在氫能全產(chǎn)業(yè)鏈中,氫的儲(chǔ)運(yùn)是制約我國(guó)氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié),因?yàn)闅錃馓厥獾奈锢怼⒒瘜W(xué)性能,使得它儲(chǔ)運(yùn)難度大、成本較高。
關(guān)于氫氣的儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題,業(yè)內(nèi)一直在研討之中。目前的技術(shù)條件下,不同的運(yùn)氫方式均有一定程度的危險(xiǎn)性。高壓運(yùn)輸方式具有易爆的危險(xiǎn)性,液氫運(yùn)輸方式在熱量丟失后,會(huì)氣化使容器內(nèi)壓力越來(lái)越高,形成易爆的危險(xiǎn)特征、管道運(yùn)輸?shù)妮敋涔荛L(zhǎng)期處于高壓下,易產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象,使管道斷裂產(chǎn)生泄露。
高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫
高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫存在一定的危險(xiǎn)性,但能通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞浇档惋L(fēng)險(xiǎn)。在高壓運(yùn)輸方式中,目前美國(guó)已出臺(tái)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),如長(zhǎng)管拖車(chē)需符合DOT-3AA/3AAX壓縮氣體運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn),使其安全系數(shù)達(dá)到2.48、出臺(tái)的E-8009標(biāo)準(zhǔn),限定了儲(chǔ)氫材料的鋼材成分以及可承受的壓力等;我國(guó)上海則通過(guò)控制運(yùn)氫外部溫度和時(shí)間段來(lái)提高運(yùn)氫的安全性,如當(dāng)戶外氣溫大于30℃,僅能在夜間運(yùn)輸。高壓氣體運(yùn)輸方式存在一定的危險(xiǎn)性,但能通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞浇档惋L(fēng)險(xiǎn)。
液氫運(yùn)輸
液氫運(yùn)輸安裝卸壓閥調(diào)節(jié)內(nèi)部壓力,無(wú)明火狀態(tài)不構(gòu)成危險(xiǎn)。由于液氫運(yùn)輸?shù)膬?chǔ)氫裝置不能完全的隔熱,會(huì)造成液氫蒸發(fā)使裝置內(nèi)壓力增大,但可在裝置上安裝卸壓閥,調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部壓力,且氫氣排出后擴(kuò)散迅速,在戶外無(wú)明火狀態(tài)不會(huì)構(gòu)成危險(xiǎn)。
管道運(yùn)輸
管道運(yùn)輸?shù)妮敋涔懿牧线x用鋁制復(fù)合材料,防止氫脆發(fā)生。管道使用的高強(qiáng)度鋼如錳鋼、鎳鋼等,若長(zhǎng)期處于高壓氫氣的環(huán)境下,內(nèi)部分子易受氫氣分子入侵,使強(qiáng)度變低,但鋁結(jié)構(gòu)受此類(lèi)影響較小,可采用鋁制合金作為內(nèi)層材料,降低氫脆現(xiàn)象。
運(yùn)氫成本計(jì)算
在當(dāng)前氫能源發(fā)展的現(xiàn)實(shí)情況下,氫氣的運(yùn)輸需要基于考慮運(yùn)輸過(guò)程的能量效率、氫的運(yùn)輸量、運(yùn)輸過(guò)程氫的損耗和運(yùn)輸里程。在用量小、用戶分散的情況下,氣氫通常通過(guò)儲(chǔ)氫容器裝在車(chē)、船等運(yùn)輸工具上進(jìn)行輸送,液氫運(yùn)輸多用車(chē)船等運(yùn)輸工具,氫氣用量大時(shí)一般采用管道輸送。
估算當(dāng)運(yùn)輸距離為50km時(shí),長(zhǎng)管拖車(chē)的運(yùn)輸成本為5.43元/kg(0.49元/Nm³),運(yùn)輸距離為500km時(shí),運(yùn)輸成本高達(dá)20.18km/kg(1.80元/Nm³),考慮到經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題,長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)氫一般適用于200km內(nèi)的短距離運(yùn)輸。
估算當(dāng)管道運(yùn)能利用率達(dá)到100%時(shí),輸送距離為100km,運(yùn)氫成本為1.20元/kg(0.12元/Nm³),差不多是同等距離下氣氫拖車(chē)成本的1/5,但當(dāng)管道運(yùn)能利用率僅為20%時(shí),管道運(yùn)輸成本和氣氫拖車(chē)運(yùn)輸成本相當(dāng)。
液氫運(yùn)輸成本對(duì)距離變動(dòng)比較不敏感,估算運(yùn)輸距離為50-500km時(shí),液氫運(yùn)輸價(jià)格在13.51-14.01元/kg(1.21-1.25元/Nm³)。
綜合來(lái)看,運(yùn)輸距離在250km以內(nèi),長(zhǎng)管拖車(chē)的運(yùn)輸成本比液氫罐車(chē)成本低,超過(guò)250km時(shí)液氫罐車(chē)運(yùn)輸更具優(yōu)勢(shì),超長(zhǎng)距離運(yùn)輸時(shí)管道運(yùn)輸則是最優(yōu)解決方案,根據(jù)《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)》中提出的儲(chǔ)運(yùn)發(fā)展路徑,中期2030年氫氣的儲(chǔ)運(yùn)以氣態(tài)高壓、低溫液態(tài)相結(jié)合,遠(yuǎn)期2050年氫氣管網(wǎng)密布將成為主要的運(yùn)輸方式。