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自“碳达峰碳中和”的目标提出以来，以可再生能源为中心的新能源产业加紧布局，为我国能源结构的转型升级助力。双碳目标催促我国新能源体系的加快构建，更催促了氢能企业加紧跑马圈地的步伐。
（来源：网络整理）
从制氢端到储运端再到应用端，氢能产业规模庞大且繁杂。作为最为清洁的二次能源，氢气虽然广泛存在于宇宙之中却只能通过制取才能获取。基于这一“难题”，氢能在发展过程中备受掣肘。
在加氢方面，国内加氢站建设已经走入“撸起袖子加油干”的阶段。根据各省市氢能产业发展专项规划，到2025年，我国加氢站数量将超700座。
统筹规划加氢网络坚持需求导向，统筹布局建设加氢站，有序推进加氢网络体系建设。坚持安全为先，节约集约利用土地资源，支持依法依规利用现有加油加气站的场地设施改扩建加氢站。探索站内制氢、储氢和加氢一体化的加氢站等新模式。
——《国家氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》
加氢站是重要的氢能基础设施，其建设情况对我国氢能产业的规模化发展起着至关重要的作用。然而，加氢站建成后难以投运、运营困难、“有站无车”的问题屡见不鲜。业内众多从业者均表示，尽管中国的加氢站建设数量最多，但仍然不够氢燃料电池汽车的需求，许多加氢站“站内无氢”，根本无法使用，使得建设方不仅花费高昂的建设成本，又几乎没有任何收入所得。
加氢站建设究竟有多难？成本与技术的双重压力何时能够破解？“有站无车”和“有车无站”的不平衡到底能否破解？本文重点关注固定式外供气氢加氢站，为各位读者详细解读加氢站的“破局之道”。
加氢站设备组成
加氢站建设有多种形式，按照储氢方式，可分为气氢加氢站和液氢加氢站，国内主要是气氢加氢站；按照建设方式，有固定式、撬装式和临时加氢站，国内主要是固定式加氢站。另外，为了减少运氢压力，部分加氢站还带有制氢系统，也就是制氢加氢一体站。
加氢站与现有较为成熟的压缩天然气(CNG)加气站相似，主要由制氢系统、压缩系统、储存系统、加注系统和控制系统等部分组成，其主要设备包括卸气柱（站外制氢加氢站）、压缩机、储氢罐、加氢机、管道、控制系统、氮气吹扫装置、放散装置以及安全监控装置等等。在这些设备中，氢气压缩机、高压储氢系统、加氢机和加氢站控制系统属于核心装备和系统。
加氢站通过外部供氢获得氢气后，在氢气压缩机的输送下进入高压储氢容器储存，最后通过加氢机为燃料电池汽车进行加注。在此过程中，加氢站的工艺控制系统起着至关重要的作用，决定了上述设备之间的协调工作以及氢气管路阀门的开关和切换。
氢气压缩机
压缩机作为加氢站内的核心设备，承担了氢气增压的重要作用。氢气压缩机目前占建设总成本的30%，是加氢站建设降低成本的关键。目前国内加氢站常用的氢气压缩机主要有隔膜式压缩机、液驱式压缩机和离子液压缩机等。其中隔膜式压缩机和液驱式压缩机主要应用于储氢压力不大于45MPa的加氢站，多个国内生产厂家的相关技术也已日趋成熟；离子液压缩机主要应用于储氢压力90MPa的加氢站，国内该压力等级的压缩机尚在研制过程中，目前主要还是依赖于进口。
氢气压缩机组成结构
由于氢气具有密度低、能量密度小的特点，氢气压缩机必须要具备承压大、流量大、安全和密封性好的特质，尽可能的追求较少的能源损耗，目前国内加氢站较多采用的是活塞式和隔膜式压缩机。
氢气压缩机对比分析（来源：氢能观察制表）
隔膜压缩机主要结构包括腔体、腔体板、膜片、膜片组。一个膜片组中包含三层金属膜片用以隔离气体和液体，分为工艺气体层、中间层和液压油层膜片，中间膜片开有凹槽 (从圆心到圆周)，一旦膜片发生破裂，用于传送气体或液体至泄漏检测系统。
由于金属膜片较薄，对气体杂质及其敏感，因此隔膜压缩机对工艺气体的要求很高，若要其正常无故障运行，工艺气体必须无任何固体颗粒杂质，且露点要低。对于隔膜压缩机而言，金属膜片的使用寿命直接关乎压缩机整体维修频率和使用寿命，鉴于隔膜压缩机易频繁启停的工作特点，一般隔膜压缩机不适合移动加氢站频繁启停工作工况。
液压驱动无油氢气往复活塞压缩机(也称为高纯无油增压器氢气压缩机)是采用大活塞驱动小活塞的方式，按照大活塞与小活塞的面积比将驱动压力同比例放大，将被增压介质增压。
液驱压缩机的制造技术壁垒较高，对于国内企业而言仍有较大突破空间，据了解，国内目前还没有能够独立生产液驱压缩机的企业，但已有部分企业开始尝试，未来或有成果出现。
离子液体压缩机是采用一种近零蒸汽压的液体作为工质和润滑介质，实现氢气的无污染压缩。离子液体压缩机可以通过设置多级气缸，实现合理的压缩比和较宽的压缩范围。液压驱动也提高了系统的整体安全性，并且整个压缩系统的压缩效率比传统压缩机提高约 25%。
由于制造标准与国内不同，引进手续较为复杂，国内应用离子压缩机的加氢站较少。尽管离子压缩机优势较高，但其高昂的成本价格也很难应用在目前的加氢站建设之中。
高压储氢系统
在加氢站内配备高压大容量的固定式储氢装置，可以实现在短时间内给车辆加满氢气。另外，储氢瓶组作为缓冲装置还可以避免压缩机的频繁启动，优化氢气加气站的操作。加氢站储氢装置的储氢压力、储氢容积以及分级压力等是其主要技术指标。为了满足35MPa 和70MPa 车载储氢瓶的压力要求，加氢站的高压储氢装置压力通常分别为 45MPa 和 87.5MPa。
高压储氢装置的设计除了要考虑材料的强度以满足使用需要和安全需要外，还需要考虑材料疲劳性能和抗氢脆能力。
我国常用的站用固定式储氢容器分为两种结构形式，分别为单层储氢压力容器（包括大容积无缝储氢容器、单层整体锻造式储氢压力容器等）和多层储氢压力容器（包括钢带错绕式储氢容器、层板包扎储氢压力容器等），其中钢质无缝储氢容器有两种类型：固定式（例如加氢站储氢罐）和移动式（例如氢气长管拖车气瓶）。
钢质无缝储氢容器依据美国机械工程师协会锅炉压力容器规范建造，其无缝钢管经过两端锻造收口而成，属于整体无焊缝结构。钢质无缝容器发展时间较长，气瓶的生产线设备技术十分成熟，有着成本低、交货快的优点。
钢带错绕式压力容器首创于1964年，其容器结构完全由我国自主研发完成，主要产品包括高压空气储罐、高压氦气储罐和高压氢气储罐等。经过近60年的研究与验证，我国已有扎实的理论基础和丰富的实践经验。郑津洋等以传统钢带错绕式压力容器为基础，在主体结构不变的条件下（扁平钢带倾角错绕式容器结构），提出了一种多功能全多层高压储氢容器。
加氢机
加氢机是燃料电池汽车加注氢燃料的核心设备，加氢机上配备有加氢枪、温度与压力传感器、环境温度传感器、计量装置、加注控制器、软管等。若加氢机-燃料电池汽车实现通信功能，则加氢枪还需配备红外数据接收模块。
加氢机系统组成示意图
加氢机是连接加氢站和氢燃料电池汽车的重要设备，其基本功能是安全加氢和精确计量功能，即在保障对车载储氢瓶进行安全加注氢气的同时，要准确显示加氢量、金额等。同时，一般还具有防雷、防静电等安全保护的功能，最重要的是紧急拉断、防止过充的压力-温度补偿系统等安全功能。
加氢机目前主要有 35MPa 与70MPa 两种，主要技术要求是做到加注过程不超温、不超压，同时时间尽可能短。
国家标准化管理委员会于2014年首次发布了GB/T 31138-2014《汽车用压缩氢气加气机》国家标准，为加氢机设备的制造、检测和应用提供支撑。
近年来，随着我国氢能产业的快速发展，加氢机的性能要求、控制方法等都有了新的要求。
2020年，国家标准化管理委员会下达了GB/T 31138-2014《汽车用压缩氢气加气机》的修订计划，全国氢能标准化技术委员会组织相关单位于2021年底完成标准技术内容的修订和审查工作。为适应产业发展需要，与GB 50516、GB50156等标准协调一致，标准名称修改为《加氢机》。GB/T 31138-2022《加氢机》于2022年10月12日发布并实施，规定了加氢机的技术要求、试验方法、标志、包装、运输和贮存、安装、维护的要求，适用于氢能汽车加氢设施用公称工作压力不大于70MPa的加氢机，氢能船舶、有轨电车、飞行器、工程车辆、发电装置等的加氢设施也可参照本文件。
加氢站“卡”在哪
截至今年4月份，我国已建成加氢站数量超过350座，约占全球总数的40%，位居世界第一。
尽管我国加氢站建设数量众多，但是在地广人稠的基本国情之下，加氢站仍然难逃“不够用”、“用不了”的迷之厄运。加氢站的设备组成较多，成本较高，另外安全维护费用也并不低，能否让加氢站真正实现顺利稳定运营还是业内一大挑战。
第一，加氢站设备技术与成本双高。加氢站建设成本居高不下且成本降低空间不高的问题需要业内重视起来。据测算，一座加氢站的建设成本至少需要200万美元（加上建筑施工、设计维护、管理等费用），折合人民币核算大概1500万元左右，若是日加氢能力在1000公斤，并且为70Mpa的加氢系统，大概将会达到2000万元。其中，氢气压缩机占加氢站整体成本的30%左右。从我国目前氢气压缩机市场的情况来看，国内氢气压缩机企业仍需努力。
第二，加氢站建设审批政策需要松绑。今年上半年，广东、河北省相继发布加氢站最新管理办法，明确氢气不再被列为危化品，加氢站可建设在非化工园区等地。加氢站建设审批流程严苛是阻碍加氢站建设的一大“门槛”，我国目前绝大多数地区仍未放宽对加氢站建设以及加氢站土地审批流程的政策。对于一二线城市而言，加氢站等氢能基础设施是否完善是氢燃料电池汽车能否规模化应用的重要前提，然而多数地区在加氢站建设效率上仍是困难重重。鉴于此，油氢合建站或综合能源站开始崭露头角，在现有加油站或加气站的基础上增加加氢供应设施，既保证站内运营正常，又可以实现加氢。
第三，加氢站供氢需求难以保障。“一步一个坎”，加氢站建成后能否正常运营是目前加氢站供应商或运营商的一大主要问题。一方面，多数加氢站均为外供加氢站，需要长管拖车运氢到加氢站后进入储氢系统，当有加氢需求时再进行加注。然而，众多加氢站都面临着供氢不足、储氢不足的问题。运氢不及时、没有供氢来源直接导致加氢站供氢需求无法得到保障。另一方面，部分城市虽然有建设一到两座加氢站，但氢燃料电池汽车较少，即便有充足的氢气供应，但“几天才加一次氢”的问题也屡见不鲜。“先有蛋还是先有鸡”的争论成为加氢站与氢燃料电池汽车之间的主要矛盾，不少城市将加氢站建在高速服务区，对于城市中的氢车而言，加氢无疑也是一项挑战。
从我国目前氢能基础设施建设情况来看，加氢站建设正日益提上日程。河北省已将加氢站建设纳入地方建设指标，北京、上海、广东等长三角地区也在积极给予加氢站建设和运营补贴，氢能产业发展已有壮大之势。进入今年，氢能产业上游制氢端已开始加紧开工，新疆库车光伏制氢项目、三峡纳日松制氢项目均已有重大进展。氢能头部企业在下游应用端也动作不断，车企开始布局中国氢能业务、大佬跨界氢能打造多方位氢能应用场景。在此基础上，氢能储运端也将发挥承上启下的良好作用，加氢站“卡脖子”难题也在各方协同推动下逐步被解决。
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