氢气储运是氢能利用的重要环节,不同的场景下需要采用不同的储运方式来满足需求。
高压气态储氢适用于短距离小规模运输场景
现阶段气态氢气储运方法以高压长管拖车为主。高压气态氢能储运是目前工业中使用最普遍、最直接的氢能储运方式,通过连接减压阀即可方便、快捷释放所需氢气。具有运营成本低、压缩氢气技术成熟、承压容器结构简单、能耗较小、氢气充放响应速度快等优点。
目前我国高压氢气运输以长管拖车为主,结合集装格小范围补充。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;长管拖车则适用于需求量 略大的运氢场景,目前国内的加氢站目前多采用此类方式运输。
高压长管拖车的降本路径主要为提升高压储氢气瓶设备压力。假设其他条件不变而改变氢气瓶的设备压力,可以看到储氢气瓶压力越大,单位氢气运输成本越低。因此,我们预计未来气氢运输的主要降本路径为提升高压储氢气瓶的设备压力,即伴随储氢气瓶从设备压力较小的I型向设备压力较大的IV型转变,高压长管拖车的运氢成本将持续下降。
低温液态储氢技术进展较快,有机液态储氢步入工业化
低温液态储氢应用规模不断扩大,有机液态储氢逐渐向工业化生产过渡。低温液态储氢是指将氢气经过压缩后,深冷到21K以下使其变为液氢,并储存在低温绝热的真空容器当中,其在氢能应用中具备储运量更大、纯度高、充装更快、占地更小等优势。有机液态储氢是指借助烯烃、炔烃或芳香烃等不饱和液体有机物和氢气的可逆反应、加氢反应实现氢储存,并借助脱氢反应实现氢的释放的化学储运氢过程。
液氢的运输形式包括拖车、槽车和槽船等,制备过程中规模效应明显。液氢的储运方式可以分为两类,即采用容器储运和采用管道输运。其中,容器储运在储存结构形式上一般采用球形储罐和圆柱形储罐,在运输形式上采用液氢拖车、液氢铁路槽车和液氢槽船等。相较于气氢储运,液氢具有便于储运车载、安全性高、气化纯度高等优点,但也因制备过程较为复杂而存在着技术门槛较高、液化工厂投资大、能耗较高等缺点。
液氢成本对运输距离不敏感,适合大规模远距离运输。在车辆购置成本、人工成本、燃油费、车速等条件不变的情况下,改变液氢运输距离,进而测算其运输成本的变化。由测算可知,液氢综合运输成本随着运输距离的增长而缓慢上升,基本能够控制在5元/kg以内,且每增加100km的运输距离,单位kg运输成本约增加0.8元,敏感度远低于同等条件下的气氢运输。考虑到液氢运输规模往往较大,因此我们认为液氢适合大规模远距离运输场景。
管道输氢经济性强,有望成为未来氢运输的最优模式
管道运输氢单位成本最低,有望成为未来氢运输的最优模式。管道输氢具备有运输成本低、能耗小、可实现氢能连续性、规模化、长距离输送等优势。假设管道运能利用率为30%,将其与长管拖车、液罐槽车运输成本进行对比,可以看到管道运氢的成本相对最低,在不考虑前期管道投资的情况下,管道运输有望受益于其经济性和运输规模的优势,成为未来氢气运输的最优模式。
固态储氢技术持续突破,适用于小型移动式和固定式场景
固态储氢具有多重优势,载体主要为物理或化学吸附储氢材料。固态储氢是指通过物理或化学材料对氢气的吸附作用而将其存储在固体材料中的储氢方式。与高压气态或液态储氢方式相比,固态储氢具有体积储氢密度高、安全性能好、储存时间长等优势。
固态储氢终端应用场景主要为固定式和小型移动式。由于固态储氢多采用金属氢化物作为载体,且用铝合金氢罐作为容器,因此固态储氢罐普遍较重,导致其终端应用多集中于固定式储氢和重量相对较轻的小型移动式场景。其中,固定式应用场景主要包括电力调峰电站、分布式供能、应急备用电源、制氢或用氢现场缓存等领域,此场景下固态储氢装置可以将氢气进行长期的常温常压储存,在需要时再直接释放氢能或利用燃料电池将其转化为电能供应。而小型移动式应用主要包括工程车载、乘用车载、船载等储运氢场景。