氫氣輸送技術(shù)及儲(chǔ)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性剖析

氫氣輸送技術(shù)

根據(jù)儲(chǔ)氫狀態(tài)氫氣輸送分為氣態(tài)輸送、液態(tài)輸送和固態(tài)輸送，氣態(tài)和液態(tài)為目前的主流方式。根據(jù)運(yùn)輸工具，氫氣輸送主要有長(zhǎng)管氣態(tài)拖車(chē)、液氫槽罐車(chē)和管道（純氫管道、天然氣管道混輸）輸氫。

氣態(tài)長(zhǎng)管拖車(chē)輸氫是當(dāng)前較為成熟的運(yùn)氫方式。國(guó)際上已有廠(chǎng)商采用45-55MPa的氫氣瓶組進(jìn)行氫氣運(yùn)輸。國(guó)內(nèi)目前只有20MPa鋼制高壓長(zhǎng)管拖車(chē)和瓶組，儲(chǔ)氫密度低，未來(lái)將以30MPa及以上的高壓力等級(jí)為主。

全球氫氣液化裝置50余座，總產(chǎn)能超過(guò)470噸/天，在北美應(yīng)用較多。我國(guó)有4座氫液化裝置投入使用，均在航天領(lǐng)域，總產(chǎn)能約5噸/天，占全球約1%。液氫在美歐的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、加注及應(yīng)用等各項(xiàng)技術(shù)均已相對(duì)成熟。我國(guó)液氫產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)都比較薄弱，尤其是儲(chǔ)運(yùn)。我國(guó)液氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)發(fā)展起步較晚且關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)口受限，制約著液氫的規(guī)?；瘧?yīng)用。世界首條液氫運(yùn)輸船2020年在日本下水，從事澳大利亞到日本的液氫輸遠(yuǎn)。隨著液氫進(jìn)出口貿(mào)易的增加，未來(lái)船舶運(yùn)液氫有望成為主要運(yùn)氫方式之一。

輸氫管道在全球已建成約5000km，其中約85%分布在美國(guó)和歐洲，工作壓力在4MPa-8MPa。我國(guó)輸氫管道總長(zhǎng)約400km，分布在環(huán)渤海灣、長(zhǎng)三角、中原等地。我國(guó)輸氫管道較短、設(shè)計(jì)壓力較低，未來(lái)需要發(fā)展高壓的長(zhǎng)輸管道，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模輸氫。

氫氣儲(chǔ)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性

目前，技術(shù)上成熟、經(jīng)濟(jì)上可行的儲(chǔ)運(yùn)方式主要是氣態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)。EVTank的研究結(jié)果顯示，氣氫拖車(chē)在300km以?xún)?nèi)運(yùn)輸具有成本優(yōu)勢(shì)，液氫罐車(chē)在中遠(yuǎn)距離運(yùn)輸具備優(yōu)勢(shì)，尤其在400km后液氫的成本優(yōu)勢(shì)大于管道運(yùn)輸（利用率20%）。管道輸氫前期投資建設(shè)成本較高，其運(yùn)輸成本受運(yùn)能利用率影響，運(yùn)能利用率越高越經(jīng)濟(jì)。隨著氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展擴(kuò)大，未來(lái)長(zhǎng)距離、大規(guī)模的氫氣運(yùn)輸中管道輸氫有望成為好的運(yùn)輸方式。

圖1 不同氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本分析

國(guó)際可再生能源署發(fā)布的《實(shí)現(xiàn)1.5℃氣候目標(biāo)的全球氫能貿(mào)易：氫能載體技術(shù)回顧》報(bào)告，通過(guò)對(duì)比壓縮氣態(tài)氫氣與氨（遠(yuǎn)洋或沿海長(zhǎng)距離的氨運(yùn)輸一般采用冷凍型氨運(yùn)輸船）、液氫和液態(tài)有機(jī)氫載體等不同的氫能運(yùn)輸方式對(duì)成本產(chǎn)生的影響，對(duì)未來(lái)氫能運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)路線(xiàn)作出預(yù)判。運(yùn)氨船可以運(yùn)輸更遠(yuǎn)的距離，且適合各種規(guī)模大小的項(xiàng)目；管道運(yùn)輸受距離限制較大，只適合1-2000公里的運(yùn)輸；液氫儲(chǔ)罐能量密度更占優(yōu)勢(shì)，在相對(duì)較短的距離和大流量上具有吸引力；LOHC對(duì)較小規(guī)模的項(xiàng)目有吸引力。

圖2 2050年具成本效益的氫運(yùn)輸途徑作為項(xiàng)目規(guī)模和運(yùn)輸距離的函數(shù)