氢储存与运输技术：原理及应用 课件 第10章 氢储运技术应用典型案例

第10章氢储运技术应用典型案例管道输氢·有机液态·低温液态·固态·高压气态CONTENTS目录01第一部分管道输氢02第二部分有机液态氢储运03第三部分低温液态氢储运04第四部分固态储氢05第五部分高压气态氢储运五大储运技术路线的国内外典型工程案例与经济性分析学习目标与案例导入学习目标①了解高压气态、液态、固态、有机液态等氢储运技术的国内外典型应用案例；②基于具体实例理解不同氢储运方式的工作原理；③掌握不同储运方式的经济性特点、适用场景及技术应用难点。案例导入全球范围内，氢能正成为主要国家和地区构建新型能源体系的重要组成部分。2023年，我国首条跨省区、大规模、长距离纯氢输送管道——中石化「西氢东送」示范工程启动；2024年，中国海油完成国际首例长距离跨洋液氢运输示范。氢储运基础设施正加速从示范走向规模化。思考：不同氢储运方式各自适合什么样的应用场景？其经济性如何比较？PART01管道输氢技术典型案例TypicalCasesofPipelineHydrogenTransport壹管道输氢概述与「西氢东送」工程全球输氢管道总里程已超5000km；我国纯氢输送管道建设尚处起步阶段，已建成约400km，以化工园区点对点短距离管道为主，如2014年投产的中石化巴陵—长岭输氢管道（全长42km）、2015年投产的济源—洛阳输氢管道（全长25km）。服务于交通、储能等新兴领域的跨区域、长距离大规模输氢管道仍处于规划建设阶段。中石化「西氢东送」输氢管道示范工程2023年3月纳入《石油天然气「全国一张网」建设实施方案》，标志我国首条跨省区、大规模、长距离纯氢输送管道项目启动。起于内蒙古乌兰察布市，终点位于北京市，途经内蒙古、河北、北京3省（区、市）的9个县区。内蒙古风光资源丰富，具有规模化生产绿氢的巨大潜力，管道将绿氢输送到用氢需求旺盛的东部地区，缓解我国长期存在的氢能供需错配问题。400+km管道全长10万t/年一期运力50万t/年远期预留延伸布局：沿线将建设输氢支线及加氢母站，为沿线发电企业提供氢能消纳弃风光电的路径，将弃风光电制取的低成本绿氢经管道送至用氢端，构成「源网荷储氢」的重要组成方式。干线支线结合的网络与输氢成本「主动脉+毛细血管」输氢网络2023年12月，中国科协主席万钢提出：建设长距离管道运输「主动脉」和短距离输送「毛细血管」相结合的规模化氢能供给体系，推动氢能产业规模化发展。图10-1干线+支线输氢网络示意图管道输氢经济性（国内测算）约1.2元/kg100km输送成本，仅为长管拖车的30%~40%约6.8元/kg1000km输送成本，与管道长度正相关半径更大按储运成本控制在10元/kg内测算结论：管道建设费用是管道输氢的主要成本来源。与其他运输方式相比，管道输氢成本效益更高、经济覆盖范围更广，短距离和长距离输氢均具优势；未来随着管道建设成本降低、氢能供给网络完善，经济性将更加显著。欧洲「南部氢能走廊」输氢管道欧洲氢能骨干网络（EHB，2022年发布）欧美拥有全球90%以上的氢气输送管道，多由法液空、空气产品、普莱克斯、林德等大型气体公司建设运营。EHB计划建立覆盖28个欧洲国家的氢气管道：2030年总长度约28000km，2040年达53000km，其中60%由现有天然气管道改造、40%新建纯氢管道。图10-2欧洲氢能骨干网络示意图（2040年）「南部氢能走廊」（SoutH2Corridor）由德国、奥地利、意大利三国合作筹建，连接北非、意大利、奥地利和德国，设计长度约3300km，年输氢能力至少400万t，预计可满足欧盟2030年氢气进口目标的40%。氢源为北非风能、太阳能生产的可再生氢，服务意大利（奥古斯塔、塔兰托等）、奥地利（施蒂里亚、维也纳、林茨）、德国（布格豪森、因戈尔施塔特）等地，促进难减排领域的氢能替代。PART02有机液态氢储运技术典型案例TypicalCasesofLiquidOrganicHydrogenCarriers贰德国二苄基甲苯（DBT）储运项目欧洲和日本有机液态储氢（LOHC）技术发展较早，已开展商业化项目；国内起步较晚，目前处于初步示范阶段。德国IPCEIGreenHydrogen@BlueDanube项目技术路线HydrogeniousTechnologies（HT）公司采用二苄基甲苯（DBT）储氢：氢气与不易燃的DBT分子以化学方式结合，在环境条件下可利用现有液体燃料基础设施（油轮、货车、铁路、内河船舶），像柴油一样储运。项目内容氢能来自巴伐利亚州及北莱茵-威斯特法伦州的可再生能源制氢，以LOHC方式运至德国南部多瑙河地区，供应工业用氢需求，运输容量可达1800t。管网衔接项目计划将绿氢接入巴伐利亚Hypipe等管道网络，与德国氢能核心网络和欧洲氢能骨干网络连接，进一步提高能源系统的弹性。循环模式：氢气在目的地于一定条件下释放供用户使用，脱氢后的载体有机物可重新用于储运氢气，实现载体循环利用。日本—文莱MCH储运项目日本—文莱海外氢能供应链项目日本五大海外氢能供应链示范项目之一。千代田公司采用甲基环己烷（MCH）储氢技术：在文莱利用甲苯和氢气制造MCH，通过化学油轮运输至日本ENEOS炼油厂，再脱氢供国内使用。每年运送约210t氢气至日本，用于发电和交通领域。未来还将利用文莱风电资源开展可再生能源电解制氢，实现低碳清洁氢供应。图10-3日本基于MCH技术的氢气运输过程示意图对比低温液态储氢：液氢液化能耗高（约为所储氢能量的25%）、易蒸发（0.5%~1%/天）；有机液态储氢则具有性能稳定、简单安全、可充分利用现有石化基础设施等优势，适合长距离、大规模海上氢贸易。PART03低温液态氢储运技术典型案例TypicalCasesofCryogenicLiquidHydrogen叁日本—澳大利亚液氢海运项目日本—澳大利亚氢能供应链（HESC）项目2022年，川崎重工液氢运输船SuisoFrontier首次实现澳大利亚至日本的远距离海上液氢运输。项目由川崎重工牵头，日澳两国政府共同支持：氢气来自澳维多利亚州煤气化制氢，在墨尔本郊区黑斯廷斯冷却液化后装船，经9000km、约16天海运抵达日本神户港液化氢卸货站，供神户码头液氢发电站使用。图10-4日澳液氢运输项目示意图116m×19m船长×船宽，重约8000t1250m³船载液氢储罐容积（川崎重工制造）4.05vs6.15美元/kg澳大利亚碳中和氢价vs远东价格经济性：不同地区清洁氢价格差异较大，而海上运输成本极低，区域价差为液氢国际贸易提供了经济性可能。HESC试点是日澳两国结合自身特点协同推进氢能产业发展的典型合作范例。中国海油液氢跨洋运输示范工程中国海油液氢跨洋运输示范工程（2024年9月）由中国海油气电集团执行、与法国液空集团共同开展的「首船」国际液氢跨洋运输示范工程从欧洲顺利起航，是国际首例长距离跨洋液氢运输示范工程，开启我国氢能长距离跨洋运输利用产业「先行先试」新篇章。项目采用液氮二次保冷形式的ISO标准罐式集装箱装载液氢，通过船舶与罐箱组合运输，从欧洲装船经大西洋—好望角—印度洋—马六甲海峡—太平洋「万海里级」远洋航线，最终抵达深圳。液氢vs气氢公路运输经济性约15倍液氢槽车体积能量密度相对气氢拖车20.4~22.7元/kg液氢槽车运输氢综合成本>800km超过该距离液氢运输成本低于气氢拖车结论：相较于气态氢，液氢运输容量更大、单位运输成本更低，长距离运输下规模化降本效果明显，适合大规模、远距离氢能调运。美国普拉格绿色液氢项目美国普拉格能源（PlugPower）绿色液氢项目2024年完成建设，位于美国佐治亚州，是目前欧洲和北美最大的仅使用质子交换膜（PEM）电解槽的绿氢项目。工厂装配8台5MW电解槽制备绿氢，氢气经液化装置在−252.8℃条件下凝结为液态氢，每天可生产约15t液氢，可为约1.5万辆叉车提供动力；充分利用情况下每年将生产5475t液态氢。图10-5普拉格能源绿色液氢项目实物图「制—液—储—用」一体化链条绿氢制备（8×5MWPEM电解槽）→低温液化（−252.8℃）→液氢储运（液氢槽车配送）→终端应用（约1.5万辆叉车动力）。项目示范了绿氢液化在大宗工业与物流动力领域的商业化路径：液氢的高体积能量密度支撑高频次、高强度的物料搬运需求。PART04固态储氢技术典型案例TypicalCasesofSolid-stateHydrogenStorage肆广州南沙电氢智慧能源站广州南沙电氢智慧能源站（2023年，南方电网）国内首个应用固态储供氢技术的电网侧储能型加氢站，具备从电解水制氢，到固态氢储存，再到加氢、燃料电池发电和余电并网的清洁能源供给体系。装备7套固态储氢装置，以高丰度稀土元素和钛元素制成的储氢合金为核心材料，储氢规模约165kg。图10-6广州南沙固态储氢装置实物图运行模式与安全优势运行模式：利用光伏发电经电解水装置制取绿氢并储存于固态储氢装置；用氢时升高装置温度释放氢气，供应燃料电池发电，在用电高峰对外供电，解决可再生能源波动性问题，支撑电网调峰；同时可为燃料电池汽车提供加氢服务。安全优势：相比传统高压气态储氢加氢站，固态储氢站可避免机械压缩氢气易泄漏、储氢压力高带来的安全风险。美国HY2MEGA绿氢储存项目美国HY2MEGA绿氢储存项目（2022年启动）由美国储氢公司GKNHydrogen、天然气公司SoCalGas和美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）联合开发，位于科罗拉多州博尔德附近的NRELFlatirons园区。风电等可再生能源电力经电解槽转化为绿氢，通过金属氢化物进行储存；计划装备2套金属氢化物固态储氢装置，可储存约500kg氢气。图10-7美国HY2MEGA项目储氢罐实物图长时储能实现长时、安全的清洁能源储存低碳供电为用户提供低碳电力应急电源大范围停电时作为应急电源使用启示：固态储氢在固定式储能场景中兼顾安全性与长时储能能力，是可再生能源消纳与电网韧性提升的重要技术路径。固态储氢模块叉车叉车、物流车、环卫车等移动式场景中，相比高压气态储氢罐，固态储氢密度和安全性更高、重量更低、续驶时间更长，是固态储氢的重要应用领域。新氢动力3.5t可更换式固态金属储氢叉车（2023年）我国燃料电池工业车辆制造商新氢动力发布的3.5t可更换式固态金属储氢燃料电池叉车，额定储氢量达1.7kg以上，可满足车辆连续工作8~12h的应用需求，有效提升工作效率。叉车作业场景主要为工业厂区，目前加氢设施尚未普及、加氢困难；固态储氢模块更换便捷，仅需3~5min即可完成，提升了安全性与用户便利性。图10-8固态储氢叉车实物图更高储氢密度体积小、重量轻，续驶更长更高安全性低压储存，无高压泄漏风险换罐便捷3~5min完成模块更换PART05高压气态氢储运技术典型案例TypicalCasesofHigh-pressureGaseousHydrogen伍北京冬奥会长管拖车运氢案例长管拖车是我国现阶段最普遍的氢气运输方式，以20MPa钢制高压长管拖车为主：运输灵活，但储氢密度低、运输半径小、成本较高。2022年北京冬奥会氢气运输保障冬奥会期间共约800多辆燃料电池汽车投入使用，服务赛区与场馆间人员和物资运输，氢气用量达5t/天。长管拖车是制氢厂与加氢站之间氢气运输的唯一设备，期间共有300多台长管拖车投入运营，保障车用氢气供应。图10-9长管拖车氢气运输示意图长管拖车结构与经济性车头（柴油发动机提供动力）+拖车（多个20MPa、长10m或12m高压储氢钢瓶），单次运氢250~460kg。到站后连接储氢容器输氢，为维持瓶内压力通常留有剩余氢气，实际运输效率更低。运输半径约200km，成本约10元/kg；距离增加成本显著上升，仅适用于短距离、小批量氢气运输。课堂练习（一）：选择题一、选择题1.中国首条跨省区、大规模、长距离的纯氢输送管道项目是（）。A.巴陵—长岭输氢管道B.济源—洛阳输氢管道C.中石化”西氢东送”示范工程D.欧洲「南部氢能走廊」2.欧洲”南部氢能走廊”输氢管道计划连接的区域不包括（）。A.北非B.意大利C.西班牙D.德国3.下列哪项不是有机液态储氢技术的优势？（）A.性能稳定B.简单安全C.可充分利用现有石化基础设施D.全周期能耗极低，无蒸发损失4.日本与澳大利亚”氢能供应链”（HESC）项目中，氢气的来源是（）。A.风电电解水制氢B.太阳能光伏电解水制氢C.煤气化制氢D.天然气重整制氢5.美国普拉格能源的绿色液氢项目位于（）。A.加利福尼亚州B.得克萨斯州C.佐治亚州D.纽约州6.广州南沙电氢智慧能源站的储氢合金核心材料不包括（）。A.稀土元素B.钛元素C.镍元素D.以上均包括7.目前我国最为普遍的氢气运输方式是（）。A.管道输氢B.液氢槽车运输C.长管拖车D.固态储氢模块运输课堂练习（二）：填空题二、填空题1.中石化”西氢东送”输氢管道示范工程起始于内蒙古自治区乌兰察布市，终点位于__________，管道一期运力为__________。2.根据国内已有管道的相关测算，当输送距离为100km时，管道输氢的成本约为__________，约为长管拖车输氢成本的____