1．加氫站核心設(shè)備

加氫站三大核心設(shè)備為氫氣壓縮機(jī)、高壓儲(chǔ)氫罐、氫氣加注機(jī)，其中壓縮機(jī)成本占比最高，約占總成本的30％。加氫站通過(guò)外部供氫和站內(nèi)制氫獲得氫氣后，經(jīng)過(guò)調(diào)壓干燥系統(tǒng)處理后轉(zhuǎn)化為壓力穩(wěn)定的干燥氣體，隨后在氫氣壓縮機(jī)的輸送下進(jìn)入高壓儲(chǔ)氫罐儲(chǔ)存，最后通過(guò)氫氣加注機(jī)為燃料電池汽車(chē)進(jìn)行加注。

（1）高壓儲(chǔ)氫裝置

儲(chǔ)氫罐很大程度上決定了加氫站的氫氣供給能力。加氫站內(nèi)的儲(chǔ)氫罐通常采用低壓（20－30 MPa）、中壓（30－40 MPa）、高壓（40－75 MPa）三級(jí)壓力進(jìn)行儲(chǔ)存。有時(shí)氫氣長(zhǎng)管拖車(chē)也作為一級(jí)儲(chǔ)氣（10－20 MPa）設(shè)施，構(gòu)成4級(jí)儲(chǔ)氣的方式。

與石油加氫反應(yīng)器、煤加氫反應(yīng)器等高壓高溫臨氫容器和傳統(tǒng)氫氣瓶式容器相比，加氫站儲(chǔ)氫罐具有以下4個(gè)基本特點(diǎn)：①高壓常溫且氫氣純度高，具有高壓氫環(huán)境氫脆的危險(xiǎn)；②壓力波動(dòng)頻繁且范圍大，具有低周疲勞破壞危險(xiǎn)（商用站尤為如此）；③容積大，壓縮能量多，氫氣易燃易爆，失效危害嚴(yán)重；④面向公眾，涉及公共安全。

目前加氫站儲(chǔ)氫罐用的主要材料有為Cr－Mo鋼、6061鋁合金、316L等。對(duì)于Cr－Mo鋼，我國(guó)常用材料為ASTM A519 4130X（相當(dāng)于我國(guó)材料30CrMo）。國(guó)外在高壓儲(chǔ)氫裝置方面技術(shù)領(lǐng)先，代表企業(yè)有美國(guó)CPI、美國(guó)AP等。國(guó)內(nèi)浙江大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)攻克了輕質(zhì)鋁內(nèi)膽纖維全纏繞高壓儲(chǔ)氫氣容器制造技術(shù)，解決了超薄鋁內(nèi)膽成型、高抗疲勞性能的纏繞線形匹配等技術(shù)難題，但尚未實(shí)現(xiàn)成品批量生產(chǎn)。 

（2）氫氣壓縮設(shè)備

常用的氫氣壓縮設(shè)備為壓縮機(jī)，壓縮機(jī)是將氫源加壓注入儲(chǔ)氣系統(tǒng)的核心裝置，輸出壓力和氣體封閉性能是其最重要的性能指標(biāo)。目前加氫站使用的壓縮機(jī)主要有隔膜式壓縮、液驅(qū)壓縮機(jī)和離子式壓縮機(jī)三種。

隔膜式壓縮機(jī)因無(wú)需潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，從而能夠獲得滿足燃料電池汽車(chē)純度要求的高壓氫氣，并且隔膜式壓縮機(jī)輸出壓力極限可超過(guò)100 MPa，足以滿足加氫站70 MPa以上的壓力要求，但隔膜式壓縮機(jī)在壓縮過(guò)程中需要采用空氣冷卻或液體冷卻的方式進(jìn)行降溫。離子式壓縮機(jī)能實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，但因技術(shù)尚未成熟，沒(méi)有大規(guī)模使用。

目前國(guó)際上主要的隔膜式壓縮機(jī)的生產(chǎn)商有美國(guó)Hydro－PAC、PDC等。國(guó)產(chǎn)替代速度在加快，比如中鼎恒盛、北京天高、恒久機(jī)械等等。
液驅(qū)壓縮機(jī)則以美國(guó)Haskel、德國(guó)麥格思維特等為代表。離子式壓縮機(jī)能實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，但因技術(shù)尚未成熟，沒(méi)有大規(guī)模使用。

（3）氫氣加注設(shè)備

加氫機(jī)是實(shí)現(xiàn)氫氣加注服務(wù)的設(shè)備，加氫機(jī)上裝有壓力傳感器、溫度傳感器、計(jì)量裝置、取氣優(yōu)先控制裝置、安全裝置等等。

當(dāng)燃料電池汽車(chē)需要加注氫氣時(shí)，若加氫站是采用4級(jí)儲(chǔ)氣的方式，則加氫機(jī)首先從氫氣長(zhǎng)管拖車(chē)中取氣；當(dāng)氫氣長(zhǎng)管拖車(chē)中的氫氣壓力與車(chē)載儲(chǔ)氫瓶的壓力達(dá)到平衡時(shí)，轉(zhuǎn)由低壓儲(chǔ)氫罐供氣；依此類推，然后分別是從中壓、高壓儲(chǔ)氫罐中取氣；當(dāng)高壓儲(chǔ)氫罐的壓力無(wú)法將車(chē)載儲(chǔ)氫瓶加注至設(shè)定壓力時(shí)，則啟動(dòng)壓縮機(jī)進(jìn)行加注。加注完成后，壓縮機(jī)按照高、中、低壓的順序?yàn)槿��?jí)儲(chǔ)氫罐補(bǔ)充氫氣，以待下一次的加注。這樣分級(jí)加注的方式有利于減少壓縮機(jī)的功耗。

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(duì)于加氫機(jī)的承壓能力和安全性要求更高。根據(jù)加注對(duì)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(chē)約用3－5分鐘，加注一輛公交車(chē)約需要10－15分鐘。

國(guó)內(nèi)35MPa的加氫機(jī)基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，但加氫槍、流量計(jì)等核心零部件還是依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)廠商主要有舜華新能源、國(guó)富氫能、海德利森、液空厚普等。70MPa加氫機(jī)技術(shù)上沒(méi)有問(wèn)題，下一步的目標(biāo)是改進(jìn)產(chǎn)品工藝，把體積降下來(lái)，控制成本。

（4）站控系統(tǒng)

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(duì)于保證加氫站的正常運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。

圖8．某加氫站站控系統(tǒng)流程示意圖

我國(guó)示范性加氫站及燃料電池客車(chē)車(chē)載供氫系統(tǒng)尚處于35MPa 壓力的技術(shù)水平。為與客車(chē)配套，現(xiàn)有加氫站采用了45 MPa隔膜式壓縮機(jī)、45 MPa儲(chǔ)氫罐和35 MPa氫氣加注機(jī)等設(shè)備，壓力標(biāo)準(zhǔn)提升還有待70MPa 燃料電池汽車(chē)的普及。

我國(guó)已建成加氫站的站控系統(tǒng)一般由加氫站承建方或是加氫機(jī)設(shè)備供應(yīng)商來(lái)提供，目前主要是由舜華新能源、國(guó)富氫能、海德利森等提供。

2． 加氫站主流路線

目前加氫站的技術(shù)路線可分為三類：電解水制氫、天然氣重整制氫和站外供氫技術(shù)。其中電解水制氫、天然氣重整制氫為站內(nèi)制氫技術(shù)。

（1）電解水制氫技術(shù)路線

電解水制氫的技術(shù)目前已經(jīng)十分成熟，適合于小規(guī)模的制氫，并能在站內(nèi)實(shí)現(xiàn)零排放，因而歐洲大多數(shù)加氫站都采用這種技術(shù)。

站內(nèi)電解水制氫加氫站工藝流程：水在電解裝置的陰陽(yáng)兩極分別產(chǎn)生氫氣和氧氣。氫氣進(jìn)入氣水分離器進(jìn)行干燥，干燥后在氫氣純化器中純化。本流程中純化的目的是除去氧氣及雜質(zhì)，以達(dá)到燃料電池汽車(chē)對(duì)氫氣質(zhì)量的要求（氫氣體積分?jǐn)?shù)＞99．999 9％）。純化后的氫氣通過(guò)緩沖罐后進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮，并先后輸送至高壓、中壓、低壓儲(chǔ)氫罐中分級(jí)儲(chǔ)存。需要對(duì)汽車(chē)進(jìn)行加注服務(wù)時(shí)，加氫機(jī)可以先后從低壓儲(chǔ)氫罐、中壓儲(chǔ)氫罐、高壓儲(chǔ)氫罐中按順序取氣進(jìn)行加注。

圖9 站內(nèi)電解水制氫加氫站工藝流程

（2）天然氣重整制氫技術(shù)路線
脫硫后的天然氣和水蒸氣在高溫、催化劑的條件下在重整裝置中反應(yīng)生成氫氣、一氧化碳以及二氧化碳等。隨后通過(guò)變壓吸附裝置（PSA）將氫氣分離出來(lái)。分離出來(lái)的氫氣進(jìn)一步在氫氣純化器中純化。本流程中純化的目的是進(jìn)一步除去一氧化碳、二氧化碳、甲烷等雜質(zhì)，以達(dá)到燃料電池汽車(chē)對(duì)氫氣質(zhì)量的要求（氫氣體積分?jǐn)?shù)＞99．9999％）。

純化后的氫氣通過(guò)緩沖罐后進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮，并先后輸送至高壓、中壓、低壓儲(chǔ)氫罐中分級(jí)儲(chǔ)存。需要對(duì)汽車(chē)進(jìn)行加注服務(wù)時(shí)，加氫機(jī)可以先后從低壓儲(chǔ)氫罐、中壓儲(chǔ)氫罐、高壓儲(chǔ)氫罐中按順序取氣進(jìn)行加注。

圖10．站內(nèi)天然氣重整制氫加氫站工藝流程

（3）外部供氫技術(shù)路線

氫氣長(zhǎng)管拖車(chē)將氫氣運(yùn)輸至加氫站后，裝有氫氣的半掛車(chē)與牽引車(chē)分離并和卸氣柱相連接。隨后氫氣進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮，并先后輸送至高壓、中壓、低壓儲(chǔ)氫罐中分級(jí)儲(chǔ)存。需要對(duì)汽車(chē)進(jìn)行加注服務(wù)時(shí)，加氫機(jī)可以先后從氫氣長(zhǎng)管拖車(chē)、低壓儲(chǔ)氫罐、中壓儲(chǔ)氫罐、高壓儲(chǔ)氫罐中按順序取氣進(jìn)行加注。

圖11．氫氣長(zhǎng)管拖車(chē)供氫加氫站工藝流程

目前我國(guó)已建成的71座加氫站，只有山西大同加氫站是站內(nèi)電解水制氫加氫站，上海驛藍(lán)加氫站是全國(guó)首個(gè)管道輸氫的加氫站，其他的加氫站均為外部供氫加氫站。