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揭秘加氢站建设成本
作者:官方 来源:氢能观察 所属栏目:行业知识 发布时间:2021-05-07 17:39
[ 导读 ]现在,国内国外对加氢站的投资都处在比较活跃的情况,但加氢站投资的主要难题是搭建成本费用较大。加氢站的搭建和运作成本费也因...

现在,国内国外对加氢站的投资都处在比较活跃的情况,但加氢站投资的主要难题是搭建成本费用较大。加氢站的搭建和运作成本费也因技术方案的不同而不同。对加氢站的建设成本进行了详细的分析比较。

加氢站主要是包含制氢系统(仅适用于具有内制氢能力的加氢站)、纯化系统(内制氢加氢站中用于纯化站内制备的氢气,以达到使用标准)、压缩系统、储氢系统、加氢系统、安全监控、电气设备及其他机械设备(包括管道、配件、阀门等)。

外供氢式高压氢气加氢站的搭建成本费用最少

对比了外供氢式高压氢气加氢站、外供液氢加氢站及其内制氢加氢站的总修建成本费用。

为了比较不同类型加氢站的建设成本,我们以2015财年,加州三种不同类型加氢站的建设成本为例进行分析。

外供氢式高压氢气加氢站工程预算

以日供氢量180kg/d、储氢量250kg的外供氢高压氢气加氢站为分析对象。其氢气输送方式为组装式管束拖车运输,加氢压力分别为35MPa和70MPa。

当加氢压力达到70MPa时,需要增加冷却系统对加氢过程中的氢气进行预冷,以防止加氢过程中氢气温度过高造成安全事故。

根据加州能源局的数据,安装这种加氢站的相关费用约为160万美元。考虑到调试费用、工程设计费用、管理费用、建筑费用和调试前的其他费用,总费用将超过200万美元。

 

如果生产规模增加到100套/年,加氢站建设成本较2015年可降低40%左右。

未来,随着设备生产规模的扩大,规模经济将产生重大影响。压缩系统、储氢系统和加氢系统的成本将显著降低,外供氢高压加氢站的总成本将有很大的降低空间。

外供液氢加氢站建设费用

对日供氢量350kg/d,氢化压力35MPa和70MPa两种加氢压力的外部液氢加氢站进行了造价分析。

与外置高压加氢站相比,外置液氢加氢站在运输前需要消耗能量将氢的温度降低到- 253℃,并以液氢的形式运输。

加氢站需要增加储氢罐和冷却系统以保证加氢站的正常运行,这就使用了很大的面积,因此液氢加氢站的建设成本费用要大于高压氢气加氢站。

加州能源局研究数据显示,外供液氢加氢站建成所需的与设备相关的费用约为193万美元(高于外供氢高压氢气加氢站的160万美元),考虑成本的投入使用之前,需要调试,工程设计成本、管理成本、施工成本等成本,总成本约280万美元。

站内电解水制氢加氢站的造价分析

美国加州加氢站采用现场电解水生产氢气。该加氢站日供氢能力130kg/d,加氢压力35MPa、70MPa两种。加氢站的建设成本分析如下。

由于该站的制氢能力,相对于外供氢加氢站,节省了从制氢厂向加氢站运输氢气的运输成本。

得益于其模块化设计,电解水制氢系统中的所有设备都可以安装在20到40英尺的国际标准容器中,英国氢技术公司和能源ITMPower,加拿大(HTEC)公司和美国HyGenIndustries等企业提供这种集装箱式水电解制氢系统。

本部分对外供氢加氢站的分析并没有考虑到组装式管束拖车的生产制造/使用成本费、氢运输成本等,只对加氢站的建设投资成本进行了分析和比较。

根据加州能源局的数据,HyGen电解水制氢加氢站的总建设成本超过320万美元,远远超过外供氢高压氢加氢站(200万美元)和液态加氢站(280万美元)。电解水加氢装置耗资约131万元。

通常情况下,目前外供氢高压氢气加氢站的修建成本费用最少,伴随着生产规模的加大,成本将显著降低。进一步考虑氢的生产和运输成本,氢的使用成本将会增加。

压、储、加系统的成本、规模经济效益显著

目前,我国主要以外供氢高压氢气加氢站为主。因此,在本节中,我们分析了外供氢高压氢加氢站最重要的三个系统——压缩、储氢和加氢系统的建设成本。

根据Ahmadmayyas等人的研究,直接成本可以分为系统核心部件成本和辅助设备成本(Balanceof system,BOS)进行分析。主要包括设备/建筑成本、材料成本、废料成本、工人工资成本、生产能耗、设备和厂房维护成本以及与设备生产相关的资本成本。

另外,考虑到系统建设产生的装配成本,可以得到加氢站生产和建设相应系统所需的成本。

随着生产规模的扩大,压缩系统的成本大大降低

假如加氢站压缩系统选用活塞式压缩机,直接成本包含压缩机外壳及内部结构加工生产制造有关系统核心部件的成本费用,以及电机、控制单元和管道系统相关的辅助设备的成本。

按照Ahmadmayyas等人的研究,根据对比压缩系统的建设成本费与生产规模的联系,我们发现:

(1)随着生产规模的增加,压缩系统核心部件的直接生产成本将大大降低。当生产规模从10套/年增加到100套/年时,核心部件的直接生产成本将降低约82%;

(2)核心部件直接生产成本下降的主要原因是随着生产规模的增加,各压缩系统的平均资金成本和设备/建设成本显著降低;

(3)辅助设备成本随生产规模的增加变化不大。系统控制单元价格最高,占辅助设备成本的58%。高精度控制单元的成本约为1.3万美元。

(4)考虑到压缩系统直接成本和装配成本的总成本随着生产规模的增加而降低,生产规模从10套/年增加到100套/年,总成本降低了56%左右。

预测在未来,压缩系统的成本降低空间将会更大。

随着生产规模的增加,辅助设备成本在总成本中所占的比重将超过直接成本。随着未来需求的增加,用于不同参数的压缩系统的阀组、接头、传感器等辅助部件在制造模式中将趋向于更加标准化和集成化。

届时辅助设备的成本将会大幅降低,这使得压缩系统未来的成本将有很大的降低空间。

随着生产规模的扩大,储氢系统的成本下降幅度有限

储氢系统的成本分析分为储氢瓶直接成本和辅助设备成本两部分。假设加氢站采用Ⅰ型储氢瓶,储氢压力为38MPa时容量为30kg。

按照Ahmadmayyas等人的科学研究,更进一步深入分析发觉:

(1)材料成本是储氢系统成本的主要部分,其次是人工成本;

(2)由于材料成本是成本的主要组成部分,且随生产规模变化不大,因此储氢系统成本随生产规模的增加略有下降;

(3) 当生产规模从100套/年增加到1000套/年时,直接生产和建设储氢系统的成本将降低8.5%。

加氢系统的成本随着生产规模的扩大而降低

对于加氢系统的成本分析,我们考虑两种情况:

(1)只有35MPa加注口的加氢机;

(2)同时用35Mpa和70Mpa两种加注口的加氢机。

加氢系统相关部件可直接采购组装,成本可分为设备成本和人工成本。

在已有加气站加气系统的建设经验基础上,加氢系统中的相关部件现已形成了较为标准化的生产制造,包括加氢机外壳、相关阀门组件、流量计、压力计、加氢枪、控制及显示面板、相关按键等。

根据Ahmadmayyas等人的说法:

(1)最重要的设备成本是阀门和计量仪表,占设备成本的60%左右。用于监测压力和氢气泄漏的传感器也是加氢系统成本的重要组成部分;

(2) 加氢枪组件成本在H35/H70加氢系统中的占比高于在H35单加注口加氢系统成本中的占比。这是由于70MPa加氢枪组件的成本高于35MPa,以及有能力制造成熟产品的供应商较少;

(3) H35单一加注口加氢系统设备成本约为35048美元,H35/H70双加注口加氢系统设备成本约为67595美元。

(4)加氢系统成本随生产规模的增加而降低。

35MPa/70MPa双加注口加氢系统的总成本约为35MPa单加注口加氢系统的两倍。

随着生产规模从10套/年增加到500套/年,加氢系统总成本可降低30%-35%。

我国加氢站的建设成本与其他国家相比有明显的优势

为了分析我国在加氢站建设成本方面的国际竞争力,我们将加氢站压缩、储氢和加氢三大系统的建设成本与美国、日本、德国等国家的建设成本进行了比较。

不同国家压缩机系统建设成本比较:

(1)我国压缩系统建设的直接成本和装配成本在世界上具有明显优势,明显低于氢能利用较为广泛的美国、日本、德国等国家。

(2)考虑压缩机制造企业的加权平均资金成本要求后,我国压缩机建设成本的优势有所降低,但仍低于其他发达国家;

(3)我国加氢站压缩系统建设成本低的优势在于劳动力成本和设备/建设成本低。

不同国家储氢系统建设成本比较:

(1)如果只考虑系统的直接成本,我国加氢站储氢系统的建设成本仍低于其他国家;

(2)综合考虑企业资本要求的加权平均成本,美国、加拿大、墨西哥的储氢系统总成本会低于中国;

(3)我国加氢站储氢系统的建设成本优势仍来自于中国低廉的劳动力成本。

不同国家加氢系统建设成本比较:

同样,对于加氢站加氢系统建设成本来说,我国的建设成本设备成本及人工费用低于其他国家,而较高的公司加权平均资本成本标准促使中国加氢站建设的总成本优势降低。



总的来说,我国由于劳动力成本和建设成本较低,在加氢站关键系统的建设成本上比其他国家有一定的优势。

但是,降低成本的关键在于扩大生产规模和进一步发展技术。加快氢能利用产业的发展,形成完整的商业产业链和标准化组件是当务之急。


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