环环相扣!氢能运输全面解析
发布日期：2021/12/15
氢是宇宙中最丰富的元素，它无处不在，燃烧热值高、能量密度大且清洁无污染，被誉为21世纪“最理想的清洁能源”。
氢能作为一种高效、清洁的二次能源，具备可大规模储存、运输的性质，是解决现阶段全球环境问题、气候问题、化石能源危机的重要途径，因此其高效地开发和利用成为全球能源发展转型的关键方向。
作为氢能利用的基础前端环节，储运技术是氢气能够高效发展、利用的关键因素，也是目前限制氢气大规模使用的一项重要瓶颈。
01 氢发展——氢运输是核心关键
现阶段，提高氢气储运效率，降低运输成本，是当前氢气储存、运输发展的趋势。如何实现可靠、可持续并兼具成本效益的运输，是氢能源提升竞争力的关键。
氢气的运输方式可根据氢气的存储状态不同，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，目前加氢站多使用气态及液态的方式；固态氢气输送是通过金属氢化物进行输送，也是今后重要的发展研究应用方向。
▲三种运输方式对比图
三种运输手段在运输距离与投资强度等方面各存优劣，适用于不同应用场景。选择何种运输方式，需基于运输过程的能量效率、氢的运输量、运输过程氢的损耗和运输里程来综合考虑。但从发展趋势来看，虽然氢气运输方式众多，但目前主要通过长管拖车、管道输送和液氢槽车3种方式运输。
02 运氢方式——发展中寻求新机遇
作为最常用的运氢方式，长管拖车虽然在技术方面已经相当成熟，但只适用于运输距离较近(运输半径200公里)、输送量较低的运输场景。目前国内外大部分加氢站都采用长管气氢拖车运输氢气，例如在2022年北京冬奥会期间，将启用300台专门运输氢气的长管拖车为冬奥会氢能燃料电池大巴车示范运行提供氢气保障服务。
受国内标准约束，长管拖车的最高工作压力限制在20MPa，以上海南亮公司生产的TT11-2140-H2-20-I型集装管束箱为例，其工作压力为20MPa，每次可充装体积为4164Nm³、质量为347kg的氢气，装载后总质量33168kg，运输效率1.05%。而国际上已经推出50MPa的氢气长管拖车。若未来国内放宽对储运压力的标准，相同容积的管束则可以容纳更多氢气，从而降低运输成本。
而区别于长管拖车，天然气管道掺氢或纯氢输送一直是国内外氢气输运和规模化利用的重要研究方向。例如荷兰实施的Sustainable Ameland项目以及我国国电投在张家口进行的天然气掺氢示范项目均有涉及天然气管道掺氢或纯氢输送。
据研究表明，在天然气管网中掺混不超过20%的氢气，运输结束后可对混合气体进行氢气提纯，这样既能充分利用现有管道设施，也能降低氢气的运送成本。目前，我国采用天然气管道输送氢气尚处于初步研究阶段，未来随着氢能得到大规模发展时，适合大规模、长距离的氢气长输管网将成为运氢方式的最佳选择。
再来看液氢的运输方式，通常情况下，当液氢生产工厂离用户端较远时，液氢将被装在专用低温绝热槽罐内，放在槽车、铁路、船舶或者飞机上运输，几乎比气氢拖车单车运量的10倍还多。
综上所述，三种运氢方式中气氢管道运输还处于发展阶段，短时间难以普及，在氢能产业规模扩大后，结合可再生能源制氢，有望成为最优运输方式。
03 氢未来——“氢启未来”前景广阔
氢能由于具备来源多样、清洁低碳、安全、灵活高效、应用场景丰富等特点，已经越来越受到各国政府、能源生产企业、装备制造企业和研究机构的关注，被视为未来十年替代碳氢化合物以及应对气候变化的关键要素。同时，各国政策对氢能发展的支持，叠加行业长期发展的巨大潜力，氢能产业化节奏有望提速，让市场对未来氢能应用场景的预期也更加明确。
而随着氢能应用关键核心技术的不断突破，产业规模化的持续提升，除了汽车领域，逐步传导至交运、储能、建筑、电力等领域。未来，氢能源下游应用领域不断扩大，加速氢能源产业发展，推进构建绿色环保社会。
在氢能运输方面，《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》中提出未来氢能运输环节的发展路径：在氢能市场渗入前期，氢的运输将以长管拖车、低温液氢、管道运输方式因地制宜、协同发展。中期（即2030年），氢的运输将以高压、液态氢罐和管道输运相结合，针对不同细分市场和区域同步发展。远期（即2050年）氢气管网将密布城市、乡村，成为主要运输方式。
我国当前已初具氢能产业化发展条件，提高氢气储运效率，降低运输成本，是氢气储存、运输发展的趋势。相信在不久的将来，氢能将会是我们生活中不可缺少的一种绿色能源。
来源：隆基氢能
