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。 氢气的储运方式当前,氢气产品的商业化储存方式主要是气态储氢,液氢只能用于行业。江苏专业氢气运输
液氢运输液氢运输安装卸压阀调节内部压力,无明火状态不构成危险。由于液氢运输的储氢装置不能完全的隔热,会造成液氢蒸发使装置内压力变大,但可在装置上安装卸压阀,调节装置内部压力,且氢气排出后扩散迅速。在户外无明火状态不会构成危险。管道运输管道运输的输氢管材料选用铝制复合材料,防止氢脆发生。管道使用的度钢如锰钢、镍钢等,若长期处于高压氢气的环境下,内部分子易受氢气分子入侵,使强度变低,但铝结构受此类影响较小,可采用铝制合金作为内层材料,降低氢脆现象。运氢成本计算在当前氢能源发展的现实情况下,氢气的运输需要基于考虑运输过程的能量效率、氢的运输量、运输过程氢的损耗和运输里程。在用量小、用户分散的情况下,气氢通常通过储氢容器装在车、船等运输工具上进行输送,,液氢运输多用车船等运输工具,氢气用量大时一般采用管道输送。河南附近哪里有氢气运输批发价液态氢的运输得到回报,每日运输量为10吨,运输距离超过200公里时,液态氢的运输相当有优势。
氢气压缩的部分能量在加氢站内还可以加以回收利用,比如利用长管拖车与储氢罐的压差为储氢罐自然充气。但是氢气液化的能量在固定储氢容器和液氢运输管网上无法利用,被白白浪费。在运输距离为500km时,运输压力为20MPa的氢气消耗30%的车载能量,而运输液氢消耗4%左右的车载能量,因此,长距离宜采用液氢运输。氢气运输安全性对于长管拖车,主要的危险特征是高压。美国的长管拖车根据DOT一3AA/3AAX压缩气体运输标准设计,安全系数达到;很多厂家生产的长管拖车还符合美国E-8009特殊标准,采取限定气瓶操作压力和限制钢种和控制杂质含量等措施,提高气瓶运输安全。从运输压力上来说,长管拖车运输压力一般不超过20MPa,且都装有卸压阀,充分保证运输的安全性。从法规上说,上海危险气体运输法规规定在气温大于30℃时,能在夜间运输,这都降低了长管拖车运输的危险性。因此,尽管长管拖车存在危险特征,但可通过合理方式降低风险。对于液氢运输由于容器不能完全绝热和氢气自身的正氢/仲氢转化放热,液氢会不断蒸发,使容器内压力越来越高,形成危险特征。但是槽车系统上安装卸压阀,保证容器内压力不超过极限值。同时由于氢气良好的逃逸性。
在陆地上进行大量氢气输送时,气体管道输送很有效。一般的氢气集装格和长管拖车中都有连接钢瓶的气体管道,在陆地上能够铺设大规模、长距离而且高压的氢气管道进行氢气输送。管道运输是具有发展潜力的低成本运氢方式。低压管道适合大规模、长距离的运氢。由于氢气在低压状态(工作压力1~4MPa)下运输,因此相比高压钢瓶输氢能耗更低,但管道建设的初始投资较大。有机液体以及氨气输运氢气也是正在开发的氢气储运方法,尤其是在长距离、大规模的氢气输送方面具有一定优势,但是杂质气体含量高,高纯氢气使用时需要重新纯化。固态合金输氢纯度高、安全性好,但是输运能耗高、成本高,适合人口密集的区域以及短距离的氢气输运。长管拖车输运氢气成本随距离的增加,适合300km以内的输氢,距离超过300km时,液氢和管道输氢更合适,输氢量越大,这种趋势越明显。三种主要输氢方式价格与距离的变化如下图所示。图三种输氢方式价格与距离变化关系目前我国氢气的输运几乎都依赖长管拖车,满足不了大规模氢气使用和氢能源产业的发展,管道输氢和液态输氢技术亟待提高。 单从运输方面的成本来看,以液氢运输成本,管道运输。
测算过程如下表:氢气管网相比长管拖车具备成本优势。由于压缩每公斤氢气所消耗的电量是一定的。管道运氢成本增长的驱动因素主要是与输送距离正相关的管材折旧及维护费用。当输送距离为100km时,运氢成本为,为同等距离下气氢拖车成本的1/5,通过管道运输氢气是一种降低成本的可靠方法。管道运氢成本很大程度上受到需求端的影响。虽然测算结果显示管道运氢成本较低,但达到该成本的前提是管道的运能利用率达到100%,即加氢站有足够的氢气需求。运氢成本随着利用率的下降而上升,当运能利用率为20%时,管道运氢的成本已经接近长管拖车运氢。在当前加氢站尚未普及、站点较为分散的情况下,管道运氢的成本优势并不明显。但随着氢能产业逐步发展,氢气管网终将成为低成本运氢方式的选择。液氢罐车运输:适合长距离运输,国内外应用差距明显液氢运输相比气氢效率更高,但国内应用程度有限液氢罐车运输系统由动力车头、整车拖盘和液氢储罐3部分组成。由于液氢的运输温度需保持在-253℃以下,与外部环境温差较大,为保证液氢储存的密封和隔热性能,对液氢储罐的材料和工艺有很高的要求,使其初始投资成本较高。液氢罐车运输具有更高的运输效率,但液化过程能耗大。 其他存储氢的方法还有纳米碳管储氢、有机化合物储氢、碳凝胶储氢、玻璃微球储氢、配位氢化物储氢等。安徽氢气运输有哪些
在冶金工业中,氢气主要用作还原气,以便将金属氧化物还原成金属。江苏专业氢气运输
对于管道运输一个很重要的安全问题是氢脆。如锰钢、镍钢以及其它钢,若长期暴露在氢气中,尤其在高温高压下,其强度会降低,导致失效。但是铝和一些合成材料,就不会发生氢脆,因此通过选择合适的材料,可降低因氢脆产生的安全风险。上海加氢站氢气运输方案的选择到2010年加氢站的规模都较小。采用槽车液氢运输的成本为·kg-1,远低于采用长管拖车运输的成本约为·kg-1,但考虑到氢气液化厂投资大,氢气液化消耗氢气热值30%以上,经济性较差,更重要的是上海还没有液氢工业基础,因此液氢运输不适合近期加氢站的发展。同样,由于氢气流量低,铺设管道投资大,因此综合比较来看,2010年前加氢站采用长管拖车运输氢气更符合实际。当燃料电池汽车的数量逐渐增长到万辆级、十万辆级,每天的氢气消耗也逐渐增长到30t和300t,加氢站的数量达到上百座,部分站的规模也较大。若全部采用长管拖车运输,由于长管拖车过多造成调配困难,此时可考虑建立氢气液化示范厂,且液化厂已经具有规模经济性,采用液氢输送优势明显。另外还可考虑铺设管道为氢源点附近的加氢站网络输送氢气,对规模较小的加氢站仍可采用长管拖车运输。 江苏专业氢气运输