《氫科學(xué)技術(shù)應(yīng)用》課件-3-2 氫氣的運輸

氫的儲運加注氫能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)教學(xué)資源庫3.2氫氣的運輸3.2.1氣氫輸送3.2.2液氫輸送3.2.3固氫輸送

3.2.1氣氫輸送氣態(tài)氫輸運分為長管拖車和管道輸運兩種。（1）長管拖車輸氫長管拖車由動力車頭、整車拖盤和管狀儲存容器3部分組成，其中儲存容器是將多只（通常6-10只左右）大容積無縫高壓鋼瓶通過瓶身兩端的支撐板固定在框架中構(gòu)成，用于存放高壓氫氣。其工作流程如圖，將凈化后的產(chǎn)品氫氣經(jīng)過壓縮機壓縮至20MPa，通過裝氣柱裝入長管拖車，運輸至目的地后，裝有氫氣的管束與車頭分離，經(jīng)由卸氣柱和調(diào)壓站，將管束內(nèi)的氫氣卸入加氫站的高壓、中壓、低壓儲氫罐中分級儲存。拖車在到達(dá)加氫站后車頭和拖車可分離，運輸技術(shù)成熟、規(guī)范較完善，國內(nèi)的加氫站目前多采用此類方式運輸。高壓儲氫容器自重大，氫氣的密度又很小，裝運的氫氣質(zhì)量只占總運輸質(zhì)量的1%～2%左右，因此氣態(tài)氫的拖車運輸僅適用于將制氫廠的氫氣輸送到距離不太遠(yuǎn)，同時需用氫氣量不太大的用戶。以上海南亮公司生產(chǎn)的TT11-2140-H2-20-I型集裝管束箱為例，其工作壓力為20MPa，每次可充裝體積為4164Nm3、質(zhì)量為347kg的氫氣，裝載后總質(zhì)量33168kg，運輸效率1.05%。3.2.1氣氫輸送氫氣長管拖車高壓氣態(tài)氫拖車運輸流程3.2.1氣氫輸送（1）長管拖車輸氫可測算出規(guī)模為500kg/d、距離氫源點100km的加氫站，運氫成本為8.66元/kg。當(dāng)運輸距離為50km時，氫氣的運輸成本5.43元/kg。隨著運輸距離的增加，長管拖車運輸成本逐漸上升。距離500km時運輸成本達(dá)到20.18元/kg。考慮到經(jīng)濟性問題，長管拖車運氫一般適用于200km內(nèi)的短距離運輸。3.2.1氣氫輸送（2）管道輸氫氫氣的管道運輸，是指在制氫工廠與氫氣站、用氫單位等之間建設(shè)一定的管道，氫氣以氣態(tài)形式進行運輸?shù)姆绞健８鶕?jù)輸送距離，管道輸氫分為長距離管道和短距離管道，長距離管道主要用于制氫工廠與氫氣站之間的長距離運輸，輸氫壓力較高、管道直徑較大。短距離管道主要用于氫氣站與各個用戶之間的氫氣配送，輸氫壓力較低，管道直徑較小?？蓽y算出長度25m、年輸送能力10.04萬噸的氫氣管道，運氫價格為0.86元/kg。由此可見，氫氣管道運輸相比長管拖車具備成本優(yōu)勢。3.2.1氣氫輸送（2）管道輸氫3.2.2液氫輸送（1）液氫槽車運輸氫的液態(tài)儲輸以液氫槽車為主，如圖，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。當(dāng)前液氫槽車單車運氫量可達(dá)到4000kg，液氫槽車運氫成本約13.5元/千克。相較于20MPa高壓氣氫拖車，可使單車儲輸量提高約9倍，充卸載時間減少約1倍，并且在液化過程還能提高氫氣純度，一定程度上節(jié)省了提純成本。槽車是液氫車運的關(guān)鍵設(shè)備，常用水平放置的圓筒形低溫絕熱槽罐。汽車用液氫儲罐其存儲液氫的容量可以達(dá)到100m3，鐵路用特殊大容量的槽車甚至可運輸120~200m3的液氫。液氫運輸在美國、歐洲、日本等國家和地區(qū)已實現(xiàn)較大規(guī)模的應(yīng)用，某些地區(qū)液氫槽車運輸超過了氣氫運輸規(guī)模。2022年由日本川崎重工業(yè)公司制造的全球第一艘液化氫運輸船，并成功將澳大利亞液氫運抵日本。根據(jù)川崎重工的規(guī)劃，該公司將在2030年建造2艘商業(yè)規(guī)模的液化氫船，每年能夠進口22.5萬噸氫燃料；到2050年將液化氫船數(shù)量將達(dá)到80艘，每年能夠進口900萬噸氫燃料。3.2.2液氫輸送（1）液氫槽車運輸可測算出規(guī)模為500kg/d、距離氫源點100km的加氫站，運氫成本為13.57元/kg。當(dāng)加氫站距離氫源點50-500km時，液氫槽車的運輸價格在13.51-14.01元/kg范圍內(nèi)小幅提升。液氫罐車成本變動對距離不敏感。雖然運輸成本隨著距離增加而提高，但提高的幅度并不大。這是因為成本中占比最大的一項是液化過程中消耗的電費（約占60%左右）僅與載氫量有關(guān)，與距離無關(guān)。而與距離呈正相關(guān)的油費、路費等占比并不大，液氫罐車在長距離運輸下更具成本優(yōu)勢。3.2.2液氫輸送（2）液氫駁船運輸液氫駁船運輸適用于跨國運氫。液氫還可使用駁船運輸，如圖，這和運輸液化石油氣相似，不過需要更好的絕熱材料，使液氫在長距離運輸過程中保持液態(tài)，駁船上裝載容量很大的存儲液氫的容器。用于船運的液氫儲罐容積可達(dá)1000m3以上，且無需經(jīng)過人口密集區(qū)域，相較于陸運更加安全、經(jīng)濟。日本川崎重工建造的全球首艘液氫運輸船“SUISOFRonTIER“于2021年5月24日在神戶市面向媒體公開，12月24日開啟首航，從日本駛往澳大利亞，提取第一批貨物，船上搭載了川崎重工播磨工廠制造的氫氣儲罐，這種長25米、高16米的橢圓形儲罐能夠儲存1250m3的液氫。3.2.2液氫輸送（2）液氫駁船運輸3.2.3固氫輸送固態(tài)氫的運輸是指用固體儲氫材料通過物理、化學(xué)吸附或形成氫化物儲存氫氣，目前最具有實用化價值的是使用儲氫合金儲存氫氣，然后運輸裝有儲氫材料的容器。固態(tài)氫的運輸具有如下優(yōu)點：①體積儲氫密度高；②容器工作條件溫和，無需高壓容器和熱絕緣容器，不必配置高壓加氫站；③系統(tǒng)安全性好，沒有爆炸危險；④可實現(xiàn)多次（>1000次）可逆吸放氫，重復(fù)使用。主要缺點是儲氫材料質(zhì)量儲氫密度不高（不到3%)，運輸效率太低(不到1%)。固態(tài)氫的運輸裝置應(yīng)具備重量輕、儲氫能力大的特征。如日本大阪氫工業(yè)研究所的多管式大氣熱交換型固氫裝置，使用672kg鈦基儲氫合金，可儲氫134m3，材料儲氫密度為1.78%，氫壓3.3～3.5MPa。德國曼內(nèi)斯曼公司、戴姆勒奔馳公司采用7根直徑0.114m的管式內(nèi)部隔離、外部冷熱型固氫裝置，使用10t鈦基儲氫合金，可儲氫2000m3，材料儲氫密度為1.78