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换氢模式有利于解决加氢站设施投建难审批难、初期投资及运营成本高、周转效率低、加氢成本高等行业痛点问题,从市场推广来看,换氢模式目前主要由杰宁科技在推动。
换氢基本流程:储氢瓶组在母站完成集中充装,由长板拖车配送至换氢站;随后,换氢站通过自动化换装设备,将换氢重卡上待更换瓶组整体卸下,并装入满氢瓶组,车辆完成换氢后即可继续投入运营。卸下的瓶组经长板拖车辆送回母站,重新充装进入下一轮循环。
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换氢重卡运营体系初步成型
根据香橙会研究院调研,加氢母站选址最好靠近氢源,与制氢厂一体,建设规模取决于周边服务车辆数量和耗氢量;母站到换氢站的距离宜控制在150公里内,超出为保证周转顺利则需更多板车周转,运输成本过高,运营经济性降低。
1个板车通常装9-11个瓶组,板车长度13.75米。瓶子越大,板车装的瓶组越少。理想状态下,一辆板车换到一半时,下一辆已到站等候;前车换完即走,后车立刻补位,周转效率最高。
换氢站的储氢瓶组由运输距离、周转效率决定,运输距离越远,要实现稳定循环,需要储备的瓶组越多。
以50公里运输、50台换氢重卡为例:通常3个板车即可满足需求,分别处于母站充装、换氢站换氢、途中运输状态。50台重卡需额外配30个瓶组,合计80个瓶组,车瓶比不足1:2。若采用集中式换氢、非随机模式换氢,瓶组数量还可进一步减少。
常规换氢站换氢时间3-5分钟,按8小时算,最大可服务80台车,可消纳近2.5吨的氢气;换氢站底托可兼容多种型号的瓶组;储氢瓶定检、年检由换氢站负责。而1吨的撬装站,一天只能服务20台车,效率慢。
换氢站目前分为固定式、地轨式、移动式,目前固定式和地轨式已经应用,成套设备价格约300万左右,较普通加氢站设备降低60%;移动式已完成研发设计工作。
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固定式换氢站换氢效率最高,3分钟左右换一台车,固定式三通道换氢站可服务96台车/8h,地轨式换氢站具备一定可移动性,移动一般需要2-3天时间,一般设计服务50台车/8h;移动式换氢站,仅需要10-15分钟便可完成整站布局,但受制于载具一次只能更换6个瓶组。
目前投入运营的换氢重卡,车辆和储氢瓶组捆绑销售,还没有实现车瓶分离、氢瓶租赁的模式(相关法规和监管体系尚未打通),其价格与同规格的普通氢能重卡基本持平。
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宁东换氢重卡实际运营可实现盈亏平衡
根据香橙会研究院调研,宁夏宁东能源化工基地换氢重卡项目由杰宁科技作为链主牵头,与国家能源集团合作统筹换氢站、换氢重卡、运力搭建运营场景,车辆购买方、运营方为氢力鸿运物流公司,日常主要进行宁东基地周边火车站、发电厂、煤炭厂之间短倒煤炭运输。
线路于 2024 月投入运营 90 辆由北奔重汽与海格汽车产制造的 49 吨换氢重卡,车辆使用寿命为 5 年或 20 万公里,车辆与瓶组绑定购买,配套清能股份燃料电池系统,杰宁科技 210L*8 的储氢瓶,储氢瓶使用寿命为 15 年,车辆享受示范城市群政策补贴。该批 49 吨氢能重卡每天单程运输 10-20 公里,日运营80-100 公里。
换氢站为国能宁东枣泉加氢站,该站是一个在传统加氢站(加注量 1000kg/日)基础上增设换氢能力的综合补能站点,由国家能源集团投资,杰宁科技提供换氢设备提供技术方案与装备,核定日换氢能力 5000kg/天,为固定式换氢站,氢气来源于距离该站点 220 公里的制氢厂生产的工业副产氢气。
换氢站换氢价格为 30 元/kg,氢气运输成本约 7-8 元/kg,相比 20Mpa 长管拖车相同距离氢气运输成本约 14 元/kg。每天有约 10 台车去换氢,单台车换氢时间 3-5 分钟,车辆通常在下午 2、3 点集中换氢,此时换氢站确保有约 11 个满氢的储氢瓶组,在下午 3、4 点的时候会换一批储氢瓶组,一定程度降低了瓶组流转的成本,目前仅配置一台换氢板车就可以维持日常运营,换氢站整体运营压力较小。
从运营成效来看,在不算补贴情况下,运营营收扣除燃料费用、人工成本、车辆损耗等后,基本可以达到盈亏平衡。
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换氢站终端氢价较加氢站便宜5元/kg
根据香橙会研究院调研,在150公里内,氢源价格一致情况下,通过换氢的模式氢气终端加注价格比普通加氢站优惠5元/kg,这是由换氢模式本身带来的降本实现,实际操作中单站每日消纳量更多,也可助力于和氢源方谈判以获得更低的氢气价格。
假设车辆运行按照350公里/天,一年300天,按6年达到70万公里作为寿命(49t重卡报废年限为15年或70万公里引导报废),当前49吨氢能重卡的价格约80万元,按照10kg/百公里氢耗,氢价30元/kg;换氢重卡氢价每公斤节省5元,按照25元/kg测算,对应全年燃料支出可减少约5.3万元,全生命周期节省约35万元。无补贴下,普通氢能重卡TCO约为386.3万元,换氢重卡约为351.3万元,柴油重卡约为354.7万元。
表 1 : 49t 重卡全生命周期 TCO 对比
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换氢标准方面,国内已形成内蒙古团标、广东团标、上海地标的先行体系,国家标准正在制定过程中。
表 2 : 国内 换氢 相关 标准 情况
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目前换氢处于示范运营和早期商业化验证阶段,部分项目已开始应用,正在开展深度沙盒测试,规模化推广仍需要更多场景支持验证。
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香橙会研究院以推动氢能商业化为使命,是中国最早从事氢燃料电池行业研究的专业机构。经过多年积累,发展出了香橙会氢能数据库。以数据库为依托,提供氢能数据、媒体、智库、投行、论坛、展会服务。
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