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“氫的體積能量密度最低，因?yàn)楹茌p，將其作為能源載體的最難點(diǎn)是氫的儲(chǔ)運(yùn)。”中國(guó)工程院院院士衣寶廉稱。
“氫能利用的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題是能夠解決的，關(guān)鍵是運(yùn)氫環(huán)節(jié)如何降低成本?！敝袊?guó)工程院院士干勇表示。
“我國(guó)擁有豐富的氫源基礎(chǔ)，制氫技術(shù)完全可支撐氫能中遠(yuǎn)期發(fā)展，但包括儲(chǔ)存與輸送設(shè)施在內(nèi)的氫能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展滯后，且現(xiàn)有方式的儲(chǔ)運(yùn)成本和碳排放對(duì)運(yùn)輸距離、供應(yīng)量較為敏感，亟待開(kāi)展大規(guī)模制氫、儲(chǔ)氫和輸配工程示范。”中國(guó)工程院院士彭蘇萍說(shuō)。
在近日中國(guó)石化（600028，股吧）舉辦的氫能發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)上，多位專家一致認(rèn)為，“儲(chǔ)運(yùn)”環(huán)節(jié)已成為氫能商業(yè)化應(yīng)用亟待突破的“瓶頸”。
現(xiàn)行儲(chǔ)運(yùn)方式皆有短板
有預(yù)測(cè)顯示，到2050年，氫能將在我國(guó)終端能源體系占比10%，對(duì)應(yīng)用量在1億噸左右。隨著制氫技術(shù)不斷成熟，未來(lái)供應(yīng)不再是問(wèn)題。相比之下，如何把分散的氫氣安全高效配送至應(yīng)用端仍有待突破。
北京低碳清潔能源研究院新能源中心助理主任何廣利說(shuō)，按照政策要求，制氫和加氫環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格分離?，F(xiàn)階段，我國(guó)暫不允許在加氫站內(nèi)直接制氫，儲(chǔ)運(yùn)是必經(jīng)環(huán)節(jié)?！皻錃獾膬?chǔ)存和運(yùn)輸不分家，前一步怎么儲(chǔ)，決定后一步怎么運(yùn)。”
記者了解到，氫氣具有燃點(diǎn)低、爆炸區(qū)間范圍寬及擴(kuò)散系數(shù)大等特性，長(zhǎng)期被作為危化品進(jìn)行管理。目前，儲(chǔ)運(yùn)主要分為氣態(tài)、液態(tài)及固體三種形式。
從技術(shù)成熟度來(lái)看，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫最為常用。與之對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸方式，包括長(zhǎng)管拖車和管道兩種?！拔覈?guó)已有加氫站也是普遍采用這種方式，在常溫下可快速充放氫，但一個(gè)致命弱點(diǎn)，就是儲(chǔ)氫量低。此外，這種方式對(duì)高壓儲(chǔ)氫瓶技術(shù)要求高，可能存在安全隱患?！北本┖５吕萍加邢薰究偨?jīng)理鞏寧峰稱。
另外兩種方式同樣各有利弊。據(jù)鞏寧峰介紹，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫是全球研發(fā)重點(diǎn)，具有儲(chǔ)氫密度高等特點(diǎn)，可減少車輛運(yùn)輸頻次、提高加氫站單站供應(yīng)能量。但在我國(guó)，受到法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)所限，該方式目前僅用于航天服務(wù)，尚無(wú)民用液氫輸送案例。
固體儲(chǔ)氫則是以金屬氧化物、納米材料等作為載體，通過(guò)化學(xué)和物理吸附的方式實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，作為運(yùn)氫裝置也具備較大潛力。“該方式能有效克服氣態(tài)、液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)的不足，但仍處于攻克階段，對(duì)儲(chǔ)氫材料、儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)等有著很高要求?！膘枌幏宸Q。
經(jīng)濟(jì)性是最大瓶頸
“目前，主流儲(chǔ)運(yùn)方式還難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸，要實(shí)現(xiàn)明顯的降成本目標(biāo)也非易事。”何廣利進(jìn)一步表示，除技術(shù)層面各有制約，經(jīng)濟(jì)性是不同方式面臨的共同難題。
鞏寧峰舉例稱，表面上看，低溫液體方式讓儲(chǔ)運(yùn)變得簡(jiǎn)單，可解決長(zhǎng)距離、大規(guī)模運(yùn)輸難題，但要把氣態(tài)的氫變?yōu)橐簯B(tài)，每液化1千克氫氣將消耗4-10千瓦時(shí)電量，在現(xiàn)有條件下轉(zhuǎn)化成本偏高。為保證穩(wěn)定儲(chǔ)存，該方式還需配備特殊容器，滿足抗凍、抗壓、嚴(yán)格絕熱等要求。容器制造難度大，導(dǎo)致成本高昂。再如，近期備受追捧的有機(jī)液體儲(chǔ)氫，與石油產(chǎn)品儲(chǔ)存方式相似，具備安全穩(wěn)定、載氫量大等優(yōu)勢(shì)。但因技術(shù)操作條件苛刻、裝置配備要求較高，儲(chǔ)運(yùn)費(fèi)用依然下不來(lái)。
“運(yùn)輸環(huán)節(jié)省錢了，制造液氫的代價(jià)卻比較高。液氫有其優(yōu)勢(shì)，但也要看到綜合成本并不算低。”國(guó)際氫能協(xié)會(huì)副主席、清華大學(xué)教授毛宗強(qiáng)表示，未來(lái)，氫能應(yīng)用技術(shù)、安全性能等方面不存在大的問(wèn)題，影響儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)的最大瓶頸就是經(jīng)濟(jì)性。
受此影響，我國(guó)目前的氫能示范應(yīng)用主要圍繞工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫產(chǎn)地附近布局，運(yùn)輸半徑小于200公里，儲(chǔ)運(yùn)以高壓氣態(tài)方式為主?！霸?00公里范圍以內(nèi)，采用魚(yú)雷車每天運(yùn)送10噸氫氣，包括壓縮、設(shè)備折舊等費(fèi)用在內(nèi)，每千克運(yùn)氫成本在2-3元，相對(duì)較低?！币聦毩Q。
根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟發(fā)布的《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)（2019年版）》（下稱《白皮書(shū)》），長(zhǎng)管拖車、固體儲(chǔ)運(yùn)成本可觀，經(jīng)濟(jì)距離卻不超過(guò)150公里；液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)經(jīng)濟(jì)距離大于200公里，成本在所有方式中最高；管道運(yùn)輸成本最低，經(jīng)濟(jì)距離超過(guò)500公里。“管道輸氫量大、能耗小，但建設(shè)管道一次性投資大。”《白皮書(shū)》稱，相比歐洲已有1598公里輸氫管道，我國(guó)目前僅有管道約100公里。
拓展更多儲(chǔ)運(yùn)思路
在何廣利看來(lái)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)運(yùn)的大前提是提升應(yīng)用規(guī)模?！皻淠芙^不單單供給燃料汽車使用，僅針對(duì)一兩個(gè)加氫站的流量，固定投資肯定下不來(lái)。反過(guò)來(lái)，規(guī)模上來(lái)了，才能分?jǐn)偦A(chǔ)設(shè)施等投入，讓儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)具備降成本的基礎(chǔ)?！?/p>
同時(shí)，不同儲(chǔ)運(yùn)方式各有應(yīng)用場(chǎng)景。何廣利稱，結(jié)合用能需求、供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)發(fā)展等形勢(shì)，未來(lái)不會(huì)局限于某一特定模式，而將形成一個(gè)綜合供氫網(wǎng)絡(luò)，不同路線對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)運(yùn)方式不同，成本也有差別?！爸辽倌壳?，沒(méi)有哪種方式占了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，或者說(shuō)以后一定要走哪條路。關(guān)鍵是從全生命周期進(jìn)行考評(píng)，找準(zhǔn)真正適用的儲(chǔ)運(yùn)路線。”
《白皮書(shū)》預(yù)測(cè)，氫能儲(chǔ)運(yùn)將按“低壓到高壓”“氣態(tài)到多相態(tài)”的方向發(fā)展。以2036-2050年遠(yuǎn)期發(fā)展來(lái)看，高密度、高安全儲(chǔ)氫將成為現(xiàn)實(shí)，屆時(shí)建成完備的氫能管網(wǎng)，并出臺(tái)固態(tài)、有機(jī)液態(tài)等儲(chǔ)運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)及管道輸配標(biāo)準(zhǔn)作為配套。
結(jié)合實(shí)際，衣寶廉提出利用天然氣管網(wǎng)長(zhǎng)距離輸氫的思路，利用已有管網(wǎng)，把氫和天然氣一起運(yùn)到各地。在有需要的地方，采用管道里的天然氣制氫，再根據(jù)用戶需求進(jìn)行凈化?！敖ㄗh盡快明確用天然氣管網(wǎng)輸氫的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。弄清楚加入氫之后，輸氣管網(wǎng)可能發(fā)生哪些變化、有何影響。”
中國(guó)工程院院士倪維斗認(rèn)為，甲醇是一個(gè)很好的載氫體，可借此形成氫能供應(yīng)及輸配網(wǎng)絡(luò)，用作氫能經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。“長(zhǎng)距離輸送甲醇再重整制氫，比直接輸氫更有優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榧状荚诔爻合率且后w，用同樣的管道輸送比輸氫的能量總量大1000倍，還可避免輸氫易爆炸、易漏氣等安全問(wèn)題?！?/p>
何廣利也稱，不同于一次能源，在哪里發(fā)現(xiàn)、就從哪里運(yùn)出，氫能作為二次能源，只有原料地，而沒(méi)有儲(chǔ)藏地一說(shuō)，實(shí)際給儲(chǔ)運(yùn)帶來(lái)更多選擇?！暗降资窃谠系刂迫 ⑦\(yùn)輸，還是把原料運(yùn)出后制取，或制成某種中間體，再運(yùn)出、制??？就好像直接輸電還是先運(yùn)煤再發(fā)電，不同方式將帶來(lái)完全不一樣的效果。但目前，討論更多局限在‘先制氫再運(yùn)輸’，對(duì)此還要進(jìn)一步科學(xué)論證?！?/p>
本文來(lái)自中國(guó)能源報(bào)
