加氢站氢气运输方案的比较与选择
加氢站氢气运输方案的比较与选择
加氢站氢气运输方案的比较与选择时间 来源 同济大学 作者 马建新等 点击 次首先结合文献定性介绍了现有氢气运输方式 然后对氢气通过长管拖车、槽车及管道运输的运输成本、能源消耗及安全性进行深入研究，运输成本通过建立加氢站氢气运输成本模型进行分析。
为促进燃料电池汽车的发展 上海必须建立与之发展相适应的氢基础设施☎加氢站✆ ∙加氢站按制氢地点可分为外供氢加氢站和站内制氢加氢站 而对于外供氢加氢站 氢气的运输是重要的一环。
氢气的运输方式是多样的 且每种运输方式的应用场合、成熟程度、使用成本等都不相同 因此需要进行比较 根据实际情况研究合理的运输方式 以有效促进上海氢基础设施的发展。
∙氢气运输方式按照输送时氢气所处状态的不同 氢气的运输方式可分为 气态氢气☎ ☝☟✆∙输送、液态氢气☎☹☟ ✆输送和固态氢气☎☟✆∙输送 ∙前两者将氢气加压或液化后再利用交通工具运输 是目前加氢站正在使用的方式 ∙固态氢气输送通过金属氢化物进行输送 迄今尚未有固态氢气输送方式 但随着固氢技术的突破 这种方便的输配方式预期可得到使用。
∙高压氢气运输氢气通常经加压至一定压力后 然后利用集装格、长管拖车和管道等工具输送 ∙集装格由多个水容积为 ☹的高压氢气钢瓶组成 充装压力通常为 ♋∙集装格运输灵活 对于需求量较小的用户 这是非常理想的运输方式。
长管拖车由车头和拖车组成，长管拖车到达加氢站后 车头和管束拖车可分离 所以管束也可用作辅助储氢容器 ∙目前常用的管束一般由 个直径约为 ❍ 长约 ❍的钢瓶组成 其设计工作压力为 ♋ 约可充装氢气 标准❍ 。
管束内氢气利用率与压缩机的吸入压力有关 大约为 ～ ∙长管拖车运输技术成熟 规范完善 因此国外较多加氢站都采用长管拖车运输氢气 上海较大规模商品氢运输即采用长管拖车运输。
氢气也可通过管道输送至加氢站 ∙美国、加拿大及欧洲多个工业地区都有氢气管道 直径大约为 ～ ❍ 压力范围为 ～ ♋ 流量在 ～ ♑·♒∙ 之间 ∙目前氢气管道总长度已经超过 ❍ 管道的投资成本很高 与管道的直径和长度有关 ∙比天然气管道的成本高 ～ 其中大部分成本都用于寻找合适的路线 目前氢气管道主要用于输送化工厂的氢气。
氢能运输：不同形态的优劣势对比
现在绝大部分的氢气都被用作化工原料，用于相关行业（如化肥工业或炼油厂）。
作为一种附属或中间产品，其生产制造和应用大都是就近发生，氢气的制取也没有脱离相关行业。
而未来氢被当作能源利用的情况下其应用场景和规模将远超现在，以可再生能源为基础的大规模制氢将会独立出来，氢的制取与应用将不仅限于就近发生。
由此大规模氢能储运体系的建立成为发展氢经济的基础和依托。
虽然氢气与其他各种燃料相比拥有最高的单位质量能量密度，低热值能量为33.3 kWh/kg，但由于氢气是最轻的气体，标准状态下（0 °C 和 1个大气压），密度仅为0.0899 kg/m3，其体积能量密度仅为约 3 kWh/m3。
鉴于这些特性，氢气需要通过额外的物理和/或化学转化过程以增加其体积能量密度，以便进行经济的运输和使用。
下表囊括了工业级氢储存和运输的所有可能性。
包括：氢气的气态常压存储及高压存储，在低温条件下的物理液化氢的液态存储，以及化学形式下的氢存储。
可能的化学液态氢存储系统中包括了氨和液态有机载氢体（LOHC，LiquidOrganic Hydrogen Carrier）。
从理论上讲，也可以使用金属氢化物使氢以固体形式结合。
但由于这种存储技术面临诸如重量大和资源稀缺之类的若干困难，因此难于在大型存储系统中应用。
氢的不同存储和物流形式具有各自的优点和缺点。
运输技术的最氢能运输：不同形态的优劣势对比文 | 苗盛 张茜作者供职于中国石油勘探开发研究院陶光远作者供职于中德可再生能源合作中心各种物理状态下氢的物流PAGE 66PAGE 67大经济运输距离，技术就绪程度和物流技术的经济可行性是评估技术潜力的重要指标。
气态氢的物流鉴于氢在通常环境条件下的特性,气态氢运输为许多应用提供了最简单且通常能效为最高的解决方案。
为了增大氢的运输效率，气态氢通常被压缩。
在氢能汽车领域，高压储氢罐的最高压力可达到70MPa。
而常规管道、存储和物流用的储气罐，压力则要低得多，一般为5 – 20MPa 。
氢的运输方式
氢的运输方式氢气是一种无色无味、无毒的气体，是地球上最轻的元素。
它具有高能量密度、无污染、可持续生产等优点，被广泛认为是一种理想的清洁能源。
因此，氢气被广泛应用于许多领域，如能源生产、燃料电池、化工工业等。
然而，由于氢气具有极高的可燃性和易泄漏性，其运输也面临着诸多挑战。
为了安全高效地运输氢气，需要采取合适的运输方式。
本文将介绍氢气的运输方式，包括管道运输、液氢槽车运输和氢气压缩罐运输。
首先，管道运输是一种常见的氢气运输方式。
与传统燃气管道类似，氢气管道系统由一系列连接在一起的管道组成，可实现氢气的长距离输送。
氢气管道运输具有快速、安全、无污染等优点，可以满足大规模工业和城市燃气需求。
然而，由于氢气的泄漏和爆炸风险较高，氢气管道必须采取严格的安全措施，如设置泄漏检测装置、限制管道压力等。
此外，氢气管道的建设和维护成本也较高，需要充分考虑经济可行性。
其次，液氢槽车运输是一种用于长距离运输氢气的常见方式。
液氢是一种低温、高压的氢气，可以在液态氢槽车中进行储存和运输。
液氢槽车具有较高的载重量和运输效率，可满足大规模氢气运输的需求。
液氢槽车运输的主要挑战是保持液氢低温状态，以防止氢气的泄漏和蒸发。
因此，液氢槽车必须具备良好的绝热性能和安全控制系统，以确保液氢的安全运输。
最后，氢气压缩罐运输是一种针对小规模氢气运输的方式。
氢气压缩罐是一种专门用于储存和运输氢气的设备，可将氢气压缩到高压状态，并具有良好的密封性和安全性。
压缩氢气可以大大减小体积，并降低泄漏的风险。
氢气压缩罐运输适用于短途运输和点对点交付，例如供应氢气燃料电池车辆或部署短暂的氢气供应站。
然而，由于氢气压缩罐的体积较大、重量较重，运输成本相对较高。
综上所述，氢气的运输方式包括管道运输、液氢槽车运输和氢气压缩罐运输。
不同的运输方式适用于不同的应用场景和运输需求。
管道运输适用于大规模的氢气输送，但需要严格的安全措施和高成本的建设。
液氢槽车运输适用于长距离大批量的氢气运输，但需要解决液氢的低温保持问题。
加氢站氢气运输方案的比较与选择
加氢站氢气运输方案的比较与选择随着氢能源的快速发展，加氢站建设成为了实现氢能源应用的关键环节之一、而加氢站的氢气运输方案的选择则直接影响着加氢站的运营效率和经济性。
本文将对目前常见的氢气运输方案进行比较与选择，并从经济性、环境友好性、安全性等方面进行评估。
目前常见的氢气运输方案主要包括压缩氢气运输、液氢运输和氢转化成担体材料运输。
下面将对这三种方案进行详细介绍并进行比较：1.压缩氢气运输压缩氢气运输是将氢气通过压缩装置将氢气压缩成高压气体，并通过专用的高压气体储氢器进行运输的方式。
压缩氢气运输具有成熟的技术和设备，运输效率较高。
但由于氢气的高压运输存在一定的安全风险，需要对运输管道和储氢器进行严格的设计和管理。
此外，压缩氢气运输成本较高，需要大量的能源和设备投入。
2.液氢运输液氢运输是将氢气通过冷却压缩的方式将其转化为液态，然后通过专用的液氢储运容器进行运输。
液氢运输相比于压缩氢气运输来说，储运效率更高，可以有效减少运输成本和能源消耗。
但液氢的低温运输也存在一定的安全隐患，需要采取一系列的安全措施来保证运输过程的安全性。
3.氢转化成担体材料运输氢转化成担体材料运输是将氢气通过化学反应转化成其他形式的物质，使其能够更安全地存储和运输。
常见的担体材料包括金属氢化物、有机化合物等。
担体材料运输具有储运效率高、安全性好的特点，但由于转化过程需要能量输入，使得运输成本相对较高。
根据以上的比较可以看出，液氢运输是目前常见的氢气运输方案中，综合性能相对较好的一种方案。
液氢运输具有高储运效率和较低的运输成本，且在安全性方面也有一系列的技术和装置来保证。
尽管液氢运输存在一定的低温运输安全隐患，但通过合理的设计和管理可以有效降低风险。
因此，在建设加氢站时，选择液氢运输方案是一种较为可行的选择。
当然，在实际选择时，还需要考虑一些具体因素。
例如，当加氢站与氢气生产厂家距离较近且输送距离较短时，压缩氢气运输可能更为适合。
氢能源在交通运输领域的应用与挑战
氢能源在交通运输领域的应用与挑战随着气候变化问题的日益严峻以及对化石燃料依赖的意识增强，氢能源作为一种清洁、可再生的能源逐渐受到关注。
在交通运输领域中，氢能源被认为是一种可行的替代能源，具有重大的潜力。
本文将探讨氢能源在交通运输领域的应用以及面临的挑战。
一、氢能源在交通运输领域的应用1. 氢燃料电池汽车氢燃料电池汽车是指使用氢气和氧气反应产生电能驱动车辆的一种车型。
它与传统燃油车相比具有零排放、高能量密度等优势。
由于氢气可以快速充填，车辆续航里程也相对较长，因此受到了许多汽车制造商和消费者的关注。
2. 氢燃料电池公交车氢燃料电池公交车已经在一些城市开始试点运营。
这些公交车使用氢气和氧气反应产生电能，以驱动电动机运行。
相比传统的公交车辆，它们具有零排放、低噪音和更高的运营效率等优势。
同时，氢燃料电池公交车的加氢时间相对较短，可以提高运营效率和服务质量。
3. 氢燃料电池火车一些地区已经开始使用氢燃料电池火车来替代传统的燃油火车。
氢燃料电池火车采用类似于氢燃料电池汽车的技术，利用氢气和氧气的反应产生电能供火车驱动。
这种火车在运行过程中无排放物的释放，对环境友好，并且可以提供可靠的交通服务。
二、氢能源在交通运输领域面临的挑战尽管氢能源在交通运输领域具有许多潜力，但它仍然面临一些挑战。
1. 基础设施建设氢能源在交通运输领域的应用需要大量的基础设施建设，包括氢气生产、存储和加氢站等。
目前，氢气生产主要依赖于传统的化石燃料，还没有清洁和可持续的生产途径。
此外，加氢站的建设和运营成本都比较高，需要大规模的投资。
2. 安全性问题氢气具有较高的燃烧性和易爆性，因此需要采取严格的安全措施来确保使用过程的安全。
此外，氢气的泄漏很难被察觉和控制，需要进行更加严格的安全监测和管理。
3. 能源效率氢燃料电池的能源转换效率相对较低，目前只有约50%左右，而传统的内燃机车辆能源转换效率可以达到70%以上。
这种能源转换效率的差距需要进一步提高，以提高氢能源在交通运输领域的竞争力。
氢气运输方案
氢气运输方案随着氢燃料车辆的日益普及，氢气运输也日益受到注目。
氢气虽然是一种非常好的清洁能源，但由于其易燃和易爆的特性，其运输和储存是一项非常严峻的挑战。
在本文中，将介绍目前主流的氢气运输方案，以及其优缺点和应用场景。
液氢运输液氢是氢气的一种储存方式，液氢的体积和重量比气态氢分别减小了700和400倍，因此液氢储存具有很高的储存能量密度。
由于其低温和低密度，液氢的运输和储存需要非常严格的条件，如特殊的压力容器和冷却装置等。
此外，由于其易挥发性和易泄漏性，液氢运输需要严格的管道、泄漏和爆炸等安全保护措施。
液氢运输的优点是能够储存大量的氢气，且方便运输。
然而，其缺点也是非常明显的。
液氢的制备和储存成本较高，同时其传输需要高压和低温的条件下进行，这对设备成本和安全保护要求提出了极高的要求。
因此，液氢运输主要适用于需要高储能量和无法连续加气的应用场景，如太空航天、备份电源和极端环境下的车辆等。
氢气管道运输与传统的石油和天然气管道不同，氢气管道的建设和运输需要高压、高纯度和特殊的材料和技术。
氢气管道主要适用于氢气来源和终端消费地相对靠近、大规模的储能和传输场景，如一些工业区域和人口密集地区。
氢气管道运输的优点是能够在较长的距离内输送大量的氢气，且能够保持较高的储存能量密度。
但其缺点也显而易见，建设和维护氢气管道需要巨大的经济和技术投入，其它各方面的支持设施也需要相应的配合，如氢气生产、储存、加氢和排放等。
氢气贮运车运输氢气贮运车是将液氢储存、减压、加热后，将氢气传输到氢气加氢站和其它终端消费场所的一种氢气运输方式。
氢气贮运车在氢气加氢站、电厂和大型工业用气场所等运输距离相对较短的场景下得到了广泛应用。
氢气贮运车运输的优点是方便、灵活、快速，能够满足实时的氢气供应和需求。
但其缺点也很明显，其氢气储存和贮运成本都比较高，并且由于液氢的易挥发性和易泄漏性，其安全保护措施要求也非常高。
总结综上所述，可以看出，氢气运输是一个极具挑战性和经济性的领域。
氢气运输方案
氢气运输方案背景随着人们对环境保护的关注日益加强以及全球温室气体排放量的不断增加，绿色能源的开发和利用逐渐成为全球关注的热点问题。
而氢能作为零污染、高能量密度的能源，受到了越来越多的重视。
但是，如何将氢能够安全、高效、经济地运输到所需的区域仍然是氢能产业发展面临的诸多难题之一。
氢气运输方式氢气运输通常采用以下几种方式：管道运输管道运输是将氢气存储在钢管中，然后通过管道输送到目的地的方式。
这种方式通常用于长距离运输和工业加氢站的供气。
管道运输不会受到气候条件的限制，而且能够实现大规模的供气，但是需要建造高压管道，建设成本高昂，且管道在运输过程中会受到外界因素（如自然灾害、人为损坏等）的影响，存在一定的安全风险。
液化氢运输液化氢运输是将氢气压缩至超低温状态（-253℃）变为液态，然后通过槽罐车或钢瓶等汽车运输工具进行运输。
因为液化氢能够大幅度减小其体积，便于运输、储存和使用，因此，液化氢运输是目前应用最广泛的一种氢气运输方式，能够轻松实现城市内的点对点输送，但是也存在一定的危险性和成本较高的问题。
吸附式氢气存储罐运输吸附式氢气存储罐是一种特殊的钢瓶，可以通过吸附剂将氢气存储下来，然后通过槽罐车或其他运输工具进行运输。
由于吸附式氢气存储罐的结构特殊，存储效率高、体积小，因此在近距离或小规模氢气的运输中使用广泛。
不过，吸附式氢气存储罐的成本相对较高，需要进行复杂的安全检测和维护。
氢气运输的安全问题虽然氢气作为一种无污染、高能源密度的能源受到了越来越多的重视，但是其安全问题也引起了各方的关注。
氢气在与氧气混合时极易发生爆炸，因此在其运输和储存过程中需要严格控制火源和静电等因素，并保证更加稳定的运输工具和设备。
此外，氢气的液化和压缩会产生极低温度，因此需要在处理过程中注意保护符合安全标准的工作人员，以减少潜在的伤害和损失。
结论尽管氢气作为一种绿色能源具有广泛的应用前景，但是在其运输过程中仍存在一定的安全风险和成本问题。
储氢、运氢、加氢技术方案
储氢、运氢、加氢技术方案一、储氢技术方案。
1. 高压气态储氢。
就像把氢气这个调皮的小气体关在一个超级坚固的小牢房里。
我们用特制的高压容器，压力能达到35 70兆帕甚至更高。
这些容器得特别结实，要能承受住氢气的压力，就像给氢气盖了个超级抗压的房子。
不过呢，这种方式有个小缺点，就是容器本身比较重，而且氢气在高压下密度也不是特别高，就像虽然把很多人挤在一个小房间里，但还是没有把空间利用到极致。
2. 液态储氢。
这就好比把氢气变成了超级冷的小冰块。
要把氢气冷却到 253℃，这个温度可是超级低的哦，这样氢气就变成液态了。
液态氢的密度比较大，在储存相同量氢气的时候，液态储氢的容器相对就可以小一些。
但是呢，让氢气保持这么冷的状态可不容易，就像要一直给这个小冰块盖着厚厚的“被子”（保温层），不然它就会受热变成气态跑掉啦，而且制冷设备也很费钱。
3. 固态储氢。
想象一下氢气像个小客人住进了固体材料这个“小旅馆”里。
我们用一些特殊的金属合金或者多孔材料，氢气分子可以吸附或者和这些材料发生反应而被储存起来。
这种方式比较安全，就像小客人在小旅馆里不会到处乱跑。
而且固态储氢材料可以根据需要做成不同的形状，很方便。
不过呢，目前这种技术还不是特别成熟，就像小旅馆还在装修，有些设施还不太完善，比如说储氢的容量还需要进一步提高，而且材料的成本也有点高。
二、运氢技术方案。
1. 气态运氢。
如果把氢气当作一群小气球，那气态运氢就是把这些小气球装在一个长长的管道或者特制的高压罐车里运输。
管道运输就像是给小气球们建了一个专属的空中走廊，不过管道建设成本很高，就像在空中建一条走廊要花好多钱呢。
罐车运输相对灵活一些，就像开着一辆装满小气球的大卡车，可以把氢气送到不同的地方。
但是罐车运输量有限，而且氢气在高压下运输也有一定的危险性，就像卡车上装着一群调皮的小气球，得小心它们别跑出来或者爆炸了。
2. 液态运氢。
这时候氢气就像一桶桶超级冷的液体。
我们用专门的低温液态氢运输罐车或者船来运输。
氢气运输方案
氢气运输方案随着氢能技术的日渐成熟，氢气作为一种清洁能源备受关注。
然而，氢气具有极高的燃烧性和易爆性，因此需要对其进行安全可靠的运输。
本文将从管道运输、液氢运输和气态压缩氢气运输三个方面，分别介绍氢气运输方案。
1. 管道运输管道运输是氢气运输的主流方式之一，其优点在于输送量大、稳定性高和环保。
氢气管道可以分为低压管道和高压管道两类。
1.1 低压管道低压氢气管道的工作压力一般在10MPa以下，适用于城市氢气分配网和城市火车站氢气加氢站等场所的氢气储存和输送。
在低压管道运输中，氢气通常以压缩氢气的形式输送，在输送过程中需要进行多层保护措施，以保证其安全性。
1.2 高压管道高压管道用于长距离输送氢气，其工作压力一般在20~70MPa之间。
高压管道的设备和构造要求要高于低压管道，需要进行更严格的安全掌控和维护。
高压管道的输送效率高，但是因为其容易发生泄漏和破裂等安全问题，应用还需要继续改进完善。
2. 液氢运输液氢运输也是目前广泛应用的一种运输方式，在储存密度和径路费用方面具有明显优势。
液氢运输通常采用的是容器式氢气储运，它的基本构成是一个液态氢储罐、一个液氢回收器和一个加压容器等三部分。
液氢运输设备的建造和维护都很关键，其中液氢回收技术和液氢泄漏控制技术的发展是液氢运输的两个重要方向。
3. 气态压缩氢气运输气态压缩氢气运输顾名思义就是将氢气进行压缩再运输，通常适用于短距离氢气运输。
在这种运输方式中，氢气装入高压储氢瓶后，通过车辆的氢气储存系统进行运输。
气态压缩氢气运输具有成本低、便于控制、不占用过多空间等优势，因此也被广泛应用于氢燃料汽车等领域。
结语总之，氢气作为未来的清洁能源之一，氢气的安全可靠运输十分重要。
纵观三种氢气运输方案，每一种都有其独特的优缺点，应当根据实际情况制定合适的方案。
未来随着氢气技术的日益成熟，相信氢气运输方案也将变得更加安全、便捷和高效。
氢能源技术在交通运输领域的应用
氢能源技术在交通运输领域的应用随着全球对可再生能源的需求不断增长，氢能源技术逐渐成为各国关注的焦点。
作为一种清洁、高效、可再生的能源，氢被广泛认为可以推动交通运输领域的可持续发展。
本文将探讨氢能源技术在交通运输领域的应用，并分析其潜力与挑战。
一、氢能源技术概述氢能源技术是指将氢气作为能源源进行存储和利用的技术体系。
氢气是一种高效的能源媒介，通过燃料电池等设备可以将氢气转化为电能，并且在这一过程中只产生水蒸汽和热能，不产生污染物和温室气体。
因此，氢能源技术被誉为“零排放、零污染”的能源解决方案。
二、氢能源技术在交通运输领域的应用1. 氢燃料电池汽车氢燃料电池汽车是氢能源技术在交通运输领域的主要应用之一。
该类型汽车以氢气作为燃料，并通过燃料电池将氢气转化为电能，驱动电动机运行。
与传统燃油车相比，氢燃料电池汽车具有零排放、零污染、快速加氢等优势。
尽管目前氢气加氢基础设施的建设仍存在挑战，但随着技术的进步和政策的支持，氢燃料电池汽车有望在未来成为交通运输领域的主流选择。
2. 氢气混合动力汽车除了氢燃料电池汽车，氢气混合动力汽车也是一种利用氢能源技术的可行方案。
该类型汽车通过将氢气与燃油混合供给发动机，实现燃烧产生动力。
相比纯氢燃料电池汽车，氢气混合动力汽车的加氢设施要求较低，且可以利用现有的内燃机技术。
然而，由于氢气的储存和供应仍存在技术和安全方面的挑战，氢气混合动力汽车目前还处于研发和试验阶段。
3. 氢气加氢站建设氢气加氢站是实现氢能源技术在交通运输领域普及的重要基础设施。
加氢站的建设涉及氢气的储存、输送、供应等方面的技术挑战，同时还需要解决安全性、经济性等问题。
各国政府和企业正加大对氢气加氢站建设的投资，以推动氢能源技术在交通运输领域的广泛应用。
三、氢能源技术在交通运输领域的潜力与挑战1. 潜力氢能源技术在交通运输领域具有巨大的潜力。
使用氢作为燃料可以大幅减少交通尾气排放和温室气体排放，提高空气质量和环境可持续性。
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加氢站氢气运输方案的比较与选择时间:2010-08-28 12:28来源:同济大学作者:马建新等点击:315次首先结合文献定性介绍了现有氢气运输方式,然后对氢气通过长管拖车、槽车及管道运输的运输成本、能源消耗及安全性进行深入研究，运输成本通过建立加氢站氢气运输成本模型进行分析。
为促进燃料电池汽车的发展,上海必须建立与之发展相适应的氢基础设施(加氢站) . 加氢站按制氢地点可分为外供氢加氢站和站内制氢加氢站,而对于外供氢加氢站,氢气的运输是重要的一环。
氢气的运输方式是多样的,且每种运输方式的应用场合、成熟程度、使用成本等都不相同,因此需要进行比较,根据实际情况研究合理的运输方式,以有效促进上海氢基础设施的发展。
1 氢气运输方式按照输送时氢气所处状态的不同,氢气的运输方式可分为:气态氢气( GH2) 输送、液态氢气(LH2 )输送和固态氢气(SH2) 输送. 前两者将氢气加压或液化后再利用交通工具运输,是目前加氢站正在使用的方式. 固态氢气输送通过金属氢化物进行输送,迄今尚未有固态氢气输送方式,但随着固氢技术的突破,这种方便的输配方式预期可得到使用。
1. 1 高压氢气运输氢气通常经加压至一定压力后,然后利用集装格、长管拖车和管道等工具输送. 集装格由多个水容积为40L的高压氢气钢瓶组成,充装压力通常为15MPa. 集装格运输灵活,对于需求量较小的用户,这是非常理想的运输方式。
长管拖车由车头和拖车组成，长管拖车到达加氢站后,车头和管束拖车可分离,所以管束也可用作辅助储氢容器. 目前常用的管束一般由9个直径约为0.5 m ,长约10m的钢瓶组成,其设计工作压力为20 MPa ,约可充装氢气3500标准m3。
管束内氢气利用率与压缩机的吸入压力有关,大约为75%～85%. 长管拖车运输技术成熟,规范完善,因此国外较多加氢站都采用长管拖车运输氢气,上海较大规模商品氢运输即采用长管拖车运输。
氢气也可通过管道输送至加氢站. 美国、加拿大及欧洲多个工业地区都有氢气管道,直径大约为0. 25～0. 3m ,压力范围为1～3MPa ,流量在310～8900 kg·h - 1之间. 目前氢气管道总长度已经超过16000km .管道的投资成本很高,与管道的直径和长度有关, 比天然气管道的成本高50 %～80 % ,其中大部分成本都用于寻找合适的路线.目前氢气管道主要用于输送化工厂的氢气。
1. 2 液氢运输液氢的体积密度是70. 8 kg·m- 3 ,体积能量密度达到8. 5 MJ·L - 1 ,是气氢15MPa运输压力下的6. 5倍. 因此将氢气深冷至21K液化后,再利用槽罐车或者管道运输可大大提高运输效率. 槽罐车的容量大约为65m3 ,每次可净运输约4000 kg氢气。
国外加氢站采用槽车液氢运输的方式要略多于气态氢气的运输方式.液氢管道都采用真空夹套绝热,由内外两个等截面同心套管组成,两个套管之间抽成高度的真空. 除了槽罐车和管道,液氢还可以利用铁路和轮船进行长距离或跨洲际输送. 深冷铁路槽车长距离运输液氢是一种既能满足较大输氢量又是比较快速、经济的运氢方法. 这种铁路槽车常用水平放置的圆筒形杜瓦槽罐,其储存液氢的容量可达到100m3 ,特殊大容量的铁路槽车甚至可以运输120～200 m3的液氢. 目前仅有非常少量的氢气采用铁路运输。
表1定性地比较了上述几种方式的适用场合、运输量、技术成熟程度、应用情况及其优缺点。
尽管氢气运输方式众多,但从发展趋势来看,在今后相当长一段时期内加氢站氢气主要通过长管拖车、槽车和气氢管道进行运输. 因此,本文对这三种运输方式进行了更为深入的研究。
2 氢气运输成本分析氢气的运输成本是选择氢气运输方式的重要指标. 为了计算氢气的运输成本,本研究小组基于Excel开发了氢气运输成本模型,能计算长管拖车运输、液氢槽车运输和管道输送的成本. 本模型的计算是从实际加氢站数量和加氢站大小出发,来计算所需长管拖车或液氢槽车的数量,从而确定固定设备投资. 然后根据人工、能耗及其运行维护成本的输入,输出氢气的运输成本。
长管拖车和槽车运输成本模块建立的数学原理相差不大,都是利用每天需要运输次数和长管拖车或槽车每天可运输次数计算长管拖车和槽车的数量,然后再确定其他投资成本. 而管道运输模块建立的关键是根据加氢站的流量计算管道的直径,它可以采用Panhandle B 公式进行计算:式中, FR 为管道流量; L p 为管道长度; Tp 为管道温度; Pi 为管道入口压力; Po 为管道出口压力;ρ为氢气相对密度; Psc和Tsc为标况下的压力和温度; E 为管道运输效率; Z 为氢气压缩因子.2. 1 长管拖车运输模块建模的数学原理根据加氢站的数量及需求大小确定所需的长管拖车数量是建立本模块的关键。
在确定加氢站的数量及大小后,可得到氢气的年运输量为Fa = 365 S n s C F (2)式中, Fa 为氢气年运输量; S 为加氢站大小, kg·d - 1 ; n s为加氢站数量; C F为容量系数, %。
长管拖车每个钢瓶可输送氢气量为式中, m cd为单个钢瓶输氢量, kg ; P max为钢瓶最大运行压力, 0. 1 MPa ; P min为钢瓶最小压力, 0. 1MPa ; V c为钢瓶水容积, m3 ; Top为管束运行温度, ℃。
则长管拖车运输一趟可输送氢气量为m td = m cd ·n c (4)式中, m td为长管拖车一次输氢量,kg. n c为钢瓶数量.根据年运输量及长管拖车每次运输量,可得到每年长管拖车需要运输的次数为N dy = F a/ m td (5)式中, N dy为长管拖车一次输氢量,kg。
则长管拖车的年耗油量为D f = 2N dy ·d ·f e/ 100 (6)式中,D f为长管拖车年耗油量,L ; d为加氢站与氢源点距离,km; f e为卡车燃料经济性,L·(100 km) - 1 。
长管拖车每天需要运输的次数为N dd = N dy/ 365 a t (7)式中, N dd为长管拖车每天运输次数; a t为卡车年可使用率, %。
拖车运输一次所需要的来回时间为Td =2d·t-1+ t1 + t u (8)式中, T d为一次来回时间,h ; t l为氢源点装载管束时间,h ; t u为氢源点卸载管束时间,h ; v 为平均速度,km·h- 1 。
由此可以计算出所需拖车的数量N c =[ N dd T d）·（t ot）-1]+ 1 (注:[ ] 为高斯符号) (9)式中, N c为拖车数量; t ot为卡车运营时间,h。
每管束氢气可用天数N ud =m td（S ·C F）-1 (10)则所需的管束数量根据总填充和运输时间应小于每个站氢气平均耗尽时间来计算. 可分两种情况.当每管束氢气可用时间大于一管束运输一趟的时间,也即（N ud ·24）n s-1 > Td + t tf (11)式中, t tf为长管拖车灌充氢气的总时间,h.那么所需要的管束数量等于拖车数量即可,即N t = N c (12)式中, N t为管束数量。
否则需要增加额外的管束使平均填充和运输时间缩短,总的管束数量为N t = N c +t tf [（N ud×24•n s-1）-T d•N c]+1 (13)据此可计算出管束和拖车头的数量,从而确定设备投资及其他相关投资,如人工需求、拖车能耗等。
2. 2 运输成本计算及分析分别对加氢站数量为1个、4个、8个和16个共4种情况计算氢气运输成本. 假设加氢站距离氢源点的距离均为50 km ,长管拖车运输压力为20MPa.液氢槽车的容量为65m3 ,钢瓶总水容积为20m3 ,长管拖车灌充氢气时间为7.5h ,站内卸载时间为7.5h ,卡车平均时速为50 km·h - 1 . 卡车、槽车、管束和管道的寿命分别为10年,10年,20年和40年。
计算时采用的内部收益率IRR为10% ,那么分析周期内每年应收回投资与周期初期投资的比值,也即资本回复系数可按下式计算:CRF =I RR[1 - (1 + I RR) – N] (14)式中, CRF为资本回复系数, IRR为内部收益率, N为分析年限。
一组大约3400标准m3容积的集装管束价格大约为120万元,车头的价格大约为40万元,一辆15000加仑容量(约68m3)的液氢槽车价格大约为50万美元.柴油的价格为42元·L- 1 ,员工费用为6万元·年- 1·人- 1。
图1为氢气通过长管拖车运输的成本。
可以看到,当加氢站数量少时,运输成本可高达4.7 元·kg - 1 . 随着加氢站数量的增加和加氢站规模的增大,成本逐渐降低. 但是在加氢站数量较少时,成本在下降过程中出现波动,这与长管拖车利用效率有关,例如当加氢站规模750kg·d- 1时,长管拖车处于高负荷工作状态,但当规模增加到900 kg·d- 1时,由于需要增加管束,降低长管拖车总体负荷强度,利用率降低, 所以运输成本上升.当加氢站网络的数量达到8个后,运输成本逐渐稳定在2. 3元·kg- 1 .图2是液氢的运输成本.可看到,随着加氢站数量和规模的增加,液氢的运输成本快速降低. 液氢槽车运输氢气的最低成本为0. 4元·kg - 1 ,将近为长管拖车的1/6.图3是氢气通过管道运输的运输成本,管道的运输距离也为50km.可看到,氢气的运输成本随每个加氢站规模的增加而迅速减少,但是三条曲线基本重叠,说明加氢站数量的增加并不减少氢气运输成本,其原因是增加加氢站需要另外铺设氢气管道,其昂贵的投资使氢气运输成本基本维持不变. 当加氢站规模达到1500 kg·d - 1时,氢气的运输成本大约为6元·kg- 1 .单从运输方面的成本来看,三种运输方式中以液氢运输成本最低,管道运输最高. 注意此液氢运输成本没有包含氢气液化及蒸发成本,氢气液化设备的投资非常巨大,一个日处理量为120t氢气的液化厂投资约为9千万美元. Syed等计算了规模为3×104 kg·h - 1的氢气液化成本,达到4. 5元·kg - 1 ,若考虑到此,长管拖车运输氢气的成本在目前还是比较低的.由于长管拖车运输和槽车运输技术都非常成熟,通过技术进步降低设备成本不大可能. 但是今后生产规模扩大后能降低部分成本。
3 能耗分析氢气首先经过压缩或液化后再进行运输,这些过程都需要消耗能量.Bossel等深入地比较了压缩和液化的能耗以及氢气道路运输的能耗,可为氢气运输方式的选择提供参考. 氢气的高热值为142 MJ·kg - 1 ,如果将氢气压缩到20MPa ,大约消耗能量14MJ·kg - 1 ,相当于氢气内能的10 %左右.液化能耗很高,具有明显的规模效益. 当液化量很少时,液化能耗甚至高于氢气的热值,当液化量达到1000 kg·h - 1时,液化能耗仍超过40 MJ·kg - 1 ,是低热值的30 %以上. 对于一般规模的液化厂,氢气液化能耗大约为压缩能耗的3倍. 氢气压缩的部分能量在加氢站内还可以加以回收利用,比如利用长管拖车与储氢罐的压差为储氢罐自然充气.但是氢气液化的能量在固定储氢容器和液氢运输管网上无法利用,被白白浪费.在运输距离为500km,运输压力为20MPa的氢气消耗30%的车载能量,而运输液氢仅消耗4%左右的车载能量,因此,长距离宜采用液氢运输。