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详解:氢能储运瓶颈如何破解?

时间:2019-07-23    点击: 次    来源:网络    关键字:氢燃料 - 小 + 大

绕不开的储运环节 现有方式各存利弊

以氢燃料电池商用车为例,应用瓶颈“不在两头,在中间”——日前在2019世界新能源汽车论坛上,中国科学院院士欧阳明高这样强调。

所谓“中间”,是指氢能储运和加注的环节。欧阳明高认为,随着后期大规模的推广应用,及燃料电池发动机技术的逐渐成熟,供应将不再是问题。相比之下,产业难题聚焦于储氢、运氢及加注环节。

“氢气的储存和运输不分家,前一步怎么储,决定着后一步怎么运。由于政策要求,我国目前暂不允许在加氢站内直接制氢,因此储运作为氢能供应的必经环节,值得关注。”北京低碳清洁能源研究院新能源中心助理主任何广利告诉记者。

据了解,氢气的储、运目前均分为气态、液态及固态三种主要方式。由于密度、设备、体积等条件不同,上述方式也各有利弊。

以低温液态方式为例,北京海德利森科技有限公司总经理巩宁峰介绍,作为全球研发重点,液氢具有高密度、体积小等特征,能够使储运变得简单,尤其可满足远距离、大运量的需求。“但同时,要把气态的氢变成液态难度较大,所需容器设备要求很高。此外由于政策因素,我国暂无民用液氢的运输案例。”

气态储运方式,目前在我国应用最为普遍。简单来说,先将氢气压缩到一个耐高压的容器里,再通过长管拖车或管道进行运输。巩宁峰表示,在技术成熟的基础上,气态方式也面临轻量化、高压化及质量稳定等新的挑战。

固态储运则是以金属氧化物、纳米材料等作为载体。虽存在操作便捷、安全性高及储氢体积密度大等先天优势,但这一方式尚处小范围应用的攻克阶段。“载体的体积膨胀、传热、气体流动等任一因素,均有可能影响储运效果。”巩宁峰称。

技术路线各异 却共同面临经济性制约

针对不同方式,业内长期争论颇多且未有定论。但多位人士仍同时指出,无论对于哪种方式,降低储运成本都是当务之急。其制约因素,包含了储运技术、设备水平、应用规模、运输半径等多种因素。

“未来,技术、安全等方面不存在大的问题,影响储运环节的最大瓶颈就是经济性。”国际氢能协会副主席、清华大学教授毛宗强直言。例如液氢,虽有其优势并受到很多追捧,但也要看到,制造液氢的成本目前并不算低。“运输环节省钱了,制造液氢却要花费高昂代价。综合来看,经济性仍待进一步提高。”

巩宁峰对此表示赞同。他称,日、美、德等国家,现已将液氢运输成本降至高压氢气的1/8左右,并不断扩大应用范围。“不可否认,低温液氢运输是未来一个大方向。但在我国,受制于技术、设备水平,液氢转化成本相对偏高,短期内在民用领域推广不太可能。”

除了技术,何广利认为,规模是影响经济性的关键之一。“随着不断进步,技术、设备等层面的问题将逐步解决。但要想真正降低成本,充分认识‘大氢能’的概念是前提。”

在他看来,车用只是氢能发展的一个方面,作为清洁、高效的二次能源,氢能应用范围理应更广。“‘大氢能’概念,意味着氢绝不单单供给燃料汽车。反过来,只有应用规模上来了,基础设施才能真正完善,从而实现车用氢能储运等成本的分摊、降低。这也是为何在当前条件下,各条储运路线均难真正实现降成本。”

巩宁峰认为,由于规模有限,不同技术路线的运输半径也有待验证。“比如高压气态运输,在100-200公里半径内尚具备经济性。再远的话,运输成本将呈几何级增加,从而造成不经济。但这个半径到底是多少,还需通过实践验证。”

适应不同应用场景 储运“暗藏”更多选择

究竟什么样的方式,能够实现安全、高效且经济的氢能储运?

在何广利看来,现有储运技术、装备逐渐走向成熟,关键在于找到真正适用的方式,并在达标基础上降低成本。“结合用能需求、供氢网络、技术发展等因素,未来供氢模式不会局限于某一种,而是一个综合供氢网络包含不同路线,并站在全生命周期的角度来考评其效率。”

业界预测,氢能储运将按照“低压到高压”“气态到多相态”的方向发展,由此逐步提高氢气储存和运输的能力。远期(2036-2050年)来看,高密度、高安全储氢将成为现实,完备的氢能管网也将建成,同时出台固态、有机液态等储运标准及管道输配标准作为配套。

“谈及氢能储运,常有观点将其类比天然气储运,我想这不一定合理。”何广利进一步提醒。天然气作为一次能源,在哪里发现、从哪里运出,储藏地就是“起点”。氢能则是二次能源,只有原料地,而没有储藏地一说。也正因此,给储运带来更多选择。“到底是在原料地制取、运输,还是把原料运出后制取,或是制成某种中间体之后,再运出、制取。三种完全不同的方式,将带来不一样的效果。但目前,讨论更多的只是先制氢、再运输。”

何广利表示,氢能其实更适合参照电的供应模式。到底采取集中还是分布式供电,到底直接输电还是先运煤、再发电,还要根据需求而定。“至少目前来看,没有哪一种方式占了绝对优势,或者说以后一定要走某条路。面对选择,我们还需科学论证、谨慎对待。”

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