摘要：在2021年新頒布的關(guān)于加氫站建設(shè)的兩個重要規(guī)范GB50516—2010（2021版）《加氫站技術(shù)規(guī)范》和GB50156—2021《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行合建站存在的問題，提出L-CNG加氣加氫合建站、加油加氫合建站、加氣加氫合建站、LNG-液氫合建站、充電加氫合建站等不同型式加氫合建站的技術(shù)優(yōu)化和建設(shè)方向，并探討了未來“零碳排放”加氫合建站建設(shè)的可能性，為今后加氫站的發(fā)展提供可借鑒思路。  

2021年10月，國務(wù)院頒布《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》，指出到2060年綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系和清潔低碳安全高效的能源體系全面建立，非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到80%以上。對于氫能產(chǎn)業(yè)，特別提出節(jié)能低碳的交通領(lǐng)域要求推動加氫站建設(shè)，并統(tǒng)籌推進(jìn)氫能“制儲輸用”全鏈條發(fā)展。截至2021年上半年，國內(nèi)已經(jīng)建成加氫站超過150座，其中包括了獨(dú)立加氫站、加油加氣加氫合建站等多種靈活建站模式，在政策、機(jī)制尚不完善的局面下，加油加氫合建站和加氣加氫合建站等合建方式成為企業(yè)更加青睞的方向：一是簡化項目審批流程、節(jié)約土地費(fèi)用；二是在不增加危險站址的情況下實(shí)現(xiàn)多功能加注；三是整合管理優(yōu)勢，節(jié)省人力資源；四是利用合建站分?jǐn)傦L(fēng)險，降低運(yùn)行成本。

面對加氫站以及合建站快速發(fā)展的形勢，2021年住建部對關(guān)于加氫站建設(shè)的兩個重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了重新修訂和升版，GB50516—2010（2021版）《加氫站技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱GB50516）單獨(dú)指向加氫站建設(shè)，而GB50156—2021《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱GB50156）只針對合建站建設(shè)。本文在對兩個新頒布規(guī)范解讀的基礎(chǔ)上，針對目前實(shí)際運(yùn)行合建站存在的問題，提出不同模式加氫站合建站的技術(shù)優(yōu)化和建設(shè)方向，為未來加氫站的發(fā)展提供可借鑒思路。  

1  規(guī)范解讀

為了更加科學(xué)地規(guī)范加氫站設(shè)計和建設(shè)，GB50516（2021版）重點(diǎn)修改內(nèi)容是增加了液氫加氫站和加氫站材料選擇相關(guān)內(nèi)容，刪除了所有關(guān)于合建站部分，對單獨(dú)建設(shè)加氫站進(jìn)行了專項技術(shù)規(guī)定；規(guī)范GB50156—2021《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行了重大調(diào)整，在原來加油加氣的基礎(chǔ)上重點(diǎn)增加了加氫內(nèi)容，包含了高壓氣態(tài)加氫和液氫加氫，該規(guī)范主要針對的是加油加氣加氫合建站技術(shù)，包含汽柴油、LPG、LNG、CNG、L-CNG、氫氣等。這兩個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的調(diào)整體現(xiàn)出目前對加氫合建站的重視程度和規(guī)范約束，起到技術(shù)性指導(dǎo)和安全保證作用，但在加氫合建站實(shí)際建設(shè)中依然存在“合建”站僅是“形體”在一起的情況，而內(nèi)部卻“各自為站”，甚至部分加油加氫合建站還出現(xiàn)兩個站房的現(xiàn)象。 因此本文針對目前已建加氫合建站現(xiàn)狀，結(jié)合新頒布GB50516和GB50156標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，對多種類型的加氫合建站提供合理可行的技術(shù)優(yōu)化，并對未來“零碳合建站”的建設(shè)方向提出設(shè)想。  

2  多種類型合建站的工藝優(yōu)化與建議

2.1  L-CNG加氣加氫合建站

L-CNG加氣加氫合建站是L-CNG加氣站和加氫站共同建設(shè)而成，對于該類合建站要充分利用LNG的兩大特性：一是LNG擁有高品位的冷量；二是LNG作為化工原料的屬性。

（1）冷能利用

L-CNG加氣站是LNG通過LNG儲罐外部空氣氣化器將增壓后的低溫LNG氣化，釋放冷量后增溫至5℃以上加注車輛。LNG溫度一般在-165℃~-157℃，含有高品位的冷能?，在25MPa加注壓力下1m3低溫LNG氣化至5℃以上至少釋放370MJ（折合102kWh）冷量，目前L-CNG加氣站該部分冷量完全浪費(fèi)。考慮到加氫站需要建設(shè)冷卻機(jī)組，是站內(nèi)耗電的主要設(shè)備，因此完全可以在L-CNG加氣加氫合建站的加氣站區(qū)域建設(shè)一個換冷設(shè)備，通過冷媒介質(zhì)將LNG的冷量進(jìn)行存儲，并根據(jù)用戶需求科學(xué)分配。L-CNG加氣加氫合建站冷能利用工藝優(yōu)化流程圖見圖1 。

圖1  L-CNG加氣加氫合建站冷能利用工藝優(yōu)化簡圖

對于L-CNG加氣加氫合建站中主要用冷用戶有氫氣壓縮機(jī)的入口和出口冷卻、加氫機(jī)的入口冷卻以及站內(nèi)站房空調(diào)、便利店冰箱等制冷設(shè)備。在站內(nèi)建設(shè)換冷區(qū)將LNG冷量“轉(zhuǎn)移”到非甲類、乙類的冷媒介質(zhì)，可設(shè)置兩級換熱器實(shí)現(xiàn)，第一級換熱器通過控制冷媒介質(zhì)的流量實(shí)現(xiàn)用冷設(shè)備的需求；第二級換熱器可采用空溫式氣化器，確保天然氣的加注溫度在5℃以上。第一股高溫冷媒選擇乙二醇水溶液或者冷凍水，溫度在5~20℃，用于氫氣壓縮機(jī)的進(jìn)出口冷卻，同時在管路引出一小股流量供給站內(nèi)站房空調(diào)、保鮮設(shè)備等；第二股低溫冷媒介質(zhì)選擇乙二醇溶液供給站內(nèi)加氫機(jī)和站房的冰箱等，溫度在-15~10℃。 對于一個規(guī)模在1000kg/d的加氫站，氫氣加注壓力等級為70MPa，一年按照200 d運(yùn)行時間，每天12 h，每年可節(jié)省耗電量10.5萬kWh以上（如表1所示），如果站內(nèi)周圍允許，可以建設(shè)干冰制造加工廠和小型糧倉冷庫，實(shí)現(xiàn)CO2減排。 

表1  L-CNG加氣加氫合建站工藝優(yōu)化后節(jié)能情況

節(jié)能項目	壓縮機(jī)冷卻	站房消耗	加氫站冷卻
節(jié)省耗電量（kwh）	3-3.5萬	4500	7萬

 

（2）站內(nèi)制氫

目前國內(nèi)加氫站大部分是采用站外制氫的供氫方式，通過長管拖車在氫源200km半徑范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸，由于高壓氫氣的質(zhì)量存儲密度基本在5%以下，運(yùn)輸效率維持在很低的1%左右，運(yùn)輸1kg氫氣市場成本費(fèi)用高達(dá)13~25元，這也一定程度限制了加氫站的布局和經(jīng)濟(jì)性。若采用站內(nèi)制氫可以徹底解決氫氣運(yùn)輸問題，目前常規(guī)用的制氫方式主要是煤制氫、天然氣制氫、甲醇制氫、電解水制氫（網(wǎng)電）等。而對于L-CNG加氫合建站，增加小規(guī)模撬裝天然氣制氫模塊是解決氫氣來源的最佳方式之一，流程示意如圖2所示： 

圖2  L-CNG加氣加氫合建站站內(nèi)制氫流程圖

（以35MPa加注等級為例）

由于加氫站氫氣的需求量相對偏低因此采用撬裝式天然氣制氫裝置完全可以滿足供需關(guān)系，而且還可以實(shí)現(xiàn)土地高效利用，降低成本投資。例如規(guī)模在250Nm3/h的撬裝制氫設(shè)備占地面積僅135~150 m2，投資大約在500萬~600萬元，相比于站外制氫可節(jié)約20~25元/kg，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。由于天然氣制氫裝置涉及到凈化預(yù)處理、天然氣重整反應(yīng)、氣體純化等，屬于?；费b置，按照行業(yè)規(guī)定必須建設(shè)在化工園區(qū)，因此大部分加氫站無法獲得相關(guān)手續(xù)報批。但是近幾年地方從產(chǎn)業(yè)發(fā)展和安全監(jiān)控考慮逐步優(yōu)化政策，廣東省深圳凱豪達(dá)加氫站示范站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)站內(nèi)電解水制氫加氫一體，2021年7月佛山市首個站內(nèi)天然氣制氫加氫一體站實(shí)現(xiàn)日加注1100 kg規(guī)模。從大趨勢分析，站內(nèi)制氫加氫一體化模式隨著氫能產(chǎn)業(yè)推廣將會逐步推廣實(shí)現(xiàn)。 而L-CNG加氣加氫合建站將實(shí)現(xiàn)天然氣和氫氣兩個重要能源融合，提高節(jié)能優(yōu)化。

2.2  加油加氫合建站

加油加氫合建站是目前合建站中數(shù)量最多的一種型式，重要原因是加油站在所有能源加注站中占據(jù)市場最大，在國內(nèi)僅中石化就有3萬多座。而且加油站的經(jīng)營效益相對可觀，“以油養(yǎng)氫、分擔(dān)風(fēng)險”模式成為很多立足于加氫站和氫能產(chǎn)業(yè)經(jīng)營者的短中期策略。 目前法國、荷蘭等多個國家相繼出臺燃油汽車退出市場時間表，見表2。我國海南省也出臺規(guī)定，在2030年將不再銷售燃油汽車，相關(guān)部門也逐步開始研究傳統(tǒng)燃油車退出市場課題，但是具體時間沒有確定，初步預(yù)測是在2045—2050年。因此加油加氫合建站可以借助加油站剩下的市場強(qiáng)勢期成功轉(zhuǎn)型綜合能源站和加氫站合建站。

表2  部分國家燃油汽車退出市場時間表 

燃油車禁售國家（地區(qū)）	發(fā)布時間	實(shí)施時間	禁售車型
荷蘭	2013	2025	傳統(tǒng)燃油汽車
美國加州地區(qū)	2015	2030	傳統(tǒng)燃油汽車
挪威	2016	2025	非電動汽車
德國	2016	2030	傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車
印度	2017	2030	傳統(tǒng)燃油汽車
法國	2017	2040	傳統(tǒng)燃油汽車
英國	2017	2040	傳統(tǒng)燃油汽車/油電混動汽車

（1）站內(nèi)布局

考慮到目前加油車依然占據(jù)主流用戶市場，加油車流量相比加氫車要多十幾倍，因此對加油加氫合建站的站內(nèi)布局顯得尤為重要，要確保加油車和加氫車在加注過程不存在相互影響。這其中存在兩個重要因素，一是加注時間的不匹配，一般加油車只需3~5min，而加氫車需要5~25min，特別是目前加氫車主要是大型貨車和客車車型，加注時間相對更長；二是卸油口和卸氣柱的位置，按照規(guī)范GB50156要求，在氫氣卸氣柱方向需要建設(shè)一個防火墻，會影響站內(nèi)車道的流通設(shè)計。因此加油加氫合建站如果安排不合理將導(dǎo)致加油汽車“堵”在站內(nèi)，增加安全隱患。 圖3左側(cè)是山東省某加氫加油合建站的實(shí)際布置示意圖，由于加油站區(qū)域的卸油口位置和加氫站區(qū)域的防火墻位置影響，站內(nèi)的加油和加氫車道是連通的，如果加氫站位置出現(xiàn)多輛大型車輛加注，加油車將很難進(jìn)出，車輛集聚會增加加氫站內(nèi)的風(fēng)險。該項目占地屬于平行于道路的狹長型，相對難布置，關(guān)鍵是調(diào)整卸油和卸氫的位置，錯開加油車和加氫車的流向。如果將該布局優(yōu)化之后（見圖3右）將不會出現(xiàn)上述情況，同時可減少站房占地，減少整體項目占地面積。

圖3  山東省某加氫加油合建站布局示意圖 （左圖為實(shí)際布局，右圖為優(yōu)化后布局）

（2）罩棚改造

目前加油加氫合建站大多數(shù)是在原有加油站運(yùn)營基礎(chǔ)上新增加氫機(jī)，或者充分利用原有加油機(jī)拆除改建為加氫機(jī)，減少土地征用。氫氣是極易擴(kuò)散且易爆炸氣體，其爆炸極限范圍在4.0%~75.6%（體積濃度），因此規(guī)范GB50156—2021中規(guī)定“氫氣設(shè)備上方的罩棚應(yīng)采用避免氫氣集聚的結(jié)構(gòu)形式”，主要設(shè)置自然通風(fēng)或者事故通風(fēng)。由于罩棚整體更換施工麻煩，因此可在加氫機(jī)頂部增加通風(fēng)流動口即可，同時在罩棚易出現(xiàn)聚集位置設(shè)置可燃?xì)怏w報警儀，聯(lián)鎖加氫機(jī)加注，如果氫氣濃度超過0.4%建議自動控制加氫機(jī)停止加注。若罩棚無法施工或是新增加氫機(jī)，可以將加氫機(jī)設(shè)置在原罩棚邊緣，針對加氫機(jī)增加敞開式罩棚，實(shí)現(xiàn)人員避雨等功能。

（3）其他方面

加油加氫合建站的管溝敷設(shè)嚴(yán)禁汽油管線和氫氣管線共同敷設(shè)，而且加油站宜采用中性砂填埋，而氫氣管線建議優(yōu)先采用蓋板式管溝，蓋板增加通風(fēng)口；按照規(guī)范氫氣管線雖然也可以采用中性砂填埋的方式，但是從安全運(yùn)營和后續(xù)維護(hù)的角度考慮采用可承重管溝通風(fēng)型更合理。 由于加油站逃逸的油氣密度遠(yuǎn)大于氫氣，為防止油氣流竄到加氫站區(qū)域發(fā)生集聚危險，建議加油站區(qū)域地面略低于加氫站區(qū)域地面。

2.3  LNG-液氫合建站

液氫加氫站目前在國內(nèi)尚未有建設(shè)運(yùn)營的案例，但是在美國、歐洲等氫能發(fā)展領(lǐng)先地區(qū)占有比例超過1/3。眾所周知采用液氫的最大優(yōu)勢在于運(yùn)輸和存儲密度高，可達(dá)到5.7%以上，滿足國際能源署（IEA）提出的“質(zhì)量儲氫密度大于5%”的要求。而且采用低溫槽車運(yùn)輸方式可解決高壓氣態(tài)氫氣運(yùn)輸500km以外運(yùn)輸成本高的問題。

（1）液氫氣體回收與處理

對于液氫加氫站氫氣是以-253℃的液態(tài)存儲，然后經(jīng)過柱塞泵和氣化器實(shí)現(xiàn)氣相加注，但是在液氫卸運(yùn)過程會產(chǎn)生大量的氫氣，而且漏熱的存在會導(dǎo)致儲罐有大量的BOG（氫氣蒸發(fā)氣）生成，因此液氫加氫站最難解決的就是BOG回收與處理。目前LNG接收站大型低溫儲罐的日蒸發(fā)率可達(dá)到0.04%~0.05%，而液氫由于根據(jù)存儲壓力和存儲容積不同，現(xiàn)階段液氫存儲的儲罐壓力一般在0.45~2.0MPa，日蒸發(fā)率基本在0.15%~1.0%，針對BOG的回收，提出兩種工藝優(yōu)化方案。

方案一是在站內(nèi)增設(shè)氫氣高壓壓縮機(jī)。通過增加氫氣高壓壓縮機(jī)（45MPa規(guī)格）將站內(nèi)的BOG直接壓縮至加氫車中，該方案適用于加注量較大的液氫加氫站，增加設(shè)備少，但是電耗會增加。

方案二是增加一個再冷凝器和一個低壓氫氣壓縮機(jī)，如圖4所示。低溫液氫通過泵增壓后處于過冷狀態(tài)，站內(nèi)的BOG通過低壓氫氣壓縮機(jī)增壓與過冷液氫在再冷凝器中混合，液氫將蒸發(fā)的氫氣進(jìn)一步吸收和液化?？紤]到氫氣存在仲氫和正氫轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，在再冷器的上部增設(shè)了轉(zhuǎn)化催化劑。該方案將蒸發(fā)氣液化后采用泵增壓，1kg液氫在相同情況下采用泵增壓至30MPa，耗電量不及方案一壓縮機(jī)增壓氣體總耗電量的1/10。另外，通過該方案可減少氫氣的放空量，對于二級液氫加氫站每年可節(jié)省2t以上的氫氣。

圖4  液氫加氫站氫氣蒸發(fā)氣回收和處理工藝流程簡圖 

（2）冷能利用

對于LNG-液氫加氫合建站均有低溫和氣化的相同特性，因此可以相互利用LNG和液氫冷量。目前的氫能源汽車不論是在液氫加氫站還是在普通高壓氣態(tài)加氫站，最后加注均為氣態(tài)。因此可以充分利用氫能的氣化冷量給LNG進(jìn)行保冷，降低LNG的蒸發(fā)，保冷方式可采用罐外換熱器或者罐體環(huán)形空間保冷。

2.4  加氣加氫合建站

由于新能源汽車的市場沖擊導(dǎo)致目前私家車和出租車改造燃?xì)馄嚨姆e極性減弱，加氣站的市場日益萎縮，因此如果在經(jīng)濟(jì)效益相對不好的加氣站基礎(chǔ)上改建為加氣加氫合建站，增加合建站的功能性，將會提高現(xiàn)有土地資源的價值，豐富能源加注。除了可實(shí)現(xiàn)加氫和加氣獨(dú)立加注功能，可增加天然氣混合摻氫加注功能，如圖5所示。

圖5  加氣加氫合建站天然氣混合摻氫加注流程

充分利用站內(nèi)氫氣和天然氣的資源，通過充裝氫氣濃度要求調(diào)節(jié)氫氣和天然氣的供給量。從技術(shù)角度分析不需要對加氣站進(jìn)行改動，主要分別增加氫氣和天然氣調(diào)節(jié)閥和計量器，采用在線色譜分析儀進(jìn)行自動控制。目前遼寧朝陽天然氣摻氫示范已經(jīng)安全運(yùn)行1 a，其摻氫比例在10%左右。目前按照相關(guān)規(guī)范和實(shí)驗要求天然氣中的摻氫比例一般在20%以下，能源的綜合利用效率能提升15%。 在利用原有的土地基礎(chǔ)上，建設(shè)多功能加氣加氫合建站是燃?xì)夤灸茉锤母锏闹匾较?，重新煥發(fā)氣能源的活力，而采用摻氫在一定程度上可解決季節(jié)性天然氣供應(yīng)不足的問題。

2.5  充電加氫合建站

在GB50156—2021中明確規(guī)定在合建站中可以建設(shè)充電功能區(qū)域，未來鋰電池和氫燃料電池將進(jìn)入競爭局面，但是關(guān)于充電樁的建設(shè)位置和安全間距一直存在爭議。在規(guī)范中要求“電動汽車充電設(shè)施應(yīng)布置在輔助服務(wù)區(qū)內(nèi)”，而輔助服務(wù)區(qū)是指加油加氣加氫站用地紅線范圍內(nèi)作業(yè)區(qū)以外的區(qū)域。關(guān)于如何布置電動汽車的充電樁，目前有兩種方案。

方案一是將充電樁按照常規(guī)設(shè)備布置。如果不考慮充電樁本身用電特點(diǎn)，按照規(guī)范放置在輔助服務(wù)區(qū)即可，在加油加氣加氫作業(yè)區(qū)設(shè)備爆炸危險區(qū)域邊界線外再加3m。以加氫站區(qū)域的加氫機(jī)和卸氣柱為例，內(nèi)部空間劃分為1區(qū)；據(jù)加氫機(jī)、卸氣柱外輪廓4.5m，并延至頂部以上4.5m空間，劃分為2區(qū)。因此按照輔助服務(wù)區(qū)的定義，只要充電樁在站內(nèi)工藝設(shè)備7.5m以外的輔助區(qū)建設(shè)即可。

方案二是將充電樁按照用電設(shè)備布置。如果將充電樁按照配電設(shè)備考慮，規(guī)范GB50156可將其劃分至“其他規(guī)格的室外變、配電站或變壓器按丙類物品生產(chǎn)廠房確定”，根據(jù)規(guī)范中規(guī)定距離危險設(shè)施的安全間距是15 m。

在實(shí)際設(shè)計中該如何選擇？從規(guī)范的制定角度來說按照方案一執(zhí)行是不存在問題的，但是充電區(qū)域依然是可發(fā)生危險的區(qū)域，如果站內(nèi)布置允許按照方案二執(zhí)行則更加合理。

2.6  “零碳排放”合建站

“零碳排放”合建站能夠?qū)崿F(xiàn)嗎？答案是肯定的，這其中最核心的因素就是電的“成分”，特別是“綠電”的組成。目前國內(nèi)已經(jīng)有油、氣、電、光、氫一體綜合能源站，但是由于合建站的占地面積較小，而且受光源的限制，光伏發(fā)電量很難滿足站內(nèi)電解水制氫、氫氣壓縮機(jī)等設(shè)備需求。 如果將來實(shí)現(xiàn)采用光伏或者核能發(fā)電，也就是可再生能源制備得到的“綠電”，再通過綠電進(jìn)行電解水制氫得到綠氫，利用“可再生能源→綠電→綠氫”路線充分解決充電和加氫問題，實(shí)現(xiàn)“鋰電池”和“氫燃料電池”、新能源汽車與氫燃料汽車共同發(fā)展的目標(biāo)，解決交通碳排放高的問題。  

3  注意事項

關(guān)于合建站還有其他幾點(diǎn)注意事項：

（1）根據(jù)規(guī)范GB50156—2021版，LPG站與加氫站、加氣站母站和加氫站禁止建設(shè)合建站，包括二級站、三級站。

（2）LNG管線不建議采用埋砂的管溝敷設(shè)方式，更是禁止與氫氣管線共同埋砂。

（3）煉廠、氯堿廠等副產(chǎn)氫氣提純充裝站不能和加氫站合建一站，主要從土地使用性質(zhì)和運(yùn)營安全多個角度考慮。

（4）在進(jìn)行加油站和加氣站改建合建站時，會出現(xiàn)站級提高的現(xiàn)象，而規(guī)范對不同站級有不同要求，因此改擴(kuò)建后出現(xiàn)合建站站級“升級”需要重新評估站址定位和站內(nèi)布局。  

4  建議

關(guān)于氫能產(chǎn)業(yè)的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范逐步完善，合建站標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施是現(xiàn)階段加氫站發(fā)展的有力支撐，特別是未來在高速服務(wù)區(qū)布局合建站，可簡化審批流程，縮短報批時間，同時降低綜合運(yùn)營成本，加速氫能示范推廣。然而合建站并不是簡單地將兩個站加起來，上述提到了加油加氫、加油加氣、L-CNG加氣加氫和LNG液氫合建站等多種型式的有機(jī)結(jié)合，可充分地利用到每個站的特點(diǎn)。希望本文可以為后來加氫站合建站的優(yōu)化建設(shè)提供參考。

（文章來源《現(xiàn)代化工》2022年第一期，作者：王江濤  如有侵權(quán) 請聯(lián)系刪除）