液氫密度70.8kg/m³,大約是20MPa氫氣的5倍,是35MPa氫氣的3倍,是70MPa氫氣的1.8倍。
與高壓氫氣相比,液氫最大的優(yōu)勢(shì)在于其密度大,可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)存和運(yùn)輸,儲(chǔ)運(yùn)方便、運(yùn)輸成本更低,液氫儲(chǔ)重比高使得相同重量氫儲(chǔ)箱的車輛行駛里程更長(zhǎng),液氫工作壓力低更安全等。
(1)液氫易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)存。
與70MPa高壓儲(chǔ)氫單個(gè)儲(chǔ)罐一般不超過(guò)5m³,相比液氫的儲(chǔ)存壓力低,使得單個(gè)罐的容積可以做到非常大,占地面積小,這非常適合大規(guī)模的儲(chǔ)能應(yīng)用,同時(shí)將液氫以能源對(duì)外供應(yīng)。
目前世界上最大的液氫儲(chǔ)罐是位于美國(guó)肯尼迪航天發(fā)射場(chǎng)的液氫球罐,容積3800m³;美國(guó)正在建設(shè)4700m³液氫球罐,挪威規(guī)劃建設(shè)單個(gè)容積50000m³的液氫儲(chǔ)罐,如下圖所示。
(2)液氫易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)輸,使得儲(chǔ)運(yùn)更便利,實(shí)現(xiàn)規(guī)?;\(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。
據(jù)估算,一輛40m³液氫罐車的運(yùn)氫能力約等于8輛20MPa管束車的能力,考慮到實(shí)際使用時(shí)管束車剩余5MPa壓力不太好利用,一輛40m³液氫罐車的實(shí)際運(yùn)氫能力約等于10輛20MPa管束車的能力。
再計(jì)算車輛購(gòu)置費(fèi)用和運(yùn)輸油耗、過(guò)路費(fèi)用以及車輛安全性提高(交通事故率降低)等,液氫運(yùn)輸成本將遠(yuǎn)低于高壓氫氣成本的1/10,經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸距離可達(dá)1000km以上。
此外20MPa管束車卸車時(shí)間數(shù)小時(shí),甚至等待1~2天,而液氫罐車裝卸時(shí)間短,一般0.5~1小時(shí),大大提高了轉(zhuǎn)運(yùn)效率,這對(duì)于降低氫氣使用的成本都具有重要意義。
(3)液氫儲(chǔ)運(yùn)的儲(chǔ)重比可超過(guò)10%,比高壓氫儲(chǔ)運(yùn)(一般不超過(guò)5%)高。
因此在物流車、重卡及客車等長(zhǎng)期規(guī)律運(yùn)行且需要供氫量大的商用氫燃料電池車上,更適合采用車載液氫供氫系統(tǒng),相對(duì)于高壓儲(chǔ)存可攜帶更多的氫,續(xù)駛里程可達(dá)1000km以上,在初期示范階段,可大大減少對(duì)沿途加氫站數(shù)量的需求。
(4)液氫工作壓力低,使用更安全。
液氫技術(shù)路線在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中壓力等級(jí)較低,一般不超過(guò)1MPa,相對(duì)來(lái)說(shuō)安全性更高。
在德國(guó)、日本,液氫加氫站可直接建在居民區(qū),更適合商業(yè)推廣應(yīng)用。
目前我國(guó)液氫儲(chǔ)罐最大容積為300m³,為圓柱形臥式儲(chǔ)罐,位于海南文昌。與美國(guó)3800m³液氫球罐相比,差距較大。
2021年,科技部氫能專項(xiàng)資助了400m³液氫球罐的研制。液氫球罐是未來(lái)我國(guó)氫大規(guī)模儲(chǔ)存的關(guān)鍵設(shè)備,從設(shè)計(jì)、工藝、制造等各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)都是挑戰(zhàn),需要加大科研力量和投入集智攻關(guān)。
在液氫完全民用化的發(fā)達(dá)國(guó)家,特別是美國(guó),因?yàn)橐簹湟?guī)模大,價(jià)格低,為客戶供應(yīng)氫氣,除了管道輸送之外,以液氫運(yùn)輸方式供應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。
而在我國(guó),目前以高壓氫氣供氫為主,成本高,效率低,液氫供氫現(xiàn)在無(wú)法審批上路,主要原因在于國(guó)內(nèi)目前尚沒(méi)有取得壓力容器使用許可的移動(dòng)式液氫容器。
從國(guó)內(nèi)企業(yè)的制造能力和水平來(lái)說(shuō),制造出一個(gè)合格的移動(dòng)式液氫容器不成問(wèn)題,重要的是制定出監(jiān)管部門認(rèn)可的移動(dòng)式液氫容器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制造容器,經(jīng)壓力容器監(jiān)管部門監(jiān)督下的型式試驗(yàn)合格后,取得壓力容器使用許可證。
液氫運(yùn)輸可采用液氫罐箱和液氫槽車兩種方式,液氫罐箱因?yàn)榭申懞?章?lián)運(yùn),還需取得船級(jí)社等相關(guān)認(rèn)證;而液氫槽車因?yàn)橐簹淙萜骱瓦\(yùn)輸車固定在一起,還需取得工信部的車輛檢驗(yàn),進(jìn)入公示目錄,才能銷售,獲得交通部門的車輛牌照,才可以由?;愤\(yùn)輸公司運(yùn)營(yíng)車輛來(lái)運(yùn)輸液氫。
最初,壓力容器行業(yè)專家認(rèn)為液氫罐箱不涉及到工信部、交通部門等審批監(jiān)管,手續(xù)相對(duì)簡(jiǎn)單,能夠優(yōu)先上路,但是需要經(jīng)過(guò)船級(jí)社等認(rèn)證,認(rèn)證程序也比較復(fù)雜。而液氫槽車不需要經(jīng)過(guò)船級(jí)社等認(rèn)證,工信部和交通部、安監(jiān)、物流等監(jiān)管部門已經(jīng)認(rèn)識(shí)到液氫運(yùn)輸對(duì)于氫能發(fā)展的重要性,正在推動(dòng)相關(guān)企業(yè)和部門進(jìn)行液氫槽車研制,以及相關(guān)審批流程的溝通協(xié)調(diào)。
期望國(guó)內(nèi)相關(guān)部門和企業(yè)同心協(xié)力,盡快解決液氫的上路運(yùn)輸問(wèn)題,為我國(guó)氫能的大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)掃清障礙。
原標(biāo)題 :液氫在氫儲(chǔ)運(yùn)中的價(jià)值及發(fā)展難點(diǎn)