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氫能儲運是當前影響產(chǎn)業(yè)鏈成本“最難啃的骨頭”,在國家《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃(2021-2035 年)》中提出,我國將逐步構建高密度、輕量化、低成本、多元化的氫能儲運體系。
4月8日,香橙會(huì )線(xiàn)上沙龍邀請三位行業(yè)人士,就儲運技術(shù)前景、成本走向等進(jìn)行頭腦風(fēng)暴,以下為會(huì )議實(shí)錄
會(huì )議開(kāi)始前,香橙會(huì )研究院研究總監黃奕博士分享了氫儲運行業(yè)當前的基本情況。
香橙會(huì )研究院黃奕:儲氫介質(zhì)尚未實(shí)現商業(yè)化
當前,長(cháng)管拖車(chē)是制約氫儲運產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大的痛點(diǎn)。不少企業(yè)正嘗試把II型瓶、III型瓶和IV型瓶的技術(shù)運用至長(cháng)管拖車(chē)上。目前拖車(chē)上主要是裝載量約370-392的I型普通鋼瓶,若是提升到II型瓶可達600公斤。
液氫儲運的效率高,經(jīng)濟半徑可以到200-500公里。對比國內外,液氫在國外已經(jīng)初步實(shí)現了商業(yè)化。對于氫氣的儲存能力,國外已經(jīng)可做到3萬(wàn)立方米的超大型球罐,國內現只有300立方米普通臥式液氫儲罐。
儲氫介質(zhì)尚未實(shí)現商業(yè)化,仍在商業(yè)化階段。主要分為固態(tài)金屬、有機液體和合成燃料三大類(lèi)。
來(lái)源:香橙會(huì )研究院
中集集團總裁戰略顧問(wèn)鄭賢玲:氫能發(fā)展的幾個(gè)瓶頸
氫能發(fā)展的瓶頸主要體現在以下幾個(gè)方面:
1、政策成本高
對于現有的標準,氫氣定位為?;?,制氫只能在化工園區,增加了運輸成本;管束車(chē)標準只有20MPa,先進(jìn)國家達52MPa,運氫效率受限;車(chē)載瓶為35MPa,先進(jìn)國家70MPa,續航里程受限。非技術(shù)成本也偏高,具體成本分析如下表所示。
來(lái)源:中國電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì )《中國氫能發(fā)展路線(xiàn)圖1.0》
2、現有制氫資源分布不均,當前我國氫氣產(chǎn)能與氫車(chē)運行分布不匹配。示范區特別是廣東地區氫氣價(jià)格偏高,資源錯配。佛山每天的氫氣缺口達到8噸。
天然氣資源分布(2019)
煤炭資源分布(2019)
當前我國氫氣產(chǎn)能與氫車(chē)運行分布圖
3、我國綠氫制儲技術(shù)落后于歐美日
我國可再生能源制氫起步晚、規模小、關(guān)鍵技術(shù)缺乏驗證,與歐美相比有較大差距;迫切需要開(kāi)展大規模、系統性、全鏈條示范,探索商業(yè)化運營(yíng)管理模式,推動(dòng)我國可再生能源制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展。缺乏可再生能源制氫直流微網(wǎng)系統設計集成方法體系與全局驗證。亟需開(kāi)展系統集成設計、控制策略與能量管理研究。缺乏MW級風(fēng)光氫直流變換器、適應寬范圍波動(dòng)的大型化制氫裝備,風(fēng)光氫一體化監控系統,在國內尚屬空白,亟需研制。缺乏可再生能源制-儲-輸-用氫一體化示范,亟需構建電氫全鏈條規?;痉?,探索商業(yè)化模式。
中國國際海運集裝箱(集團)股份有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng):中集集團)是世界領(lǐng)先的關(guān)鍵物流裝備和能源裝備制造集團公司。
中集集團氫能業(yè)務(wù)包括:中集安瑞科氫氣制儲運加綜合服務(wù)商,早在2008年北京奧運會(huì )、2010年世博會(huì )的氫能示范項目上提供過(guò)產(chǎn)品和服務(wù),作為一家大型裝備制造企業(yè),中集車(chē)輛、冷鏈輸出車(chē)、物流、集裝箱堆場(chǎng)以及中集的股東、供應商、客戶(hù)等都有氫能應用的實(shí)際場(chǎng)景。
其中,中集安瑞科具有多年氣體加氣站的設計和建設經(jīng)驗,已經(jīng)在全國投放了超過(guò)2000座CNG,LNG,L-CNG加氣站產(chǎn)品,包括固定式,一體撬裝式,車(chē)載可移動(dòng)式,并出口泰國、新加坡、俄羅斯。積累了高壓、低溫氣體的核心能力,在氫能領(lǐng)域的業(yè)務(wù)涉及氫氣制取、高壓儲運裝備、液化儲運裝備、車(chē)載瓶,加氫站核心配套及集成能力,還有能源運輸船制造能力。
中集每年用鋼量500多萬(wàn)噸,與各大鋼廠(chǎng)的關(guān)系非常緊密,利用資源優(yōu)勢生產(chǎn)工業(yè)副產(chǎn)氫。與鞍鋼合資公司一期預計年產(chǎn)2400萬(wàn)方氫氣,2022年投產(chǎn)。二期計劃生產(chǎn)5000萬(wàn)方氫氣。氫氣純度將可達99.99%-99.9999%。
中集安瑞科還與挪威Hexagon Purus成立了中集合斯康,布局塑料內膽纖維全纏繞IV型瓶;儲備30MPa氫氣運輸設備和103MPa站內儲氫瓶,可提高運輸效率并降低成本;為盡量降低氫氣運輸成本,中集將提供制儲運加綜合解決方案,集團還在布局氫氣運輸業(yè)務(wù);另外,基于中集在深海領(lǐng)域的工程能力,集團還將探索海上風(fēng)電或光伏制氫。
氫頡科技董事朱珺:MCH有機物儲氫是氫儲運的一種有效解決方式
中國的能源稟賦決定了中國將提升電能在國家能源體系中的份額,氫氣儲運在一定程度上等于電的儲運。約70%以上的風(fēng)力以及太陽(yáng)能發(fā)電能力在中國西北地區,而中國的沿海地區是能源消費的主要區域,所以目前能源傳輸系統滯后于可再生能源裝置的建設。
這就需要在可再生能源豐富的地區增加當地對電能和氫能的需求,加大對電能以及氫能存儲、運輸的基礎設施方面的投資。
氫頡科技利用甲苯這一廣泛應用的化工原料,通過(guò)加氫和脫氫的化工反應可以實(shí)現氫氣儲存,因地制宜設計不同的供應方式。通過(guò)成套的MCH儲運技術(shù),可以將西部地區的綠氫遠途運輸到東部地區使用。并且通用現有的柴油儲運設備,無(wú)需額外新增基礎建設。
MCH技術(shù)可以解決特殊地理環(huán)境的運輸成本問(wèn)題,比如多山多隧道多橋地區或高壓低溫運輸不可到達地區的運輸問(wèn)題。另外,可以作為長(cháng)期儲備氫能的一種形式,常溫常壓下穩定存儲3-5年。
MCH場(chǎng)景示意圖
有機物儲氫+壓縮方式的組合是解決能源長(cháng)期儲存運輸以及使用的完美解決方案。
有機物儲氫+壓縮方案
甲苯同氫氣反應生成甲基環(huán)己烷(MCH),MCH脫氫再生成甲苯??梢砸虻刂埔?,既可以組成完整產(chǎn)業(yè)鏈,也可以切割流程,分別實(shí)現儲能,運輸,分裝等功能。
MCH常溫常壓下為液體,可利用原有的儲運體系,不論甲苯還是MCH都是常用的化工品,相關(guān)的法律法規完備。通過(guò)槽車(chē),標準罐,內陸船等各種方式短距離的周轉,運費約為0.5-1元/方。根據氫氣使用地區的情況決定甲苯是當地銷(xiāo)售還是返回。
加氫和脫氫裝置都屬于常規的化工反應,易管理,易操控。加氫和脫氫的綜合成本約2元/方。中國內地有豐富的氫氣資源,不論電解、煤制氫、焦爐尾氣副產(chǎn),都可以實(shí)現。
現有加氫站的形式?jīng)Q定了氫氣要從就近的氫源地獲取,而發(fā)達地區主要是灰氫居多。如果使用MCH技術(shù),可以用西部的綠氫在同等價(jià)格的前提下提供給加氫站使用。
假設上海臨港的洋山深水港想開(kāi)發(fā)氫能場(chǎng)景,在氫氣的運輸方面受到限制導致加氫站無(wú)法獲得低成本的氫氣,那么運輸MCH進(jìn)入加氫站,可在站內實(shí)現脫氫加注一體化。
廣東省特檢院工程師徐瑤:國家明確固態(tài)儲氫地位,有望予以重點(diǎn)研究
廣東省特種設備檢測研究院是廣東省市場(chǎng)監督管理局直屬公益二類(lèi)事業(yè)單位,對8大類(lèi)的特種設備進(jìn)行定期檢驗,型式試驗以及監督檢驗。
全球氫能發(fā)展而言,美國氫能發(fā)展布局起步早發(fā)展穩,日本氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)突出,專(zhuān)注于車(chē)載儲氫容器、氫氣運輸和加氫站的研究。歐盟對天然氣管道運輸的研究以及應用化比我國早。
高壓氣態(tài)儲氫是目前應用最廣泛的儲氫方式,其優(yōu)點(diǎn)是充氫放氫速度快、設備結構相對簡(jiǎn)單、技術(shù)相對成熟,缺點(diǎn)是體積儲氫密度較低,且需要高壓力儲存,以增大儲氫密度。
液氫是未來(lái)最重要的儲氫方式之一,在國外已經(jīng)成熟大規模應用的情況下,國內仍處于起步階段。液氫其優(yōu)點(diǎn)是儲氫密度高,密度為70kg/m3,長(cháng)距離運輸液態(tài)儲運方式具有優(yōu)越的經(jīng)濟性;缺點(diǎn)是氫氣液化能耗高(約為氫氣能量的1/3)、長(cháng)時(shí)間存放液氫的靜態(tài)蒸發(fā)損失較大。
國內液氫產(chǎn)地主要分布于:北京、四川、海南、浙江、內蒙古,其中北京101所、四川西昌和海南文昌已具備(1.5-2.5)噸/天的液氫生產(chǎn)和使用經(jīng)驗,但主要應用于航天、軍工領(lǐng)域。內蒙古烏海、浙江嘉化已建成的液氫廠(chǎng)生產(chǎn)規模較小,尚無(wú)法形成大量的商業(yè)化供應。目前各大科研機構及企業(yè)正在加大布局相關(guān)產(chǎn)業(yè)。
固態(tài)儲氫的優(yōu)點(diǎn)是儲氫壓力較低、體積儲氫密度高、可純化氫氣、安全性高;缺點(diǎn)是質(zhì)量?jì)涿芏鹊?、充放氫需要熱交換、循環(huán)穩定性差。固態(tài)儲氫的安全優(yōu)勢,可能會(huì )使其主要分布在例如“氫進(jìn)萬(wàn)家”等對安全要求性比較高的場(chǎng)所。
固態(tài)儲氫方式有以下幾種方式:金屬氫化物固態(tài)儲氫、配位氫化物固態(tài)儲氫、碳質(zhì)材料固態(tài)儲氫、金屬有機骨架化合物儲氫等。目前固態(tài)儲氫的應用范圍不如氣態(tài)和液態(tài),但是今年3月份發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃(2021-2035年)》中,已經(jīng)明確地把這幾種儲氫方式做了分類(lèi),意味著(zhù)國家將對固態(tài)儲氫(包括復合儲氫)進(jìn)行重點(diǎn)研究。