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。本文主要讨论氢气运输的几种方式及安全性,分析了影响运氢方式的选择因素和未来发展趋势。
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。
目前国内多采用高压气态运输,国外液态运输略多
1.高压氢气运输以长管拖车为主、结合集装格小范围补充。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。
2.液氢槽罐车氢气容量高,国外较多采用该类运输方式。液氢的体积能量密度为8. 5 MJ·L-1,是15Mpa压力下氢气的6.5倍。液氢槽罐车运输是将氢气深度冷冻至21K液化,再装入隔温的槽罐车中运输,目前商用的槽罐车容量约为65 m3,可容纳4000kg氢气。国外加氢站使用该类运输略多于高压气态长管拖车运输。
3.国外气态管道应用相对较多,液态管道运输技术要求较高。管道运输分为气态管道运输和液态管道运输两类。气态管道直径约0.25~0.3m、压力范围为1~3Mpa,每小时流量约310~8900kg氢气,目前该类管道总长度已超过16000km,主要分布在美国、加拿大和欧洲等地,其投资成本较天然气管道高50~80%,其中大部分的成本用于搜寻合适的地质环境来布局管道线路;液态管道采用真空夹套绝热技术,由内层和外层两个等截面同心套管构成,且两个管套中间抽成真空状态,防止内管内液氢的温度扩散。
4.氢气在铁路和轮船上的运输,需依托液氢技术,目前仅国外少量应用。其中深冷铁路槽车长距离运输液氢输气量大、又相对经济,储气装置常采用水平放置的圆筒形杜瓦槽罐,存贮液氢容量可达100m³,部分特殊的扩容铁路槽车容量可达120~200 m3,目前仅在国外有非常少量的氢气铁路运输路线。