氢气是怎么储存、运输和转化的?

2024-02-28  来自: 甘肃利翔氢能特种气体科技有限公司 浏览次数:57

  氢气是怎么储存、运输和转化的?

  一种是将制得的通过压缩机压缩,存储在中低压压力等级的储氢罐,

  ●当制得的氢气量足够大时,可以利用现有的地下洞穴或天然气气穴存储,地下储存的氢气压力水平范围为2MPa至18MPa;

  ●若设备允许,可将制得的氢气,通过低温液化,储存到低温液态储氢罐,其储氢量相比压缩储氢要大很多,同等空间的情况下,若压缩储氢提供氢储量100千瓦时(kWh),低温液态存储储氢量可以达100GWh。

  压缩储氢由于其有限的能量密度而具有高成本;低温罐由于蒸发损失只能在有限的时间内保持要求的压强水平。

  加压和低温氢存储之间的中间解决方案是低温压缩氢。在这种情况下,液化氢被填充到罐中,与普通低温储存(约2至4MPa)相比,低温压缩氢所需的氢气燃烧压力条件要高得多(高达35MPa)。这使得低温压缩储氢能够储存更长的时间。

  氢气

  在未来,将氢存储在金属氢化物或碳纳米结构中是实现高能量密度的有前途的技术选择。虽然金属氢化物已经处于示范阶段,但仍需要进行基础研究以更好地了解碳纳米结构的潜力。

  氢气的运输

  氢气的运输通常根据储氢状态的不同和运输量的不同而不同。

  氢气是怎么储存、运输和转化的?

  通常气态氢由卡车(长管拖车)运输,通常运输压力为20-50Mpa。

  由于液态氢的能量密度高于气态氢的能量密度,因此值得在长距离输送大量氢气,然而液化过程耗能较多,需要消耗运输的氢的能量的30%,相当于每运输1kg氢气消耗7-10kWh能量。由于冷氢与环境温度之间存在较大的温差,因此对所用材料和绝缘有很高的要求。通常,液态氢运输适用距离应该超过400-1000km,并且运输温度应该保持在-253°C左右。

  管道运输可以长距离运输大量氢气,在工业领域特别有利。但建设管道网络的成本昂贵,尤其是在城市区域搭建网管需要考虑的因素太多。若是氢气输送的需求网络密集,则建设氢管道网络非常有利。

  下图描述了氢输送成本对质量流量和运输距离的依赖性。可以看出,每天的运输量为70吨时,管道运输是较便宜的运输方式。液态氢的运输得到回报,每日运输量为10吨,运输距离超过200公里时,液态氢的运输较具优势。每天销售量低于10吨,拖车运输气态氢是较便宜的。

  氢气是怎么储存、运输和转化的?

  氢输送成本与质量流量和运输距离的关系图

  [G表示气态氢运输,L表示液态氢运输,P表示管道运输气态氢]

  目前,氢气作为燃料与天然气相比还没有足够规模的基础设施。关键问题是氢气是否需要这种规模的基础设施,以及在何种程度上利用已经存在的基础设施。

  大规模使用氢气,需要运输和配送基础设施,将氢气生产场地与用户连接起来。如果从小规模应用逐步发展,在早期阶段用卡车或轮船运输就足够了。在大规模应用的情况下,通过管道基础设施进行运输将是一个绕不开的关键环节,因为长期大规模使用基础设备,会带来很高的成本优势等。

  除了集中制氢外,如果运输价格昂对,对于偏远地区,可以选择就地小规模制氢,避免运输费用。目前,德国的加氢站采用了两种生产工艺:电解和蒸汽重整。在这两种方法中,产生的氢气的压力高达50bar(通常为1-30bar)。

  氢气的转化

  氢气作为燃料,主要还是通过氢燃料电池,将氢能转化为电能。燃料电池可以使富氢燃料氧化,转化为有用的能量而不会在明火中燃烧。与将化学能转化为电能的其他单阶段过程(例如燃气轮机)相比,燃料电池的电效率更高(32%至70%)。

  与电解装置类似,燃料电池在效率和功率输出之间进行权衡。低负载时效率较高,而功率输出增加则效率降低。酒泉氢气配送