氫能加注

 

液氫具有能量密度高、運(yùn)輸成本低、低壓儲運(yùn)安全等獨(dú)特優(yōu)勢，是解決氫燃料規(guī)模化儲運(yùn)供應(yīng)的理想方式。液氫生產(chǎn)、儲運(yùn)與加注關(guān)鍵技術(shù)和成套裝備已成為各國搶占?xì)淠苁袌鱿葯C(jī)的落腳點(diǎn)，正朝著安全、高效和低成本方向發(fā)展。液氫輸運(yùn)與儲存方式在未來氫能產(chǎn)業(yè)鏈中將越來越重要，是氫燃料電池規(guī)模化應(yīng)用的必然手段，也是今后加氫站建設(shè)的主要選擇之一。

 

加氫站平面圖

 

 

液氫加氫站分為液氫儲存型加氫站和液氫加注型加氫站，液氫儲存型加氫站是指加氫站內(nèi)以液氫的方式進(jìn)行儲存，加注前在站內(nèi)氣化成高壓氫氣進(jìn)行加注；液氫加注型加氫站是指直接給車輛加注液氫，在車載系統(tǒng)中進(jìn)行氣化。

 

浙江平湖液氫加氫站

 

液氫加注型加氫站的難點(diǎn)在于整個加注系統(tǒng)的低溫絕熱性，以及加注設(shè)備的研發(fā)。目前國內(nèi)外關(guān)于液氫加注設(shè)備仍處于研發(fā)試驗(yàn)狀態(tài)，成熟產(chǎn)品較少，難以滿足建站需求。液氫儲存型加氫站按照工藝又可以采用“先增壓后氣化”或“先氣化后增壓”的方式。

 

在國外的成熟工藝中，通常在液氫工廠將氣氫降至-253℃進(jìn)行液化，然后利用液氫槽車將液氫運(yùn)輸至液氫加氫站，將液氫儲存于站內(nèi)的液氫儲罐中，再利用液氫泵將液氫進(jìn)行增壓，然后利用高壓氣化器將液氫氣化為高壓氫氣，存入儲氫瓶組，從儲氫瓶組中取氣加注到有加氫需求的燃料電池車內(nèi)。該工藝系統(tǒng)還可以利用液氫的低溫冷能，用于加注前的氫氣預(yù)冷，此種“先增壓后氣化”相較于先氣化后通過壓縮機(jī)壓縮氣態(tài)氫的工藝，液氫泵的能耗要遠(yuǎn)低于壓縮機(jī)能耗，所以運(yùn)用廣泛。

 

 

液氫儲運(yùn)具有儲氫密度高（1m3液氫可產(chǎn)生770Nm氫氣）、儲存壓力低、安全等特點(diǎn)，是國外加氫站氫來源的主要方式之一。加氫站分為高壓氣氫和液氫加氫站，全球近400座加氫站中有1/3以上為液氫加氫站，其中絕大多數(shù)在美國，其次是日本。隨著氫能的大規(guī)模應(yīng)用，70MPa加注系統(tǒng)和液氫加氫站將會是主流。液氫儲存增壓氣態(tài)加氫站依靠高壓液氫泵增壓，代表低能耗加注未來發(fā)展趨勢。德國林德、美國ACD和法國Cryostar等國外公司已紛紛布局高壓液氫增壓技術(shù)研發(fā)，所研制的氫液池泵、活塞泵已有部分業(yè)績；國內(nèi)液氫加氫站涉及單位較少，受制于液氫的制備、儲運(yùn)、氫能利用市場規(guī)模等一系列問題，國內(nèi)建設(shè)加氫站成本較高，所需的關(guān)鍵部件沒有量產(chǎn)的成熟產(chǎn)品，大多數(shù)依靠進(jìn)口，且加氫站運(yùn)行維護(hù)成本也比較高，加之我國燃料電池汽車尚屬起步階段，我國目前的液氫加氫站數(shù)量不超過10座。

 

德國是液氫儲存型加氫站研究、應(yīng)用和推廣的先鋒，以林德公司開發(fā)的罐內(nèi)液氫泵增壓技術(shù)加氫站為代表，實(shí)現(xiàn)液氫高效增壓，已在世界主要燃料電池推廣國家地區(qū)的加氫站得到應(yīng)用。美國的ACD公司、法國的Cryostar公司，發(fā)展的是臥式管道活塞泵，為美國Plugpower、AP和法液空等公司開發(fā)的液氫儲存加氫站提供了核心裝備。

 

從國外近年來日加氫量大于200kg/d的加氫站建設(shè)趨勢及對加氫站發(fā)展技術(shù)路線的分析結(jié)果，采用液氫儲存方式的加氫站，將是未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)的主要發(fā)展方向。

 

從長遠(yuǎn)來看，大多數(shù)加氫站上必然會采用以液氫儲存為主的模式，并且可以實(shí)現(xiàn)70MPa、35MPa加注和液氫直接加注。不考慮土地成本，這種站的投資要比大量的高壓氣氫儲存站建站成本低25%以上，同加氫規(guī)模占地面積也要小很多，運(yùn)行維護(hù)成本當(dāng)然也會低很多。就站上用電指標(biāo)這一項(xiàng)，液態(tài)儲存站的耗電不到氣態(tài)儲存的20%，因?yàn)橐后w壓縮耗電量相當(dāng)?shù)汀＿@對于加氫站的建設(shè)和運(yùn)營是一個很有利的事情，經(jīng)測算，在相同的投資下，可以多建1/4的站點(diǎn)。這將是氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展的一個重要基礎(chǔ)支撐，在國外的很多加氫站點(diǎn)上，已經(jīng)得到相關(guān)的印證。

 

當(dāng)前，國內(nèi)數(shù)個廠家，包括國有企業(yè)、民營企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)都提出了液氫儲存加氫站作為發(fā)展方向。真正開展國產(chǎn)化研究的僅航天科技集團(tuán)公司，利用完善的液氫研究應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)條件，開展了加氫站流程研究和核心裝備國產(chǎn)化開發(fā)，建成了國內(nèi)首個液氫儲存加氫站試驗(yàn)與示范平臺，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)液氫裝備制取45MPa和95MPa高壓氫氣，為我國液氫儲存加氫站的深化研究和應(yīng)用推廣奠定了基礎(chǔ)。

 

 

對于氫能的運(yùn)輸，經(jīng)過對比液氫、高壓氫氣、管道運(yùn)輸三種方式，可以發(fā)現(xiàn)，在短途小規(guī)模運(yùn)輸氫中，尤其距離在100km以內(nèi)時，液氫運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性并不占優(yōu)勢，管束車運(yùn)輸高壓氫氣的方式成本要遠(yuǎn)低于液氫運(yùn)輸。但當(dāng)運(yùn)輸距離大于300km時，液氫的高效率運(yùn)輸所節(jié)省的運(yùn)費(fèi)已經(jīng)超過氫氣液化過程所需成本支出。超遠(yuǎn)距離1000km以上的運(yùn)輸，管道運(yùn)輸成本最低，然而供氫管道建設(shè)的成本較高，僅適合大規(guī)模供氫場景。若去除高壓氫氣壓縮成本和氫液化成本，單單考慮運(yùn)輸成本，那么液氫運(yùn)輸遠(yuǎn)低于高壓氫氣運(yùn)輸，大約為10%。所以液氫在大規(guī)模長距離供氫中具有很大優(yōu)勢，液氫加氫站具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。

 

此外，由于液氫密度較高，在相同氫儲存量下，液氫儲罐容積要遠(yuǎn)小于高壓氣氫儲罐，那么在加氫站的占地以及建設(shè)投資都相對較小。

 

因此，隨著燃料電池汽車市場的不斷拓展，為提高加氫站單站供應(yīng)能力，大規(guī)模加氫站將逐漸被引入，采用液氫加氫站是更為經(jīng)濟(jì)合適的技術(shù)路線。

 

圖片

 

 

加氫站是氫能在交通領(lǐng)域運(yùn)用的重要的基礎(chǔ)設(shè)施，加氫站的建站工藝和成本關(guān)系到整個氫能行業(yè)在交通領(lǐng)域的發(fā)展。液氫加氫站優(yōu)勢獨(dú)特，尤其是液氫儲存型加氫站能夠適應(yīng)市場需要，覆蓋面廣，經(jīng)濟(jì)效益突出，是未來加氫站建設(shè)的主要方向。在加氫站建設(shè)過程中，要結(jié)合建站目的，明確建站需求，長遠(yuǎn)打算，建設(shè)適用于當(dāng)?shù)厍闆r的加氫站，這樣才能更好的滿足加氫服務(wù)。