当前氢能产业已经进入快速发展阶段,全球氢气产量超过,中国氢气产能也超过。但由于氢气体积能量密度极低且液化困难,其运输成本远远超过石油及天然气等传统燃料,达到交货成本的6%左右。而且随着规模经济与技术进步导致的制氢成本下降,运输成本的比重还会不断增加。因此对现有氢气输送方案的技术经济特征进行分析,构建经济高效的氢气储运及配送基础设施,是氢能产业发展必须解决的重大问题。一、现有氢气运输技术及其特性目前国内外的氢气运输技术可以分为高压气态、液态、有机载体(LOHC)及固态储氢运输等四类。其中高压气态运输由于技术实现简单及成本低等特征,而液态运输次之。有机载体(LOHC)与固态运输原理相似,均利用氢气与有机液体或固态金属反应生成氢键复合物或金属氢化物,在目的地进行脱氢处理,从而实现高效运输。后两种技术优势明显,前景可期,但目前成熟度不高。表1氢气运输方案概况图片来源:玖牛研究院根据公开资料整理(一)高压气态运输高压气态运输,是指采用压缩机将氢气在常温下压缩至较高要求和密度,采用密封容器或管道运输至目的地再进行调压的技术方案。具体输送工具有集装格、集装管束及管道运输等三种。 储氢可分为压气态储氢、温液态储氢、有机液态储氢、固态储氢。山东氢气运输和储存
当加氢站数量少时,运输成本可高达·kg-1。随着加氢站数量的增加和加氢站规模的增大,成本逐渐降低。但是在加氢站数量较少时,成本在下降过程中出现波动,这与长管拖车利用效率有关,例如当加氢站规模750kg·d-1时,长管拖车处于高负荷工作状态,但当规模增加到900kg·d-1时,由于需要增加管束,降低长管拖车总体负荷强度,利用率降低,所以运输成本上升。当加氢站网络的数量达到8个后,运输成本逐渐稳定在·kg-1。图2是液氢的运输成本。可看到,随着加氢站数量和规模的增加,液氢的运输成本快速降低。液氢槽车运输氢气的比较低成本为·kg-1,将近为长管拖车的1/6。图3是氢气通过管道运输的运输成本,管道的运输距离也为50km。可看到,氢气的运输成本随每个加氢站规模的增加而迅速减少,但是三条曲线基本重叠,说明加氢站数量的增加并不减少氢气运输成本,其原因是增加加氢站需要另外铺设氢气管道。 湖南氢气运输哪家便宜国内传统石化能源企业纷纷布局氢能业务。
20世纪60年代,氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后,随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术,很快,氢燃料电池就被运用于发电和汽车。大型电站,无论是水电、火电或核电,都是把发出的电送往电网,由电网输送给用户。但由于各用电户的负荷不同,电网有时呈现为高峰,有时则呈现为低谷,这就会导致停电或电压不稳。另外,传统的火力发电站的燃烧能量大约有70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上,燃烧时还会消耗大量的能源和排放大量的有害物质。而使用氢燃料电池发电,是将燃料的化学能直接转换为电能,不需要进行燃烧,能量转换率可达60%~80%,而且污染少、噪音小,装置可大可小,非常灵活。氢的化学特性活跃,它可同许多金属或合金化合。某些金属或合金吸收氢之后,形成一种金属氢化物,其中有些金属氢化物的氢含量很高,甚至高于液氢的密度,而且该金属氢化物在一定温度条件下会分解,并把所吸收的氢释放出来,这就构成了一种良好的贮氢材料。
在氢能全产业链中,氢的储运是制约我国氢能和燃料电池产业发展的关键环节,因为氢气特殊的物理、化学性能,使得它储运难度大、成本较高。关于氢气的储运问题,业内一直在研讨之中。目前的技术条件下,不同的运氢方式均有一定程度的危险性。高压运输方式具有易爆的危险性,液氢运输方式在热量丢失后,会气化使容器内压力越来越高,形成易爆的危险特征、管道运输的输氢管长期处于高压下,易产生氢脆现象,使管道断裂产生泄露。高压气态储氢高压气态储氢存在一定的危险性,但能通过适当的方式降低风险。在高压运输方式中,目前美国已出台了相应的标准设计,如长管拖车需符合DOT-3AA/3AAX压缩气体运输标准,使其安全系数达到、出台的E-8009标准,限定了储氢材料的钢材成分以及可承受的压力等;我国上海则通过控制运氢外部温度和时间段来提高运氢的安全性,如当户外气温大于30℃,能在夜间运输。高压气体运输方式存在一定的危险性,但能通过适当的方式降低风险氢气是一种极易燃烧,无色透明、无臭无味且难溶于水的气体。
随着燃料电池汽车产业的发展,其上游氢能产业也得到了迅速的发展,但氢能产业目前还面临着生产、运输和供氢基础设施缺乏等问题,其中氢气的运输在整个氢能供应链的经济、能耗性能中占有很大比重。加氢站按制氢地点可分为外供氢加氢站和站内制氢加氢站,而对于外供氢加氢站,氢气的运输是重要的一环,目前主要有高压气体运输、液态氢气运输和管道运输等方式。高压氢气运输以长管拖车为主:高压氢气运输分为集装格和长管拖车两类,其中,集装格由多个40L的、压力为15Mpa的高压储氢钢瓶组成,运输较为灵活,适用于需求量小的加氢站;长管拖车结构为车头部分和拖车部分,前者提供动力,后者主要提供存储空间,由9个压力为20Mpa、长约10m的高压储氢钢瓶组成,可充装约3500Nm³氢气,且拖车在到达加氢站后车头和拖车可分离,运输技术成熟、规范较完善,国内的加氢站目前多采用此类方式运输。液态储氢及储氢材料储氢方式在储氢密度、储氢量、安全性方面都于压气态储氢。河南国内氢气运输郑重承诺
管道运输可以长距离运输大量氢气,在工业领域特别有利。山东氢气运输和储存
运输成本通过建立加氢站氢气运输成本模型进行分析,结果表明上海大规模氢气运输的长管拖车运输成本为·kg-1,液氢运输成本为·kg-1,管道运输成本为6元·kg-1。氢气液化能耗占自身低热值30%以上,约为压缩能耗的3倍左右,但气态氢气运输能耗高于液氢运输能耗。运输中尽管存在如高压、液氢蒸发以及氢脆等安全风险,但都可通过设计、规范等措施避免。根据分析结果,对于上海近期千辆级规模燃料电池汽车的发展计划,长管拖车输送氢气是方案。为促进燃料电池汽车的发展,上海必须建立与之发展相适应的氢基础设施(加氢站)。加氢站按制氢地点可分为外供氢加氢站和站内制氢加氢站,而对于外供氢加氢站,氢气的运输是重要的一环。氢气的运输方式是多样的,且每种运输方式的应用场合、成熟程度、使用成本等都不相同,因此需要进行比较,根据实际情况研究合理的运输方式,以有效促进上海氢基础设施的发展。氢气运输方式,按照输送时氢气所处状态的不同,氢气的运输方式可分为:气态氢气(GH2)输送、液态氢气(LH2)输送和固态氢气(SH2)输送。前两者将氢气加压或液化后再利用交通工具运输,是目前加氢站正在使用的方式。固态氢气输送通过金属氢化物进行输送,迄今尚未有固态氢气输送方式。 山东氢气运输和储存