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液氢发展的能效性
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2021/9/30 10:45:53 阅读:104次 【字体:
 

液氢发展的能效性

把氢气从常温气态变成-253℃液态,理论能耗在4 - 5kWh/kg,而实际的低温工程中液化氢气的综合能耗在6.5 - 20 kWh/kg之间,这与氢气液化的规模有关:当氢液化的规模在2吨/天及以下时综合能耗超过20 kWh/kg,而当氢液化规模在150吨/天时可降至6.7 kWh/kg甚至更低,10-30吨/天氢液化工程的综合能耗在10-14 kWh/kg之间。这也是我们不断提高氢液化工程规模的重要原因,只有在大规模应用液氢时才具有经济性。一般来说,氢液化工程的经济平衡点大约在8-10吨/天,与可利用的电价和氢源有关。
一旦气氢变成液氢之后,在中游的储运和下游的加注利用环节,会比高压气氢有更多的优势。
01液氢的储运环节
液氢公路罐箱(车)的单次运输能力在2.5-3.3吨,是20MPa长管拖车单次运输能力的6-8倍,且运输车的自重降低30%左右,因此液氢的百公里运输费用只有20MPa长管拖车的10%-15%,经济运输距离可达1000km以上。

02加氢站加注环节

如果是面向35MPa/70MPa高压储氢的燃料电池汽车,气氢加注到车辆采用隔膜式压缩机增压,由于压缩功转化为热量,氢气温升可达200以上,再加上常温下氢气加注的膨胀过程也有较大的温升,为了确保燃料罐氢瓶的安全性,必须采用强制冷却的方式,能耗甚至远超过压缩机的能耗,一般来说气氢给35MPa车辆加注的综合能耗在3 - 4 kWh/kg,给70MPa车辆加注的综合能耗在6 - 8 kWh/kg。而液氢面向35MPa/70MPa高压储氢的燃料电池汽车加注,是采用液氢泵增压然后汽化器复温(以环境作为热源,无需额外耗能)的方式,不仅压缩液体的液氢泵比压缩气体的压缩机节能,而且汽化器复温可以选择复温到-40℃,可不必考虑高压加注膨胀温升到影响。因此即使液氢给70MPa高压车辆加注的综合能耗也不超过2 kWh/kg,能耗优势明显。

03液氢的终端应用与液氢重卡

在大功率长续驶里程的氢能重卡应用场景下,要求的车载储氢量达50-80kg以上,如果采用高压氢瓶,即使是70MPa氢瓶,也需要5-8个250L的大容积氢瓶,而液氢瓶只需要一个0.8-1.3m3的液氢燃料罐,其储氢系统的体积密度和重量密度远高于高压氢系统。重卡的动力系统电堆功率超过150kW,热管理系统采用水冷型强制冷却。在此系统中,车载液氢燃料也需要通过换热设备加热复温到常温,因此可以采用液氢冷能回收利用的方式来冷却大功率电堆,使得重卡电堆的设计可以更加紧凑、高效、长寿命。同时,液氢品质的优越性也是高压氢所不能比拟的,除了氦气之外所有的杂质气体遇到液氢都会凝固分离,因此液氢汽化后直接获得超纯氢,这一品质可以从上游液化一直保持到终端进入电堆,对燃料电池汽车动力系统的长寿命、高性能保证具有重要意义。


福田智蓝欧曼液氢重卡
综上所述,液氢的应用适合于大规模场景,其经济性体现在综合能耗的降低和储运、加注的经济性,以及终端的高密度储氢和高品质利用。终端车载液氢储氢更适合于重卡和船舶、列车、飞机等,在乘用车和中小型商用车载储氢方面并不比高压储氢有优势。
而液氢在加氢站则可以面向所有车辆加注,在储运领域更具优势:把海上风电、西部光伏等廉价的可再生能源发电所制取的绿氢,再利用当地的廉价电能进行液化。而液氢所携带的廉价电能可以长途运输数千公里,在终端加氢站应用时所节省的电费单价,已经远远高于制氢和氢液化时的电价。这才是水电解制绿氢液化储运到终端的产业链具备经济性的根本原因。

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