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液氫加氫站,不只加液氫

2022-05-05 來源:氫明上河圖 瀏覽數(shù):744

加氫站是為氫能燃料電池等氫能利用設(shè)備設(shè)施提供能源補給的基礎(chǔ)設(shè)施,是氫燃料電池汽車推廣應(yīng)用、加快發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的前置條件。加氫站分為站外供氫加氫站和站內(nèi)制氫加氫站。站外供氫加氫站又分為高壓氫氣加氫站和液氫加氫站。

 加氫站是為氫能燃料電池等氫能利用設(shè)備設(shè)施提供能源補給的基礎(chǔ)設(shè)施,是氫燃料電池汽車推廣應(yīng)用、加快發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的前置條件。加氫站分為站外供氫加氫站和站內(nèi)制氫加氫站。站外供氫加氫站又分為高壓氫氣加氫站和液氫加氫站。
 
氫能加注
 
液氫具有能量密度高、運輸成本低、低壓儲運安全等獨特優(yōu)勢,是解決氫燃料規(guī)模化儲運供應(yīng)的理想方式。液氫生產(chǎn)、儲運與加注關(guān)鍵技術(shù)和成套裝備已成為各國搶占?xì)淠苁袌鱿葯C的落腳點,正朝著安全、高效和低成本方向發(fā)展。液氫輸運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
 
1. 液氫加氫站分類分析
 
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壓縮氣態(tài)氫的工藝,液氫泵的能耗要遠(yuǎn)低于壓縮機能耗,所以運用廣泛。
 
2. 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
 
液氫儲運具有儲氫密度高(1m3液氫可產(chǎn)生770Nm氫氣)、儲存壓力低、安全等特點,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、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,液態(tài)儲存站的耗電不到氣態(tài)儲存的20%,因為液體壓縮耗電量相當(dāng)?shù)汀_@對于加氫站的建設(shè)和運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。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與示范平臺,實現(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)。
 
3. 液氫加氫站經(jīng)濟(jì)性分析
 
對于氫能的運輸,經(jīng)過對比液氫、高壓氫氣、管道運輸三種方式,可以發(fā)現(xiàn),在短途小規(guī)模運輸氫中,尤其距離在100km以內(nèi)時,液氫運輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性并不占優(yōu)勢,管束車運輸高壓氫氣的方式成本要遠(yuǎn)低于液氫運輸。但當(dāng)運輸距離大于300km時,液氫的高效率運輸所節(jié)省的運費已經(jīng)超過氫氣液化過程所需成本支出。超遠(yuǎn)距離1000km以上的運輸,管道運輸成本最低,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,單單考慮運輸成本,那么液氫運輸遠(yuǎn)低于高壓氫氣運輸,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
 
4. 小結(jié)
 
加氫站是氫能在交通領(lǐng)域運用的重要的基礎(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)。

標(biāo)簽:

加氫站 液氫 氫燃料電池
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