和70MPa，当然主要是对标准加注的流量有个限定，就是说35MPa最大流量是120克/秒，也就是7.2公斤/分钟，然后70MPa分三个级别，有60克/秒，90克/秒，和300克/秒，换算下来就是18公斤/分钟。

国家能源局2024年重点研发专项指南中针对快速加注有这样一个要求，加氢机最大的加注流量达到15公斤/分钟，加氢站要实现的是能够达到10公斤/分钟，是目前国内实际的研发和应用的要求。

在这一块，我们参考压力管道GB 20801.3设计计算，体现了两个方面，就是氢气加注最低预冷到零下40度，然后瓶温达到85度这样一个情况。针对这两种情况，我们现在市场上通用的或者用的比较多的9/16寸的和3/4寸的这种高压的管道，进行了流量的一个计算，这个图上红色的就是对应的零下40度的，黑颜色的线条它是85度的一个计算，针对刚才提到的就是从60克、90克、120克，还有我们的300克/秒计算出来的流速，我们能看得到，上面画的那条虚的蓝线是ASME B31.1中的推荐的经济性的一个安全流速30-70米/秒，推荐大流量的管径是在3/4寸这样的一个使用场景。

右侧就是说我们针对这样的一个大流量加注，我们使用了相对应的加氢枪和流量计，以及相应的管阀件，采用德国的WEH公司为我们最新设计流量是300克/秒的加氢枪，适用温度是零下40度到85度，德国雷奥尼克流量计达到了90公斤/分钟的情况。当然，在国内我们也选用了非常好的管阀件的厂商，我们进行了测试，能够满足大流量加注的情况。

大流量加注初步通过流通的面积、流量、流速的控制，怎么能够实现很好大流量的加注呢？我们有一个通讯的安全设计，首先要考虑四个方面：

第一，70MPa加注的时候，既然是高速的加注，考虑氢气的温升特性，无论是在增压或者减压的过程中都是一个发热的过程，快速加注就是能够通过通讯的控制了解加注容器里面的温度和压力，以及充装率的情况。在这个上面首先要判断温度和压力是否符合加注的条件，然后我们通讯是否建立完全，整个控制加注过程中发现有一些特殊的紧急情况和故障判断停机响应，另外什么时候结束加注。不管是国内国际的标准，比如说70MPa加注，首先是储氢容器的压力不超压，温度不要超过85度，充装率不能低于95%。右下角是安全加注的过程，现在我们国内一些应用场景经常发现这样的问题，大家没有把逻辑搞清楚，针对第一点有四个过程。

首先加氢枪和加注车辆连接好了没有，初始泄露检测，这是需要判断的。第二个少量加注进行检测，看整个过程是否是连接正常，这是低压检测，然后是中压加注过程泄露检测，70MPa加注到30MPa的时候有几秒钟的检测，是否有压力的变化情况。到60MPa的时候再进行一次检测，一直到终止压力停机，整个加注过程就完成了。整个控制如果没有进行整体的安全设计，现在加注会出各式各样的问题，会找不到头绪。

正星氢电科技郑州有限公司是正星科技的子公司，成立于2010的12月，我们主要是专注于加氢站装备、整站控制系统，然后储能产品、制氢发电系统、天然气掺氢以及管道输氢相关的核心装备以及系统，包括整体的建设和投资运营。目前我们自建的加氢站超过40座，我们的装备已经覆盖了国内100余座的加氢站，我们也是专精特新小巨人企业，另外是河南省智能加氢站工程技术研究中心。

这是公司建的一个涉氢的实验室，这是我们的清洁能源测试中心，我们拥有能源计量研究中心、能源加注实验研究中心、加气（氢）机研究实验基地、清洁能源装备测试中心、国家新能源汽车供能装置产品质量监督检测中心，整个实验室可以实现涉氢零部件级的、装备级的、系统级的整体测试，也可以对加气进行相关的测试，这个流程图是我们对大流量加注实验系统的流程，实验压力到124MPa，储氢达到了2个多立方。

大流量设计和测试，我简单讲一下，我们建立测试环境，左边的这个产品是我们7.2公斤/分钟的标准产品，进行了国内的防爆认证和国际ATEX和IEC认证，是全球共享的产品。第二个是我们今年新推出的大流量加氢机，最大加注控制300克/秒，经过测试已经达到了相应的要求，也希望同行给我们的产品进行检验。

90MPa加氢，我们自建的测试环境分为三级，有9个90MPa的瓶子，控制流量主要体现在7.2公斤/分钟、10公斤/分钟以及18公斤/分钟，我们测试采用了Ⅲ型瓶进行测试，目前冷却温度到零下50度，氢气预冷到零下40度，结束的状态就是储氢瓶内温度低于85度，不超压，充装率大于95%。

最后讲一下我们快速加注面临的困境，实际上我刚才把国内的情况讲了之后大家都理解了，现在国内不管是氢走廊也好，还是氢能高速网络，这些方面都在向社会发出一个体现新能源，解决运输的困境，柴油车会慢慢退出市场，新能源充电车电量低于80%的时候不能满足满负荷运行，另外像49吨重卡它的电池达到了10吨，降低了整车的运力。我们现在的车辆运输的时候不走高速，因为要省过路费，国家在这个方面给大家提供了一个很好的场景。沿着高速、矿山、码头等这些场景大流量加注要体现出它的一个特点。

刚才提到一辆车每次加注17公斤到40公斤之间的情况，大概的加注时间从进站到出站的时间在30到40分钟，如果用我们现在的大流量加注时间基本上可以缩短二分之一，可以控制在20分钟以内，再加上进出站时间不会超过30分钟。我们设计大流量加注的产品怎么样用的好，是整个加氢站工艺系统要满足大流量加注的条件，也就是上面提到相关的系统设计计算，整个工艺系统需要满足这样的条件，这也是接下来我们全国氢能高速网络，包括我们氢走廊氢能加注应用推广技术关键点。大流量加注推广首先考虑几个点：

第一，是技术的复杂性，大流量加注技术要考虑温度、压力、流量之间的关系，主要是安全。高速加注过程中加注流量调节，以及温度耦合的机理研究是一个关键。

第二，国内的标准和国际的标准还是有一些差异，刚才提到SAE J2601-2024的标准和我们加氢机的标准，包括我们现在国内正在推高速加注加氢机的协议，已经进行多轮的讨论现在还没有发布出来，是因为国内各种应用场景是不一样的，国内是III型瓶，国际是IV型瓶，国内III型瓶和IV型瓶都使用的时候控制技术更是一个关键。不同国家和地区的法律法规也对加氢站建设会提出不同的要求。

第三，市场认知度和经济的挑战，大家对氢能的接受程度还是初期，还要更多的了解，另外加氢站建设投资的时候政策是否落地，补助是否到位，各方面的盈利指标是大家关注的点。我们希望在这些方面能够做更多的工作，政府也可以带来更多的支持，各个运营方拿到他们的运营指标，包括他们整个投资的升级和价值的体现。这是我们共同需要做的，也希望大家到郑州去，到正星氢电科技郑州有限公司了解加氢的产品和了解新的氢能技术，我们的展位在装备一区的A03—64和A04—15，希望我们的技术和产品为大家做好服务。

谢谢大家！

▲氢听剧场现场▲