氢能目前已被多国确立为战略性能源,并计划用于交通、工业等行业的减碳排放中。在氢能之前的化石能源中,天然气于上世纪70年代开始了规模化的国际贸易,一个重要原因便是有了天然气管道和LNG的储运方式。作为绿色替代能源,绿氢的储运也是支持氢能国际贸易不可缺失的重要因素。
四川蜀道装备科技股份有限公司(以下简称“蜀道装备”)是蜀道投资集团有限责任公司(以下简称“蜀道集团”)旗下专业从事气体液化、储运、加注等相关高端设备设计制造和气体运营的企业。
公司是国内最早进入天然气液化及液体空分产业并掌握该领域关键技术的企业之一,设计并制造了国内第一套天然气液化设备、第一套煤层气液化装置,自2015年开始布局氢能产业,聚焦于氢气液化这一技术高地着力研发制造。氢气液化需要达到零下252度的极低温度,技术挑战极为艰巨。
蜀道装备凭借其在深冷装备技术制造领域的深厚积累,已具备氢制取、氢液化、氢储运及氢加注的全链条技术能力,产品技术性能指标在国内处于领先水平。
图:香橙会2024年氢能年会会场
氢气的储运技术大致分为四类:高压气态储氢、低温液态储氢、有机溶剂储氢、固态金属储氢。蜀道装备相关业务领导在12月11日的香橙会2024年氢能年会上分享了题为“氢储运技术与设备产业实践”主题演讲。氢的储运环节是实现氢能源大规模应用的关键挑战。
氢的储运是实现氢能源规模化应用的瓶颈,综合考虑各种储运技术路线的特点,低温液态储氢具有成为主流储运技术的巨大潜力。
固态储氢目前在氢能两轮车领域应用较为广泛,该技术在低压状态下储氢,相对安全可靠,且从经济性角度来看,运营氢能两轮车具有较好的经济性。而有机溶剂储氢目前主要用于海上大规模跨洲际的运输,由于该技术的前端与后端均涉及复杂的化工工艺,无论是分离还是存储都需要在化工园区完成,无法直接投入使用,并且分离和存储相关的能耗也较高,在一定程度上限制了其应用范围。
图:氢气储运技术路线对比(A. Peschel. Industrial Perspective on Hydrogen Purification, Compression, Storage, and Distribution. FUEL CELLS 20, 2020)
至于低温液态储氢和高压气态储氢,虽然液氢设备的技术门槛高,但综合考虑气氢、液氢特点及经济性的情况下,低温液氢技术作为氢能产业链布局的核心技术具有以下四点优势。
第一,液氢密度大,单位储氢密度高,储运效率高,对比20MPa管束车的250公斤载氢量,液氢车的储运量可以达到2.5吨,是气氢运量的10倍,百公里运输成本可以从气氢的5-8元降至0.5元以下,更有利于低价可再生能源及下游绿氢的远距离运输,在几百公里运距范围内,液氢储存方式具有一定的经济性。例如,张家口的风电制氢运输至北京使用,建设张家口到北京的输氢管道成本极高,但从张家口运输液氢到北京的成本相对较低。
第二,液氢能量密度大,适合中长距离、长续航、中大型交通工具,如49吨奔驰牌液氢重卡牵引车续航里程可达1000公里。
第三,加氢站如果采用气态储存,安全性要求较高,占地面积较大,液氢的加氢站占地更小、更安全。以欧洲的某液氢加氢站为例,图中加氢站储氢量约1000公斤,占地面积小且紧邻居民超市,充分证明了液氢加氢站在实际应用中的安全性与可行性。
图:欧洲某液氢加氢站
第四,虽然氢液化过程能耗较高,但在大部分情况下,液氢全产业链的成本比高压气氢路线更低,较多比例的加氢站采用了液氢路线。经测算,运输距离在200公里以上,电力成本在0.5元/kWh以下时,液氢的全产业链成本比高压气氢更低,假定绿电价格降至0.2元/度,液氢制取用电70度,则液氢加注站的售价约为30元/公斤。
图:液氢和高压气氢全产业链成本对比(张振扬, 解辉. 液氢的制、储、运技术现状及分析. 可再生能源, 2023, 41(3).)
四川省在11月发布的相关文件中明确了对于推广氢能的支持,包括免收高速公路通行费、少限行、给予一次性奖励、高水平建设氢能战略性新兴产业集群等。在此背景下,蜀道装备依托蜀道集团的各种应用场景,结合四川的氢能政策及产业发展现状,除了产业中游的氢储运外,还在氢能的上下游等多个应用场景进行了布局。
香橙会研究院以推动氢能商业化为使命,是中国最早从事氢燃料电池行业研究的专业机构。经过多年积累,发展出了香橙会氢能数据库。以数据库为依托,提供氢能数据、媒体、智库、投行、论坛、展会服务。
内容交流资源合作请联系:wangsk@xch3.com,或微信后台直接联系。