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      氫氣如何運輸才穩妥?低成本用氫關鍵問題有哪些?

      所屬分類:技術資料    發布時間: 2023-03-14    瀏覽次數:355
        氫氣如何運輸才穩妥?低成本用氫關鍵問題有哪些?

        隨著燃料電池汽車產業的發展,其上游氫能產業也得到了迅速的發展,但氫能產業目前還面臨著生產、運輸和供氫基礎設施缺乏等問題,其中氫氣的運輸在整個氫能供應鏈的經濟、能耗性能中占有很大比重。本文主要討論氫氣運輸的幾種方式及安全性,分析影響運氫方式的選擇因素和未來發展趨勢。

        加氫站按制氫地點可分為外供氫加氫站和站內制氫加氫站,而對于外供氫加氫站,氫氣的運輸是重要的一環,目前主要有高壓氣體運輸、液態氫氣運輸和管道運輸等方式。


        高壓氫氣運輸以長管拖車為主

        高壓氫氣運輸分為集裝格和長管拖車兩類,其中,集裝格由多個40L的、壓力為15Mpa的高壓儲氫鋼瓶組成,運輸較為靈活,適用于需求量小的加氫站;

        長管拖車結構為車頭部分和拖車部分,前者提供動力,后者主要提供存儲空間,由9個壓力為20Mpa、長約10m的高壓儲氫鋼瓶組成,可充裝約3500Nm?氫氣,且拖車在到達加氫站后車頭和拖車可分離,運輸技術成熟、規范較完善,國內的加氫站目前多采用此類方式運輸。

        液氫槽罐車氫氣容量高

        液氫的體積能量密度為8. 5 MJ·L-1,是15Mpa壓力下氫氣的6.5倍。液氫槽罐車運輸是將氫氣深度冷凍至21K液化,再裝入隔溫的槽罐車中運輸,目前商用的槽罐車容量約為65 m3,可容納4000kg氫氣。國外加氫站使用該類運輸略多于高壓氣態長管拖車運輸。

        國外氣態管道應用相對較多,液態管道運輸技術要求較高

        管道運輸分為氣態管道運輸和液態管道運輸兩類。氣態管道直徑約0.25~0.3m、壓力范圍為1~3Mpa,每小時流量約310~8900kg氫氣,目前該類管道總長度已超過16000km,主要分布在美國、加拿大和歐洲等地,其投資成本較天然氣管道高50~80%,其中大部分的成本用于搜尋合適的地質環境來布局管道線路;液態管道采用真空夾套絕熱技術,由內層和外層兩個等截面同心套管構成,且兩個管套中間抽成真空狀態,防止內管內液氫的溫度擴散。

        鐵路和輪船上的運輸需依托液氫技術

        氫氣在鐵路和輪船上的運輸,需依托液氫技術,目前僅國外少量應用。其中深冷鐵路槽車長距離運輸液氫輸氣量大、又相對經濟,儲氣裝置常采用水平放置的圓筒形杜瓦槽罐,存貯液氫容量可達100m?,部分特殊的擴容鐵路槽車容量可達120~200 m?,目前僅在國外有非常少量的氫氣鐵路運輸路線。

        液氫鐵路運輸車

        氫氣運輸方式適用性及優缺點對比

        資料來源:《加氫站氫氣運輸方案比選》

        運氫方式存在安全隱患

        目前的技術條件下,不同的運氫方式均有一定程度的危險性。高壓運輸方式具有易爆的危險性,液氫運輸方式在熱量丟失后,會氣化使容器內壓力越來越高,形成易爆的危險特征、管道運輸的輸氫管長期處于高壓下,易產生氫脆現象,使管道斷裂產生泄露。

        高壓氣體運輸方式

        高壓氣體運輸方式存在一定的危險性,但能通過適當的方式降低風險。在高壓運輸方式中,目前美國已出臺了相應的標準設計,如長管拖車需符合DOT-3AA/3AAX壓縮氣體運輸標準,使其安全系數達到2.48、出臺的E-8009標準,限定了儲氫材料的鋼材成分以及可承受的壓力等;我國上海則通過控制運氫外部溫度和時間段來提高運氫的安全性,如當戶外氣溫大于30℃,僅能在夜間運輸。高壓氣體運輸方式存在一定的危險性,但能通過適當的方式降低風險。

        液氫運輸

        液氫運輸安裝卸壓閥調節內部壓力,無明火狀態不構成危險。由于液氫運輸的儲氫裝置不能完全的隔熱,會造成液氫蒸發使裝置內壓力增大,但可在裝置上安裝卸壓閥,調節裝置內部壓力,且氫氣排出后擴散迅速,在戶外無明火狀態不會構成危險。

        管道運輸

        管道運輸的輸氫管材料選用鋁制復合材料,防止氫脆發生。管道使用的高強度鋼如錳鋼、鎳鋼等,若長期處于高壓氫氣的環境下,內部分子易受氫氣分子入侵,使強度變低,但鋁結構受此類影響較小,可采用鋁制合金作為內層材料,降低氫脆現象。

        工業基礎和規?;潭扔绊懙貐^輸氫方式

        影響地區運氫方式的主要因素主要有工業基礎和燃料電池汽車的規?;潭?。

        工業基礎方面,主要考慮當地的配套工業,如是否有氫氣液化廠、管道等;燃料電池規?;矫?,隨著燃料電池汽車的數量增多,需要的氫氣量也隨之增多,當燃料電池汽車的規模在萬輛或十萬輛時,每天需要的氫氣量為30噸或300噸,此時如都采用高壓氫氣運輸方式,則會造成運輸車輛的調配困難,需適時的增加液氫運輸車輛,且液氫運輸具有一定的規模效應,運氫成本在可接受范圍;當燃料電池汽車規模繼續擴大時,輸氫管道的規?;玫桨l揮,是更合適的輸氫方式。

        因此,在目前千輛級燃料電池汽車規模條件下,高壓氣體運氫方式是較為簡單且經濟的方式;當車輛到達萬輛級規模時,采用液氫運輸方式性價比更高,而當車輛大規模商業化后,以管道輸送為主,其他方式為輔的方式更為合理。

        氫氣的運輸在整個氫能供應鏈的經濟、能耗和排放性能中占有很大比重;目前運氫方式主要有高壓氣體運輸、液態氫氣運輸和管道運輸等方式,其中國內多采用高壓氣態運輸,國外液態運輸略多,而管道非常少;運氫方式存在安全隱患,可通過適當方式降低風險;工業基礎和規?;潭扔绊懙貐^輸氫方式。