就像是電動車在市場打開之前,興建充電站是必須的前置作業,販賣氫能源車之前,同樣地,也要先蓋加氫站。因為使用者對無法補充能源的車輛會有里程焦慮,進而影響銷售。因此,著眼於推動氫能源,加氫站正是本次到韓國參訪的重點項目。

坊間有些消費者認為,當燃油車逐步減少之後,將加油站直接改成加氫站不就得了?!

現行的加油站在加油島的下方是巨大的油槽,由石油公司以油罐車將油運送到現場,儲放在地下油槽之中。當需要加油時,便以加油機進行操作,以泵浦將油料從油槽之中抽出,灌注到車輛的油箱之中。

加油站將油料儲放在地下儲油槽,並未進行加壓處理。

加氫站則不同。由於氫是自然界中最輕盈的氣體,密度極低,若是以氣體泵浦直接抽氣加壓,要將 Nexo 的 3 個氣瓶從低壓的狀態加壓至高壓的狀態,需要極長的時間,更不用提 Class 8 等級重卡的 7 個巨大氣瓶。

Nexo 的 3 個氫瓶可以裝載 5 公斤的氫體,在 0 度的正常氣壓環境下,體積達 56 立方公尺。
Hyundai Xcient FCEV 所使用的 7 個 350 巴氣瓶,可以裝載 31 公斤的氫,是 Nexo 的 6 倍。

不是運來就能用,還要先加壓跟冷卻

因此,加氫站的設計便是預先將製氫廠所運送過來的氫氣,進一步壓縮,並儲放在暫存氣槽之中。而當車輛要進行加氣時,加氣槍與車身的氣嘴連結,確認為管路密封之後,便會打開閥門,連通兩邊的氣槽與氣瓶,利用氣體自然的壓力平衡,讓暫存氣槽內的高壓氫氣,自動流到車身內的複合材料氣瓶,直到兩邊的壓力平衡,或是氣瓶內已經達到安全的上限後,系統自動關閉閥門,完成氫氣充填的工作。

加氫的過程就是加氫站儲氫槽與車端儲氫槽之間的自然壓力平衡
加氫槍的周邊有一圈的紅外線裝置,以讓車端與加氫機之間的電腦以紅外線進行通訊,避免了電氣訊號的接合。

所參訪的全州加氫站則是進一步採取多階段暫存氣槽的新式設計。Hyundai 表示,當車上系統提示燃料即將用完,車上氣瓶內的氫氣殘壓大約還有 100 巴的壓力,在連接系統進行加氫時,加氫站的系統會先連接 500 巴的暫存氣槽,以為車上的氣瓶補充氫氣;而當車上氣瓶的壓力達到 300 巴時,便會切換到 700 巴的氣槽進行第 2 階段加壓;當氣瓶壓力達到 500 巴之時,則以 1000 巴的氣槽進行最後的充填,直到氣瓶達到 700 巴的目標值為止。

全州加氫站所使用的 3 級式高壓儲氫系統,由上至下分別儲放 1,000 巴、700 巴以及 500 巴的高壓氫氣。

當然,若是加氫的車使用的是 350 巴的壓力標準,系統亦會自動在 350 巴時就關閉閥門。

Hyundai 表示,透過 3 階段壓力的充填方式,能更有效率地為車輛裝填氫氣,讓 Nexo 般的乘用車,加氫的時間縮短到 5 分鐘之內,與傳統的加油時間並無二致;而重型卡車與巴士的加氫亦能在 15 分鐘以內完成。

即便是公車、巴士及卡車的大型氣槽,亦能在 15 分鐘內完成。

由於加氫站運作原理與加油站截然不同,一個操作的對象是高壓氣體,一個操作的是液體,兩者管理的設置要求截然不同,傳統加油站的地下油槽也無法承受 700 巴高壓的使用,因此除了地塊的空間可以延用之外,加油站改為加氫站,基本上跟全新重建是一樣的。

即便是 LPG 液化石油氣的加氣站,其管路壓力僅為 30 巴,與加氫站需要的 1,000 巴壓力有極大差距,因此管路與設備的要求亦不同。

以氫氣槽車當成儲放,便於營運

在加氫站的設計中最令人意想不到的,是加氫站其實並不像加油站是有巨大的儲油槽般。雖然全州加氫站有 3 階段的暫存高壓氣槽,但氫氣最主要的儲放,並不是定著的固定式氣槽,而是直接在加氫站停放運輸氫氣用的氣槽拖車。以全州加氫站為例,現場預留了 2 輛 40 呎拖車的空間,直接讓氣槽拖車停放在現場,透過管路連結之後,便從運輸容器變成營業用儲氫槽;而首爾公車總站的加氫站,更預留停放 3 輛氣槽車的空間。而當氫氣販售一空之後,就從製氫廠再直接拖運氣槽拖車進行替換,便可以滿足連續營業需求,相當便利。

Hyundai 對於 Elec City Fuel Cell 的商品手冊中,建議的加氫站設備更預留了 4 輛氣槽車的停放空間。

不過,也因為需要保留氣槽拖車停放的空間,加上把運輸時 200 巴的氫氣分級加壓至 500 巴、700 巴、1000 巴,需要多套氣體壓縮系統,並需要額外的冷卻系統以排除壓縮時產生的熱量。因此加氫站的加壓設備空間佔地相當的大,設備亦較加油站貴上許多。以全州加氫站為例,整個建置的成本高達 60 億韓圜,相當於新臺幣 1.5 億元,是極為高價的投資。

全州加氫站的造價高達 60 億韓圜,相當於新臺幣 1.5 億元。
在加氫島旁的鋼構建築內,便是加氫站所需要的加壓及冷卻系統。

而在這裡所談到的,還僅止於使用者最常接觸到的加氫站。要有源源不絕的氫氣,就必須要有製氫廠持續供應氫氣,同時有氫氣的物流公司,將一車一車裝滿氫氣的氣槽拖車,來往拖運於製氣廠以及加氫站之間,並必須要有足夠多的氣槽拖車,以因應製氫廠補充、拖運以及加氫站停放等需求。相關的製氫設備、運輸設備,也都要有供應的上游廠商,以及定期檢驗、維護、修理的廠商,以確保所有設備,即便在 1000 巴的極高壓之下,都能正常運作,不會造成危險。

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現代正在增加製氫廠,以讓供氫網路覆蓋全韓國

Hyundai 表示,由於其製氫廠的位置在首爾近郊,距離首爾 200 公里的全州加氫站是其實際營運範圍的最南端,若運輸距離再增加,運輸的成本將會超過合理的範圍。由於全州市有加氫站,因此全州市內就有超過 2,000 輛的 Nexo 為市民所採購,做為日常的交通車輛。著眼於氫能的發展,Hyundai 已申請在全州設置製氫廠,以能就近提供氫氣,並能進一步把氫能源車的使用範圍,進一步向南擴大,讓全韓國都能進入氫能源車的使用範圍。

Hyundai 正在申請於全州設置製氫廠,將可以擴大氫氣供應網路,讓氫能源車更為普及。

氫能源車比汽油車更安全

由於氫是可燃氣體,許多消費者會因此聯想到失火、爆炸等安全議題,也讓氫能源車在推動上碰到不少的阻力。

消費者最常聯想到的電影畫面,是車輛在碰撞之後起火燃燒接著爆炸,因而對於載著高壓氫氣的氫能源車抱以不信任的態度。事實上,即便是傳統的燃油車,那也多是特效的畫面,實際上在碰撞之後,燃油車的確有失火的可能,但是並不會爆炸。

而氫能源車則是比燃油車更不容易發生火災。

首先,氫能源車的儲氣瓶,目前主流是以鋁合金瓶體外覆以碳纖維及克夫隆的複合編織樹脂膠合外殼,吸震耐撞不易破裂,即便有 700 巴的滿載壓力,亦均輕鬆通過嚴格的撞擊測試。其在結構上較現有燃油車的油箱來得安全。

目前氫能源車所使用的氣瓶均是複合材料製成,標準儲存壓力為 700 巴,並通過嚴格碰撞測試。

即便在極度極端的狀況之下,氣瓶出現裂痕,一如前述,氫氣的密度極低,加上氣瓶內的壓力極高,氫氣會因為高壓而快速噴出,並因為密度而快速上升,散逸於大氣之中。

燃油車之所以失火,往往是供油管路破損,大量的燃油在事故現場積累,碰上了運轉中引擎系統的高溫或是破損線路的火花,引燃積累的燃油,因而起火。不會積累的氫氣,在散逸之後,混合一般大氣,氫氣的濃度極低,將難以達成起火的條件,更諻論達成條件更為嚴苛的爆炸。

也有人對於高壓氣瓶即便完整,但若被鄰近車輛的火勢波及,內部壓力的大量提升,就會造成氣瓶的爆炸提出質疑。而事實上,氫燃料通過的所有管路,都有機械式的壓力控制閥門,當氣瓶若因為溫度過高而壓力增加時,便會透過壓力控制閥排出氣體,進行壓力的調整,因而可以避免受熱爆炸的狀況發生。

氫燃料電池車所有的管路均有洩壓、防燃、防撞擊的設計,以確保安全。

事實上,氫氣系統的安全性,已經經過多方面的反覆驗證,確認其安全性。國外更有團隊直接以槍械對儲氫氣瓶進行射擊,即便射穿之後,均無法將其點燃,更諻論讓其爆炸,其安全性是符合當代標準的。

當然,再多科學的證據,都無法對抗消費者因為不懂而帶來的惶恐與不信任。對此,韓國政府更使出釜底抽薪的妙招。在首爾汝矣島的國會大樓旁,直接設置了加氫站,以全國最高民意代表,為加氫站的安全做背書。

為取得民眾對氫能源的信任,韓國政府在國會大樓旁設置了加氫站,以政府官員與民意代表匯集,強化消費者的信心,消彌焦慮。

氫能源時代的來臨,除了政府政策的制定之外,能源補給相關上下游產業的就位,是落實的關鍵。透過韓國加氫站的介紹,讓大家對於加氫流程有更全面的理解,讓大家能進一步了解並擁抱氫能源時代的來臨。