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)模化儲運供應的理想方式。液氫生產、儲運與加注關鍵技術和成套裝備已成為各國搶占氫能市場先機的落腳點，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業(yè)鏈中將越來越重要，是氫燃料電池規(guī)模化應用的必然手段，也是今后加氫站建設的主要選擇之一。

 

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以液氫的方式進行儲存，加注前在站內氣化成高壓氫氣進行加注；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，以及加注設備的研發(fā)。目前國內外關于液氫加注設備仍處于研發(fā)試驗狀態(tài)，成熟產品較少，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，將液氫儲存于站內的液氫儲罐中，再利用液氫泵將液氫進行增壓，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。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，液氫泵的能耗要遠低于壓縮機能耗，所以運用廣泛。

 

 

液氫儲運具有儲氫密度高（1m3液氫可產生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，其中絕大多數在美國，其次是日本。隨著氫能的大規(guī)模應用，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研發(fā)，所研制的氫液池泵、活塞泵已有部分業(yè)績；國內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，國內建設加氫站成本較高，所需的關鍵部件沒有量產的成熟產品，大多數依靠進口，且加氫站運行維護成本也比較高，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量不超過10座。

 

德國是液氫儲存型加氫站研究、應用和推廣的先鋒，以林德公司開發(fā)的罐內液氫泵增壓技術加氫站為代表，實現液氫高效增壓，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的加氫站建設趨勢及對加氫站發(fā)展技術路線的分析結果，采用液氫儲存方式的加氫站，將是未來相當長的一段時間內的主要發(fā)展方向。

 

從長遠來看，大多數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，運行維護成本當然也會低很多。就站上用電指標這一項，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低。這對于加氫站的建設和運營是一個很有利的事情，經測算，在相同的投資下，可以多建1/4的站點。這將是氫能產業(yè)規(guī)模化發(fā)展的一個重要基礎支撐，在國外的很多加氫站點上，已經得到相關的印證。

 

當前，國內數個廠家，包括國有企業(yè)、民營企業(yè)及研究機構都提出了液氫儲存加氫站作為發(fā)展方向。真正開展國產化研究的僅航天科技集團公司，利用完善的液氫研究應用的技術基礎條件，開展了加氫站流程研究和核心裝備國產化開發(fā)，建成了國內首個液氫儲存加氫站試驗與示范平臺，實現了國產液氫裝備制取45MPa和95MPa高壓氫氣，為我國液氫儲存加氫站的深化研究和應用推廣奠定了基礎。

 

 

對于氫能的運輸，經過對比液氫、高壓氫氣、管道運輸三種方式，可以發(fā)現，在短途小規(guī)模運輸氫中，尤其距離在100km以內時，液氫運輸的經濟性并不占優(yōu)勢，管束車運輸高壓氫氣的方式成本要遠低于液氫運輸。但當運輸距離大于300km時，液氫的高效率運輸所節(jié)省的運費已經超過氫氣液化過程所需成本支出。超遠距離1000km以上的運輸，管道運輸成本最低，然而供氫管道建設的成本較高，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濟性。

 

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

 

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濟合適的技術路線。

 

圖片

 

 

加氫站是氫能在交通領域運用的重要的基礎設施，加氫站的建站工藝和成本關系到整個氫能行業(yè)在交通領域的發(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市場需要，覆蓋面廣，經濟效益突出，是未來加氫站建設的主要方向。在加氫站建設過程中，要結合建站目的，明確建站需求，長遠打算，建設適用于當地情況的加氫站，這樣才能更好的滿足加氫服務。