氢气的运输方式分析 针对氢气的储存方式,伊维经济研究院研究发现氢气目前主要通过气氢拖车、液氢槽车和氢气管道三种方式运输。国内加氢站的外进

中国氢气储运技术与成本分析

氢气的运输方式分析

针对氢气的储存方式,伊维经济研究院研究发现氢气目前主要通过气氢拖车、液氢槽车和氢气管道三种方式运输。国内加氢站的外进氢气均采用气氢拖车进行运输,比较适用于运输距离较近、输送量较低、氢气日用量为吨级的用户。长管拖车把氢气上到加氢站,进入压缩机内被压缩,并先后被输送至高压、中压、低压储气罐中分级储存,需要对汽车加氢时,加氢机可以从长管拖车、低压储氢罐、中压、高压按顺序取气加注。

管道运输应用于大规模、长距离的氢气运输,可有效降低运输成本。管道输送方式以高压气态或液态氢的管道输送为主。管道“掺氢”和“氢油同运”技术是实现长距离、大规模输氢的重要环节。全球管道输氢起步已有80余年,美国、欧洲已分别建成2400km、1500km的输氢管道。我国已有多条输氢管道在运行,如中国石化洛阳炼化济源—洛阳的氢气输送管道全长为25km,年输气量为10.04万吨;乌海—银川焦炉煤气输气管线管道全长为216.4km,年输气量达16.1×108m3,主要用于输送焦炉煤气和氢气混合气。

液态氢运输主要利用液氢槽车,液氢的单车运氢能力是气氢的10倍以上,运输效率提高,综合成本降低。但是该运输方式增加了氢气液化深冷过程,对设备、工艺、能源的要求更高。液氢槽罐车运输在国外应用较为广泛,国内目前仅用于航天及军事领域。

中国氢气储运技术与成本分析

三种运输方式成本分析

在《中国氢气存储与运输产业发展研究报告(2019)》中,伊维经济研究院从成本构成维度对三种运输方式进行了对比研究。气氢拖车运输成本主要包括:固定成本(折旧费、人员工资等)和变动成本(包括氢气压缩耗电费、油料费等)。为了测算成本,伊维经济研究院在报告中假设目前国内集装管束拖车的价格约120万/台,使用年限10年。每辆拖车配备司机以及多名操作人员,人员费用共32万。拖车满载氢气可达300kg,每百公里消耗柴油约25升。拖车平均运行速度假设为50km/小时,两端装卸氢气时间约8小时,年有效工作时间为4500小时。氢气压缩过程耗电1kwh/kg。

中国氢气储运技术与成本分析

由上表可知单车气氢运输变动成本取决于运输距离,可得到不同运输距离(百公里)内的运输成本曲线:

中国氢气储运技术与成本分析

液氢槽罐车的运输成本结构与集装管束车类似,但增加了氢气液化成本及运输途中液氢的沸腾损耗。槽罐车市场价格约50万/辆,每次装载液氢约4000kg,运输途中由于液氢沸腾平均每小时损耗0.01%,液化过程损耗0.5%。液化过程耗电10kwh/kg。槽罐车充卸一次约耗时0.5小时。

中国氢气储运技术与成本分析

计算可得单位氢气的运输成本

中国氢气储运技术与成本分析

管道氢气运输的成本主要包括前期管道建设费用、折旧与摊销、直接运行维护费用(材料费、维修费、输气损耗、职工薪酬等)、管理费及氢气压缩成本等。伊维经济研究院根据国内“济源-洛阳”项目测算,采用φ508mm管道,年输送能力10.04万吨,建设成本为616万/km,管道使用寿命20年。运行期间维护成本及管理费用按建设成本的8%计算。

管道运输单位运输成本测算如下:

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通过对比三种运输方式成本,伊维经济研究院认为管道的运输成本具有明显优势,但管道运输前期投资建设成本较高,在氢能及燃料电池汽车产业成熟之前有较大风险,其运输成本受运能利用率影响,运能利用率越高越经济;气氢拖车在300公里以内运输具有成本优势,中远距离运输,液氢占优,且在400公里后液氢的成本优势大于管道运输。

中国氢气储运技术与成本分析

另一方面,由于目前氢能及燃料电池汽车市场规模较小,氢需求量较小,考虑到国内氢气源地和使用地的距离,气氢拖车和液氢罐车可灵活应用,包括调整拖车数量来适应市场的需求,具有一定更便利性。而从市场的长远期来看,未来随着市场规模的扩大、集中式氢气生产基地增加将提高对输氢管道一定的运能利用率的贡献,管道运输将具备较大优势。

氢气储运行业参与企业分析

虽然高压气态储氢技术比较成熟、应用普遍,但是体积比容量小,是该技术一个致命的弱点。伊维经济研究院认为未来,高压气态储氢还需向轻量化、高压化、低成本、质量稳定的方向发展。国内目前生产高压储氢罐的天海工业、中材科技、沈阳斯林达等。

低温液态储氢在国外的加氢站体系中有较大范围的应用,但是在车载系统中的应用不成熟。我国的液氢工厂仅为航天火箭发射服务,代表企业为中国航天科技集团101所。受法规所限,还无法应用于民用领域。国内目前有液氢储运技术储备和产业化能力的企业有富瑞氢能、中科富海等。

目前在储氢材料领域产业化较低,国内储氢材料代表企业有稀土储氢材料的北京浩运金能、厦门钨业、内蒙古稀奥贮氢等。其中,有机液体储氢技术的在中国的发展已有所成就,代表企业如武汉氢阳能源,选用的有机液态储氢材料为氮乙基咔唑,建立了全球第一个常温常压液态有机储氢材料工厂。

中国氢气储运技术与成本分析

在《中国氢气存储与运输产业发展研究报告(2019)》最后,伊维经济研究院预测了氢气储运行业未来趋势,总结如下:

(1)低温液化储氢技术受制于成本和能耗问题,无法规模化利用,预计在氢能产业规模扩大、配套设备和技术提升之后未来可期。

(2)储氢材料技术的储氢量较大,其未来的发展研究应集中在提高材料的热交换性能,提升吸放氢的效率,降低加氢脱氢装置的成本,实现储氢材料技术的规模化应用。

(3)有机液态储氢拥有较大的推广优势,可依托现有传统汽油输送方式和加油站构架建设氢油站,未来技术的研究重点突破相关制备、配套设备技术,提高脱氢效率。

(4)气氢拖车运输比较适合当前氢能产业的发展规模。一方面,气氢拖车具有成本低、充放氢快速的优点,另一方面国内加氢站均为站外供氢。但随着氢能产业、液氢运输、管道输氢的发展,气氢拖车运输将被部分取代。

(5)液氢罐车成本降低有赖于罐材的改进。目前国外多采用液氢罐车运输,国内液氢拖车仅用于航天领域,而液氢在铁路和海上运输当前国外也仅少量应用,国内暂未涉及。未来解决液氢液化、运输过程中的损耗问题,液氢罐车在中远距离的输氢将有较大前景。

(6)虽然管道运输前期投资非常高,但管道运输的效率、成本都具优势,随着氢能产业规模的扩大,在未来长距离、大规模的氢气运输中,管道输氢有望成为为最优运输方式。

[责任编辑:陈语]

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