氫氣的運(yùn)輸方式分析
針對(duì)氫氣的儲(chǔ)存方式，伊維經(jīng)濟(jì)研究院研究發(fā)現(xiàn)氫氣目前主要通過(guò)氣氫拖車(chē)、液氫槽車(chē)和氫氣管道三種方式運(yùn)輸。國(guó)內(nèi)加氫站的外進(jìn)氫氣均采用氣氫拖車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸，比較適用于運(yùn)輸距離較近、輸送量較低、氫氣日用量為噸級(jí)的用戶(hù)。長(zhǎng)管拖車(chē)把氫氣上到加氫站，進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮，并先后被輸送至高壓、中壓、低壓儲(chǔ)氣罐中分級(jí)儲(chǔ)存，需要對(duì)汽車(chē)加氫時(shí)，加氫機(jī)可以從長(zhǎng)管拖車(chē)、低壓儲(chǔ)氫罐、中壓、高壓按順序取氣加注。
管道運(yùn)輸應(yīng)用于大規(guī)模、長(zhǎng)距離的氫氣運(yùn)輸，可有效降低運(yùn)輸成本。管道輸送方式以高壓氣態(tài)或液態(tài)氫的管道輸送為主。管道“摻氫”和“氫油同運(yùn)”技術(shù)是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大規(guī)模輸氫的重要環(huán)節(jié)。全球管道輸氫起步已有80余年，美國(guó)、歐洲已分別建成2400km、1500km的輸氫管道。我國(guó)已有多條輸氫管道在運(yùn)行，如中國(guó)石化洛陽(yáng)煉化濟(jì)源—洛陽(yáng)的氫氣輸送管道全長(zhǎng)為25km，年輸氣量為10.04萬(wàn)噸；烏海—銀川焦?fàn)t煤氣輸氣管線(xiàn)管道全長(zhǎng)為216.4km，年輸氣量達(dá)16.1×108m3，主要用于輸送焦?fàn)t煤氣和氫氣混合氣。
液態(tài)氫運(yùn)輸主要利用液氫槽車(chē)，液氫的單車(chē)運(yùn)氫能力是氣氫的10倍以上，運(yùn)輸效率提高，綜合成本降低。但是該運(yùn)輸方式增加了氫氣液化深冷過(guò)程，對(duì)設(shè)備、工藝、能源的要求更高。液氫槽罐車(chē)運(yùn)輸在國(guó)外應(yīng)用較為廣泛，國(guó)內(nèi)目前僅用于航天及軍事領(lǐng)域。
三種運(yùn)輸方式成本分析
在《中國(guó)氫氣存儲(chǔ)與運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告（2019）》中，伊維經(jīng)濟(jì)研究院從成本構(gòu)成維度對(duì)三種運(yùn)輸方式進(jìn)行了對(duì)比研究。氣氫拖車(chē)運(yùn)輸成本主要包括：固定成本（折舊費(fèi)、人員工資等）和變動(dòng)成本（包括氫氣壓縮耗電費(fèi)、油料費(fèi)等）。為了測(cè)算成本，伊維經(jīng)濟(jì)研究院在報(bào)告中假設(shè)目前國(guó)內(nèi)集裝管束拖車(chē)的價(jià)格約120萬(wàn)/臺(tái)，使用年限10年。每輛拖車(chē)配備司機(jī)以及多名操作人員，人員費(fèi)用共32萬(wàn)。拖車(chē)滿(mǎn)載氫氣可達(dá)300kg，每百公里消耗柴油約25升。拖車(chē)平均運(yùn)行速度假設(shè)為50km/小時(shí)，兩端裝卸氫氣時(shí)間約8小時(shí)，年有效工作時(shí)間為4500小時(shí)。氫氣壓縮過(guò)程耗電1kwh/kg。
由上表可知單車(chē)氣氫運(yùn)輸變動(dòng)成本取決于運(yùn)輸距離，可得到不同運(yùn)輸距離（百公里）內(nèi)的運(yùn)輸成本曲線(xiàn)：
液氫槽罐車(chē)的運(yùn)輸成本結(jié)構(gòu)與集裝管束車(chē)類(lèi)似，但增加了氫氣液化成本及運(yùn)輸途中液氫的沸騰損耗。槽罐車(chē)市場(chǎng)價(jià)格約50萬(wàn)/輛，每次裝載液氫約4000kg，運(yùn)輸途中由于液氫沸騰平均每小時(shí)損耗0.01%，液化過(guò)程損耗0.5%。液化過(guò)程耗電10kwh/kg。槽罐車(chē)充卸一次約耗時(shí)0.5小時(shí)。
計(jì)算可得單位氫氣的運(yùn)輸成本
管道氫氣運(yùn)輸?shù)某杀局饕ㄇ捌诠艿澜ㄔO(shè)費(fèi)用、折舊與攤銷(xiāo)、直接運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用（材料費(fèi)、維修費(fèi)、輸氣損耗、職工薪酬等）、管理費(fèi)及氫氣壓縮成本等。伊維經(jīng)濟(jì)研究院根據(jù)國(guó)內(nèi)“濟(jì)源-洛陽(yáng)”項(xiàng)目測(cè)算，采用φ508mm管道，年輸送能力10.04萬(wàn)噸，建設(shè)成本為616萬(wàn)/km，管道使用壽命20年。運(yùn)行期間維護(hù)成本及管理費(fèi)用按建設(shè)成本的8%計(jì)算。
管道運(yùn)輸單位運(yùn)輸成本測(cè)算如下：
通過(guò)對(duì)比三種運(yùn)輸方式成本，伊維經(jīng)濟(jì)研究院認(rèn)為管道的運(yùn)輸成本具有明顯優(yōu)勢(shì)，但管道運(yùn)輸前期投資建設(shè)成本較高，在氫能及燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)成熟之前有較大風(fēng)險(xiǎn)，其運(yùn)輸成本受運(yùn)能利用率影響，運(yùn)能利用率越高越經(jīng)濟(jì)；氣氫拖車(chē)在300公里以?xún)?nèi)運(yùn)輸具有成本優(yōu)勢(shì)，中遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，液氫占優(yōu)，且在400公里后液氫的成本優(yōu)勢(shì)大于管道運(yùn)輸。
另一方面，由于目前氫能及燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模較小，氫需求量較小，考慮到國(guó)內(nèi)氫氣源地和使用地的距離，氣氫拖車(chē)和液氫罐車(chē)可靈活應(yīng)用，包括調(diào)整拖車(chē)數(shù)量來(lái)適應(yīng)市場(chǎng)的需求，具有一定更便利性。而從市場(chǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)期來(lái)看，未來(lái)隨著市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大、集中式氫氣生產(chǎn)基地增加將提高對(duì)輸氫管道一定的運(yùn)能利用率的貢獻(xiàn)，管道運(yùn)輸將具備較大優(yōu)勢(shì)。
氫氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)參與企業(yè)分析
雖然高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)比較成熟、應(yīng)用普遍，但是體積比容量小，是該技術(shù)一個(gè)致命的弱點(diǎn)。伊維經(jīng)濟(jì)研究院認(rèn)為未來(lái)，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫還需向輕量化、高壓化、低成本、質(zhì)量穩(wěn)定的方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)高壓儲(chǔ)氫罐的天海工業(yè)、中材科技、沈陽(yáng)斯林達(dá)等。
低溫液態(tài)儲(chǔ)氫在國(guó)外的加氫站體系中有較大范圍的應(yīng)用，但是在車(chē)載系統(tǒng)中的應(yīng)用不成熟。我國(guó)的液氫工廠(chǎng)僅為航天火箭發(fā)射服務(wù)，代表企業(yè)為中國(guó)航天科技集團(tuán)101所。受法規(guī)所限，還無(wú)法應(yīng)用于民用領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)目前有液氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)儲(chǔ)備和產(chǎn)業(yè)化能力的企業(yè)有富瑞氫能、中科富海等。
目前在儲(chǔ)氫材料領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化較低，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氫材料代表企業(yè)有稀土儲(chǔ)氫材料的北京浩運(yùn)金能、廈門(mén)鎢業(yè)、內(nèi)蒙古稀奧貯氫等。其中，有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)的在中國(guó)的發(fā)展已有所成就，代表企業(yè)如武漢氫陽(yáng)能源，選用的有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫材料為氮乙基咔唑，建立了全球第一個(gè)常溫常壓液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫材料工廠(chǎng)。
在《中國(guó)氫氣存儲(chǔ)與運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告（2019）》最后，伊維經(jīng)濟(jì)研究院預(yù)測(cè)了氫氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)未來(lái)趨勢(shì)，總結(jié)如下：
（1）低溫液化儲(chǔ)氫技術(shù)受制于成本和能耗問(wèn)題，無(wú)法規(guī)模化利用，預(yù)計(jì)在氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大、配套設(shè)備和技術(shù)提升之后未來(lái)可期。
（2）儲(chǔ)氫材料技術(shù)的儲(chǔ)氫量較大，其未來(lái)的發(fā)展研究應(yīng)集中在提高材料的熱交換性能，提升吸放氫的效率，降低加氫脫氫裝置的成本，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫材料技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用。
（3）有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫擁有較大的推廣優(yōu)勢(shì)，可依托現(xiàn)有傳統(tǒng)汽油輸送方式和加油站構(gòu)架建設(shè)氫油站，未來(lái)技術(shù)的研究重點(diǎn)突破相關(guān)制備、配套設(shè)備技術(shù)，提高脫氫效率。
（4）氣氫拖車(chē)運(yùn)輸比較適合當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模。一方面，氣氫拖車(chē)具有成本低、充放氫快速的優(yōu)點(diǎn)，另一方面國(guó)內(nèi)加氫站均為站外供氫。但隨著氫能產(chǎn)業(yè)、液氫運(yùn)輸、管道輸氫的發(fā)展，氣氫拖車(chē)運(yùn)輸將被部分取代。
（5）液氫罐車(chē)成本降低有賴(lài)于罐材的改進(jìn)。目前國(guó)外多采用液氫罐車(chē)運(yùn)輸，國(guó)內(nèi)液氫拖車(chē)僅用于航天領(lǐng)域，而液氫在鐵路和海上運(yùn)輸當(dāng)前國(guó)外也僅少量應(yīng)用，國(guó)內(nèi)暫未涉及。未來(lái)解決液氫液化、運(yùn)輸過(guò)程中的損耗問(wèn)題，液氫罐車(chē)在中遠(yuǎn)距離的輸氫將有較大前景。
（6）雖然管道運(yùn)輸前期投資非常高，但管道運(yùn)輸?shù)男省⒊杀径季邇?yōu)勢(shì)，隨著氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，在未來(lái)長(zhǎng)距離、大規(guī)模的氫氣運(yùn)輸中，管道輸氫有望成為為最優(yōu)運(yùn)輸方式。
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