近日,戴姆勒卡车全新推出一项处理“过冷液氢”的加注工艺——sLH2,该创新技术相比使用气态氢,可大幅减少加氢站的各项成本。那么事实,真的是如此吗?
液氢是氢的液态形式,其温度约为-253℃,常压储存。相同的体积下,液氢的质量约是标准氢气的788倍、是20MPa氢气的4.8倍、35MPa氢气的3倍、70MPa氢气的1.8倍。这意味着加氢站若采用液氢储氢,可大大减小占地面积,从而在一定程度上减少加氢站建设成本。
但由于目前并无实际运营的“液储液加型”液氢加氢站,因此本文仅从制备端、储运端、运营端三方面对比液氢加氢站与高压气氢加氢站的相关成本,并将做一定的条件限制。(理想化条件测算,与当下实际情况存在一定差异,若有测算不得当,欢迎留言指正)
以0.2元/kW·h绿电计算,在仅考虑设备、能耗条件下,目前广泛应用的1000Nm³/h电解水制氢设备来看,其制氢能耗约为50kW·h/kg,即运行成本约为10元/kg;其设备投资约为1000万元,每年运行时长为2000小时,按照10年折旧,即折旧成本约5.6元/kg,因此得出制氢成本约15.6元/kg。
但从制氢端来看,不论是35MPa氢气还是液氢,均需要经过制氢环节,因此两者在制氢环节成本相同,差异部分在于后端氢气压缩与氢液化过程。
以上可得出,加以前端制氢成本,20MPa氢气综合制取成本约为16.36元/kg,而液氢的制取成本为20.38元/kg。
以目前常见的20MPa氢气长管拖车(水容积计27m³)为例,其载氢量约350-550kg,而一辆同等大小的液氢槽车(水容积约为40m³),可实现常压运氢超2500kg,具有相对安全、高效的优势。同时,随着液氢产能规模的提升,也将降低液氢设备成本与液化能耗,进而使得液氢整体运输成本下降。
不过由于当下高压气态长管拖车的经济运输半径为200km,而液氢运输对距离并不十分敏感,因此在储运端成本计算时不假定气源距离,以减少相关变量。
以上可得出,在不算过路费、车辆保险费等条件下,在经济运输半径200km内20MPa氢气到站成本约为26.02元/kg,而相同运输距离液氢运输到站成本仅约为21.84元/kg。
这意味着,虽然液氢在制取成本中稍高于高压气氢,但在后端储运环节两者差距可基本抹平,且随着距离的提升,液氢运输的距离不敏感性优势也将更为突出。
但值得注意的是,由于运输环节成本还需依据下游用量实际计算,因此本文在计算时仅为理想化笼统计算,并非当下实际运输成本。
建站运营层面,由于其涉及土地、装备、人员等等一系列成本,因此本文在计算时统一规定两类型加氢站占地、人员配置、水电费及用量均相同,且仅考虑35MPa加氢站与液氢加氢站。(液储气加型加氢站不做计算)
因此在该条件下,两者固定资产投资约1500万元,那么以站内日均加氢量为800kg,年运行300天,折旧20年计算,固定资产折旧费用约3.125元/kg。
不过,35MPa加氢站在加注前还需要进行压缩、冷却等过程,运行成本主要体现在压缩机组、冷水机组等;而液氢加氢站并不需要,运行能耗主要为液氢泵(比能耗为0.6kWh/kg)与BOG回收模块(3kWh/kg),因此液氢加氢站相比约可节省60kW整站电功率消耗。
按工业用电0.8元/kW·h计算,运行费用可节省0.7元/kg,结合到站成本,1000kg液氢加氢站氢气加注成本将比35MPa 1000kg加氢站低4.88元/kg。(当然,在该条件下液氢加氢站并未体现出其实际优势,因此该数据仅作参考)
此外,液氢可作为良好的能源载体可提高加注效率与提升车辆行驶里程,据国外液氢重卡实测,加注80kg液氢续航里程可超1000km,且可做到同比高压气态氢气重卡自重不增加。这对于氢车运营成本来说也可减少往返加氢站的次数,从而在一定程度上减少氢车实际运营的成本。
总体看来,液氢加氢站对比于高压气氢加氢站,在发展较为成熟的条件下,在储运、站内运营端均有一定的优势,且在大规模、远距离用氢场景下优势更为明显。
但话说回来,以上计算的各项数据基本是理想化状态,而目前国内液氢发展还存在应用市场规模小、液氢技术门槛高、液化过程能耗高等痛难点,且民用液氢规模化应用的条件仍不完备——
制备端由于液氢的危化品属性,国内民用液氢工厂用地属性无法有效进行责任细分;
我国液氢路权并未实际获得;
“液储气加”、“液储液加”,液氢加氢站建设模式仍在探索;
国内液氢车并未经过充足的实际验证,液氢加氢站建设陷入十分“上无液氢,下无液氢车”的尴尬境地。
只是从长远来看,随着液氢制备、运载装备技术等突破,以及民用液氢相关标准法规的不断完善,液氢运输成本低、氢纯度高、计量方便等优势将逐步凸显,未来也将更适合大规模部署和运输。到那时,液氢加氢站的建设或许会成为一种主流。
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