氫能產(chǎn)業(yè)鏈之-氫儲運

 

 

氫能源能夠有效改善我國能源結構現(xiàn)狀，在清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系轉型上極具戰(zhàn)略意義，主要的實現(xiàn)路徑是通過氫與多種能源形式耦合來大幅提升可再生能源在—次能源消費中的占比。但是，我國可再生能源資源中心與負荷中心呈逆向分布，國內(nèi)缺乏低成本的高密度儲運技術，繼而限制了我國豐富的可再生能源制氫的潛力。另外，氫的儲存和運輸高度依賴技術進步和基礎設施建設，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難點。氫的儲運技術為氫能發(fā)揮戰(zhàn)略意義提供重要支撐。

 

 

日本巖谷液氫槽車

 

氫氣儲存方式主要有高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、有機氫化物儲氫和固體儲氫。氫氣輸送方式主要有氣氫拖車、液氫槽罐車以及管道運輸氫氣。

 

國內(nèi)以高壓氣態(tài)儲氫為主

 

我國目前儲存氫能的方式有高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫。

 

 

中科富海液氫槽車模型

 

高壓氣態(tài)儲存是最常見的儲氫方式。氫氣的密度小，一般需用到1.5MPa以上的高壓才可用特制的鋼瓶貯存。當前國際上已經(jīng)有可承受壓力達80MPa的輕質(zhì)材料儲氣瓶。而對于固定地點的貯氫，在合適的地質(zhì)、地理條件和良好的封口技術條件下可采用地下貯存，這種方式不需要專用的貯氫容器，可以大大的降低貯氫的費用。

 

 

北京特種工程研究院45立方米液氫槽車

 

 

浦江特氣氣氫長管拖車

 

低溫液態(tài)儲氫是指在標準大氣壓下，將氫氣冷凍至零下252.72攝氏度以變?yōu)橐后w，然后保存在特制的高度真空的絕熱容器中，常見的同時也是最理想的是杜瓦瓶，但是杜瓦瓶造價較高，所以無法得到廣泛使用。目前液態(tài)氫主要用作火箭燃料。

 

 

京輝氣體氫氣長管拖車車隊

 

目前中國高壓氣態(tài)儲運氫技術相對成熟，依靠壓縮機將氫氣壓縮到儲氫瓶中，儲氫瓶壓力多為30MPa，然后用集裝格和長管拖車等工具進行運輸，長管拖車運輸設備產(chǎn)業(yè)較為成熟，但在大規(guī)模、長距離儲運技術上，成本和技術仍有待進一步改善，整體發(fā)展落后于國際先進水平。

 

國內(nèi)生產(chǎn)高壓儲氫瓶的企業(yè)有京城股份、中材科技、中集安瑞科等。

 

而國內(nèi)在低溫液態(tài)儲氫方面表現(xiàn)得較為弱勢，在液氫儲運技術、液氫工廠、相關產(chǎn)業(yè)化上還有多重難關待突破。少許的液氫主要被用于航天及軍事領域；金屬氫化物儲氫和有機氫化物儲氫均處于實驗室階段。

 

國外高壓氣態(tài)儲氫和液態(tài)儲氫均優(yōu)于國內(nèi)現(xiàn)狀

 

國外主流的儲氫方式主要是高壓氣氫和低溫液氫，與我國不同的是，國外的高壓氣氫的壓力達到了70MPa，液氫儲運也較為成熟。

 

 

空氣化工在歐洲推出的高壓氫管拖車

 

 

林德氫管拖車

 

全球有三分之一的加氫站采用液氫技術，其中美國和日本主推液氫儲運技術路線。

 

在美國，石油化工電子行業(yè)的液氫利用量占總液氫量的33.5%，航空航天占比18.6%，燃料電池車輛的加氫站約10%。日本和澳大利亞的氫能供應鏈項目也采用了液氫運輸船遠距離輸送氫氣。

 

低溫液態(tài)儲氫有望進一步滲透

 

相較于低溫液態(tài)儲氫，高壓氣態(tài)儲氫在長距離運輸上十分不具有優(yōu)勢，其運輸成本對距離的敏感性高，需要進一步提高儲運效率。液氫儲運體積密度是高壓氣態(tài)儲運的5倍，在中長距離氫氣儲運中經(jīng)濟性較高，是未來氫儲運的重要方向。據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，運輸成本為500公里時，液氫配送成本每千克僅增加約0.3美元，而高壓氣態(tài)運輸配送成本將上升5倍以上，接近每千克2美元。

 

 

從技術層面上說，液態(tài)氫的密度是氣態(tài)氫的八百多倍，相較于氫氣高壓儲運，單位容器能儲存的低溫液態(tài)儲氫更多，大大提高運輸效率，降低儲運成本，氫氣純度也可以在液化過程中大大提高，從而保證了的壽命和性能。隨著汽車的普及，大規(guī)模儲運氫的方向之一就是液氫儲運。

 

 

spera氫氣示意圖

 

另外，日本千代公司研發(fā)的SPERA氫氣，可以讓氫氣在常溫常壓的條件下保持液態(tài)，這一技術足夠引起外界的重視。SPERA氫氣是在甲基環(huán)己烷液體中，通過有機化學氫化物法讓汽油及輕油等燃料中含有的甲苯和氫氣發(fā)生反應而制成的。在常溫常壓條件下，可以用已有的油輪和油罐車來運輸，還可以在港口及工廠的油罐中長期儲存。這對于需要高壓壓縮氫氣體積或者超低溫保存氫氣的方法更為方便，而且還省去了專用的容器和設施。

 

國內(nèi)液氫技術和裝備的突破極具發(fā)展意義

 

目前，國內(nèi)的液氫產(chǎn)能十分低，滿足不了日益增長的氫能需求。全球氫液化設備主要由美國AP、普萊克斯、德國林德等廠商提供。國內(nèi)液氫技術和裝備能力發(fā)展落后，應用范圍十分窄，特別是民用領域的液態(tài)氫幾乎處于空白地段。目前國內(nèi)涉及氫液化開發(fā)研究的有航天101所、國富氫能、鴻達興業(yè)等單位。資料顯示，我國當前最大氫液化規(guī)模為每天生產(chǎn)2噸，液化設備依賴進口，與國外技術差距明顯。

 

從當前液氫技術和裝備發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢看，未來在降低氫氣液化能耗和氫氣液化成本上存在一定空間。相關數(shù)據(jù)顯示，當液氫工廠的生產(chǎn)規(guī)模小于5噸每天時，氫液化的能耗超過10千瓦時每千克，當規(guī)模達到50噸每天和150噸每天時，氫液化能耗可降至約7千瓦時每千克和6千瓦時每千克。氫液化工廠規(guī)模由5噸每天提高到50噸每天時，氫液化總成本可降低50%。

 

根據(jù)美國商業(yè)管制清單，限制了我國進口日均生產(chǎn)10噸以上的氫液化技術及裝備，以及DN50以上液氫閥門、膨脹機、液氫泵等關鍵設備。在進口遏制的情況下，國產(chǎn)民用液氫技術和裝備的突破具有重大意義。據(jù)了解，國內(nèi)液氫技術和裝備正得到不斷進步。航天101所國內(nèi)首套自主開發(fā)的1m3/h氫液化系統(tǒng)落地，并對基于氫膨脹的大型氫液化系統(tǒng)進入研發(fā)，有意形成系列產(chǎn)品。

 

液氫技術和裝備的突破對氫能產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有深遠影響，民用領域的發(fā)力將推進國產(chǎn)化進程，對國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)布局具有重要意義。軍民融合、相關企業(yè)協(xié)同攻關將是取得突破的必由之路。