最全燃料電池系列科普報告（制氫、儲運、燃料電池系統(tǒng)、混合動力）

2017-09-25 11:09:29 電池視界　點擊量：1351 評論 (0)

燃料電池系列科普報告----制氫我國燃料電池基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)入加速期，為燃料電池汽車商業(yè)化做好充分準(zhǔn)備。加氫基礎(chǔ)設(shè)施是燃料電池發(fā)展的重要保障，氫氣的低成本輸運也是需要重點攻克的難題，適合燃料電池汽車的高

燃料電池系列科普報告----儲運

我國燃料電池基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)入加速期，為燃料電池汽車商業(yè)化做好充分準(zhǔn)備。加氫基礎(chǔ)設(shè)施是燃料電池發(fā)展的重要保障，氫氣的低成本輸運也是需要重點攻克的難題，適合燃料電池汽車的高純度氫氣來源也是重要問題。

此前的系列科普中，已經(jīng)介紹了氫氣的制取。在本文中，將會為大家介紹氫氣制成后的儲運問題，其中包括管道運輸與專用車輛運輸兩個部分，并介紹我國加氫站的發(fā)展?fàn)顩r。

思考的問題：

1、氫氣制成后，主要的儲運方式有哪些？

2、各方法發(fā)展現(xiàn)狀與成本如何？

3、不同的方法是否與加氫站的多少有關(guān)？加氫站的建設(shè)情況如何？

重要結(jié)論

氫氣儲運的關(guān)鍵問題在于安全性及成本問題。目前來看，管道運輸與特殊車輛運輸是性價比較高的兩種儲運方式。從實際應(yīng)用上看，長距離運輸更適宜使用管道運輸，而特殊車輛運輸，如魚雷車等，更加適合于短距離氫氣的運輸。但不論哪種運輸方式，其成本與發(fā)展都與加氫站的建設(shè)有很大的關(guān)系，我國正努力加快加氫站的建設(shè)。

1、氫氣的主要儲存及運輸方式

氫氣運輸一直是阻擋氫燃料運用的一個重大障礙。由于氫氣極小的密度以及易燃易爆的特性，現(xiàn)場生產(chǎn)就地使用是最佳的方式。但由于低成本、小規(guī)模、靈活分部的制氫方式尚未實現(xiàn)，作為汽車燃料的氫氣需要進(jìn)行貯運。氫的貯運方式主要有氣態(tài)貯運、液態(tài)貯運和金屬氫化物貯運。其中前三者是傳統(tǒng)的儲氫方法，各具有其優(yōu)缺點。目前加氫站普遍采用的是利用長管拖車貯運高壓氣態(tài)氫氣。

不同的儲運方式，運輸成本與成本又有所不同。如氣氫拖車是未來一段時間內(nèi)的主要運輸方式。以200Km運輸距離和每天10噸的運輸規(guī)模來看，成本可達(dá)到2.02元/Kg；管道運輸運營成本低，運輸規(guī)模龐大，但投資成本高，且只能點對點，難以成為主流；液氫罐車是未來的重要方向，運輸能力是氣氫拖車的10倍以上，成本隨規(guī)模上升而下降。

2、氫氣儲運—管道運輸

2.1管道運輸概況分析

雖然管道運輸只能做到點對點，但對于大量、長距離的氫氣輸送來說，管道運輸仍然是最有效的方法。氫氣的長距離管道輸送已有60余年的歷史。目前，全球用于輸送工業(yè)氫氣的管道總長已超過1000公里，直徑0.25-0.3m，操作壓力一般位1-3MPa，輸氣量310-8900Kg/h,其中德國擁有208公里，法國空氣液化公司在比利時、法國、新西蘭擁有880公里，美國也已達(dá)到720公里。

國內(nèi)首條氫氣專用運輸管道，如石化洛陽煉化濟(jì)源至洛陽氫氣輸送管道工程，于2015年10月竣工完成。線路水平長度為25公里，年輸氣量10.04萬噸。管道沿線地形以丘陵為主，地勢起伏較大，管道沿線頂箱涵穿越鐵路2處，頂管穿越省級高速公路1處、等級公路5處，定向鉆穿越?jīng)_溝2次、穿越河流1次。

實際上，目前的天然氣管道就可用于輸送氫氣和天然氣的混合氣體，也可經(jīng)過改造輸送純氫氣，這主要取決于鋼管財智中的含碳量，盡量使用含碳量低的材料制成的管道來運輸氫氣，減少因氫脆現(xiàn)象而導(dǎo)致的氫氣逃逸。

2.2管道運輸成本分析

分別對加氫站數(shù)量為1個、4個、8個、16個共四種情況計算氫氣運輸成本。假設(shè)加氫站距離氫源點的距離一定，經(jīng)過試驗?zāi)M可知，氫氣的運輸成本隨著每個加氫站規(guī)模的增加而迅速減少，但三條曲線基本重疊，說明加氫站數(shù)量的增加并不減少氫氣運輸成本，其原因是增加加氫站需要另外鋪設(shè)氫氣管道，其昂貴的投資使氫氣運輸成本基本維持不變。根據(jù)結(jié)果可知，當(dāng)加氫站規(guī)模達(dá)到1500Kg/d時，氫氣的運輸成本大約為6元/Kg。

3、氫氣儲運—魚雷車

在所有元素中，氫的重量最輕，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，它的密度為0.0899g/L，氣態(tài)壓縮高壓儲氫是最普通最直接的儲氫方式，通過減壓閥即可將氫氣排除和調(diào)節(jié)排氣量的大小。

氣氫魚雷拖車是未來一段時間內(nèi)的主要運輸方式。以200Km運輸距離和每天10噸的運輸規(guī)模來看，成本可達(dá)到2.02元/Kg；大部分成本來自于壓縮/液化設(shè)備、存儲設(shè)備的投資，對于氫氣的短途運輸，是一個非常不錯的選擇。

按照同樣的成本分析方法，經(jīng)過分析，當(dāng)加氫站數(shù)量少時，運輸成本可高達(dá)4.7元/Kg。隨著加氫站數(shù)量的增加和加氫站規(guī)模的增大，成本逐漸降低，但是在加氫站數(shù)量較少時，成本在下降過程中出現(xiàn)波動。這與長管拖車?yán)眯视嘘P(guān)。

4、氫氣儲運基礎(chǔ)設(shè)施—加氫站的建設(shè)

加氫站的建設(shè)不僅與氫氣儲運緊密相關(guān)，而且與燃料電池車的使用也有著密不可分的聯(lián)系。目前，我國現(xiàn)有加氫站數(shù)量稀少，且沒有長期規(guī)劃。據(jù)介紹，國內(nèi)加氫站僅有4個，分別是2006年建成的北京加氫站，2008年建成的上海安亭加氫站，2011年建設(shè)了簡易的加氫站，2015年最新建成的鄭州宇通加氫站。上海安亭加氫站始建于2007年11月，該站主要采用外供氫氣，加注壓力為35MPa，存儲壓力為43.8MPa，存儲容量為800公斤。截至2015年6月，安亭加氫站累計加注6013次，加注總量為10216公斤。

雖然我國目前尚未制定加氫站建設(shè)規(guī)劃，隨著世界各國都啟動了加氫站建設(shè)，可以預(yù)測我國在補貼燃料電池汽車的同時也將進(jìn)行積極的加氫站布局。

在燃料電池汽車遠(yuǎn)遠(yuǎn)未普及的當(dāng)下，國務(wù)院已經(jīng)為加氫站的設(shè)計建造和氫氣的運輸存儲都制訂了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，為未來燃料電池汽車基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)打好基礎(chǔ)。

總結(jié)

目前的氫氣輸運方法中，公路運輸?shù)母脑斐杀咀钚。彩侨毡菊诓捎玫姆椒ǎ哂休^強的借鑒意義。管道伴輸如果成功，將可以極大降低氫氣的運輸成本，但是目前看距離實際應(yīng)用仍有一定距離。

責(zé)任編輯：lixin

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