Informe sobre el trazado del proyecto de la cadena de la industria energética del hidrógeno
La energía del hidrógeno es, más importante aún, una energía limpia y un buen portador de energía. Es limpia y eficiente, puede almacenar energía, puede transportarse y tiene amplios escenarios de aplicación.
El hidrógeno es una fuente de energía secundaria que se puede producir de diversas formas con pocas limitaciones de recursos. Utilizando pilas de combustible, la energía del hidrógeno se puede convertir directamente en electricidad y agua mediante reacciones electroquímicas sin emitir contaminantes. gasolina y diésel, gas natural y otros combustibles fósiles, su eficiencia de conversión no está limitada por el ciclo de Carnot, y la eficiencia de generación de energía supera el 50, que es una fuente de energía eficiente y sin contaminación.
La energía del hidrógeno es el medio para la conversión entre varios tipos de energía, como electricidad, calor, combustibles líquidos, etc. Es la única forma de lograr una optimización colaborativa entre las redes energéticas en el futuro previsible. El sistema energético actual se compone principalmente de redes eléctricas, redes de calefacción y redes de oleoductos y gasoductos. Con la tecnología de pilas de combustible, la energía del hidrógeno se puede convertir entre diferentes redes energéticas, y la energía renovable y los combustibles fósiles se pueden convertir en electricidad y calor. Al mismo tiempo, el combustible de hidrógeno también se puede producir mediante reacciones inversas para reemplazar los combustibles fósiles o para el almacenamiento de energía, logrando así una optimización colaborativa entre diferentes redes energéticas.
A medida que la tasa de penetración de la energía renovable continúa aumentando, la demanda de carga máxima estacional e incluso anual también aumentará día a día. El papel del almacenamiento de energía en el futuro sistema energético continúa surgiendo, pero el almacenamiento de energía electroquímico. y el almacenamiento térmico son difíciles de satisfacer. Las necesidades de almacenamiento de energía de gran capacidad a largo plazo. La energía del hidrógeno puede lograr un almacenamiento a gran escala y a largo plazo de energía eléctrica o térmica de manera más económica, y puede convertirse en una forma importante de resolver los problemas del abandono del viento, la luz y el agua, garantizando el funcionamiento seguro y estable de una alta energía. proporción del sistema de energía renovable en el futuro.
La energía del hidrógeno tiene numerosos modelos de aplicación y puede ayudar a que los principales campos de aplicaciones terminales, como la industria, la construcción y el transporte, alcancen una baja carbonización, incluido su uso como vehículo de pila de combustible en el campo del transporte y como medio de almacenamiento de energía. para apoyar la energía renovable a gran escala. La integración y la generación de energía se pueden utilizar en la generación de energía distribuida o calor y energía combinados para proporcionar electricidad y calor para edificios, proporcionando directamente energía limpia o materias primas para campos industriales, etc.
Países como Japón, Corea del Sur, Estados Unidos, Alemania y Francia han formulado planes y rutas estratégicas para el desarrollo de la industria energética del hidrógeno a nivel nacional, como la “Estrategia Básica de Energía del Hidrógeno” de Japón. y la "Hoja de ruta económica de la energía del hidrógeno" de Estados Unidos, la "Estrategia del hidrógeno verde" del "Acuerdo Verde Europeo" de la UE, la "Hoja de ruta de desarrollo económico del hidrógeno" de Corea del Sur, etc., continúan apoyando la investigación y el desarrollo del combustible de hidrógeno. Las células, promueven demostraciones piloto de pilas de combustible de hidrógeno y aplicaciones en múltiples campos, y se han utilizado en la industria. Obtenga ventajas en la construcción de cadenas y en la investigación y el desarrollo de vehículos con pilas de combustible de hidrógeno. Según el "Informe de investigación sobre las tendencias futuras de desarrollo de la energía del hidrógeno" publicado por la Federación Internacional de Energía del Hidrógeno, se prevé que para 2050, los vehículos con pila de combustible de hidrógeno representarán el 20,25% de los vehículos de motor mundiales y generarán un valor de mercado de 2,5 dólares estadounidenses. billones y cubren alrededor del 18% de las necesidades energéticas del mundo.
"Hecho en China 2025", "Plan de acción de innovación para la revolución tecnológica energética (2016-2030)", "Esquema de la estrategia nacional de desarrollo impulsado por la innovación", "Decimotercer plan quinquenal para el desarrollo estratégico nacional de industrias emergentes" Plan", el "13º Plan Quinquenal", el Plan Nacional de Innovación Científica y Tecnológica, etc. han enumerado la energía del hidrógeno y las pilas de combustible como tareas importantes. Como tecnologías disruptivas e industrias estratégicas emergentes que lideran el cambio industrial, se han propuesto promover sistemáticamente la investigación y desarrollo e industrialización de vehículos energéticos de hidrógeno y comercialización.
Desde principios de este año, las políticas nacionales se han intensificado. El 22 de junio, la Administración Nacional de Energía emitió los "Dictamenes Orientadores sobre el Trabajo Energético 2020" para promover el desarrollo de la industria energética del hidrógeno desde la perspectiva de la reforma y la innovación y promover la industrialización de nuevas tecnologías. El documento señala que formularemos e implementaremos un plan de desarrollo para la industria de la energía del hidrógeno, organizaremos investigaciones sobre tecnologías y equipos clave y promoveremos activamente demostraciones de aplicaciones.
La primera “Ley de Energía” de China vuelve a solicitar opiniones. Entre ellos, la energía del hidrógeno figura como una categoría de energía. Esta es la primera vez que China confirma legalmente que la energía del hidrógeno es una fuente de energía.
En la actualidad, más de 20 provincias de todo el país han publicado planes de desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno. En el delta del río Yangtze, el delta del río Perla, Beijing-Tianjin-Hebei y otras regiones, la energía del hidrógeno ha formado algunas pequeñas. -Aplicaciones de demostración a escala. En algunos lugares se ha formado una cadena industrial completa de preparación, almacenamiento, transporte, llenado de pilas de combustible y aplicaciones posteriores.
Entre ellos, el primer plan provincial de energía de hidrógeno a medio y largo plazo de la provincia de Shandong, la estrategia Shandong 3677 para crear un cinturón económico de hidrógeno. El "Plan de desarrollo a mediano y largo plazo de la industria de la energía del hidrógeno de la provincia de Shandong (2020-2030)" emitido por la Oficina General del Gobierno Provincial toma 2019 como año base y el período de planificación es 2020-2030. entorno de desarrollo, requisitos generales y rutas de desarrollo. Incluye 6 partes que incluyen distribución espacial, tareas clave de desarrollo, medidas de salvaguardia y evaluación de impacto ambiental. El "Plan de acción para la construcción del parque industrial de inversión internacional de Jiqingyan (2020-2025)" se publicó el 26 de marzo. Palabras como vehículos de nueva energía y energía de hidrógeno aparecen con mucha frecuencia, lo que también se hace eco del plan provincial de energía de hidrógeno de la provincia de Shandong. El “Valle del Hidrógeno de China” de Jinan y la “Isla Oriental del Hidrógeno” de Qingdao están a punto de surgir como parte del Plan. La Oficina del Gobierno Popular Municipal de Weifang emitió las "Medidas municipales de Weifang para promover el apoyo a la construcción y operación de estaciones de servicio de hidrógeno". Este método es aplicable para otorgar subsidios a las empresas que construyen estaciones de hidrogenación y repostan estaciones de hidrogenación en esta ciudad, es decir, se otorgarán subsidios de 500.000 a 6 millones de yuanes en función de la capacidad de hidrogenación diaria y el año de finalización.
En 2019, la dependencia petrolera de China de países extranjeros superó el 70 por primera vez, mientras que su dependencia del gas natural de países extranjeros también llegó a 45. Desde el estallido de la guerra comercial entre China y Estados Unidos en 2018, los riesgos potenciales para la seguridad energética causados por la alta dependencia de las importaciones extranjeras de petróleo y gas han atraído cada vez más la atención de los tomadores de decisiones y de todos los sectores de la sociedad. La epidemia de COVID-19 ha expuesto aún más los peligros y riesgos ocultos de la globalización de las cadenas industriales bajo un estado de emergencia, profundizando aún más la tendencia antiglobalización que ya estaba en aumento y elevando el estado de la seguridad energética a un nuevo nivel político.
El cambio climático global es uno de los retos más complejos a los que se enfrenta la humanidad en el siglo XXI. Una de las medidas para mitigar el cambio climático es reducir las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero. China es el segundo mayor emisor de carbono después de Estados Unidos y se ha comprometido a esforzarse por alcanzar el máximo de emisiones de dióxido de carbono antes de 2030 y lograr la neutralidad de carbono antes de 2060. En el camino hacia la neutralidad de carbono, la energía del hidrógeno es una forma indispensable de energía secundaria
Aunque la energía del hidrógeno tiene amplias perspectivas de desarrollo, actualmente se enfrenta a una base industrial débil, altos costos de equipos y combustible, y hay son cuestiones como las disputas de seguridad. En la actualidad, la tecnología de producción de hidrógeno de mi país es relativamente madura y tiene una cierta base industrial. La producción nacional de hidrógeno a partir de energía fósil y el subproducto industrial de hidrógeno han alcanzado una escala considerable, y la tecnología de producción de hidrógeno con agua por electrólisis alcalina está madura. Sin embargo, todavía existe una gran brecha entre la tecnología de almacenamiento y transporte de hidrógeno y la tecnología de aplicación de terminales de pilas de combustible en comparación con el nivel avanzado internacional.
Por ejemplo, en términos de almacenamiento y transporte, lograr el almacenamiento y transporte de energía de hidrógeno a gran escala y de bajo costo sigue siendo un problema difícil que enfrenta mi país e incluso el mundo. Como modelo actual de almacenamiento y transporte de energía de hidrógeno en el país y en el extranjero, el hidrógeno gaseoso a alta presión todavía tiene problemas, como que la densidad de almacenamiento de hidrógeno aún no es lo suficientemente alta y los costos de almacenamiento y transporte son demasiado altos.
El hidrógeno es una fuente de energía secundaria que debe producirse utilizando otras fuentes de energía mediante ciertos métodos. Actualmente, incluye principalmente los siguientes métodos:
Bajo presión y temperatura adecuadas, el hidrógeno. alcanos en el gas natural En el reformador se producen una serie de reacciones químicas para generar gas de conversión que contiene monóxido de carbono e hidrógeno. El gas de conversión luego sufre intercambio de calor, condensación y otros procesos, de modo que después el gas pasa a través del dispositivo PSA equipado con una variedad. de adsorbentes bajo control automatizado, monóxido de carbono y dióxido de carbono. Las impurezas son adsorbidas por la torre de adsorción para obtener hidrógeno.
Existen dos métodos principales para producir gas que contiene hidrógeno a partir de carbón: uno es la coquización del carbón y el otro es la gasificación del carbón. La coquización se refiere a la producción de coque a partir de carbón a 90-1000 ° C en condiciones aisladas de aire, y el subproducto es el gas de horno de coque. La composición del gas de horno de coque contiene aproximadamente entre un 55 y un 60 % de hidrógeno. La gasificación del carbón significa que el carbón reacciona con un agente gasificante a alta temperatura, presión normal o bajo presión y lo convierte en un producto gaseoso, que se compone principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono y se puede producir hidrógeno puro después de la conversión.
El hidrógeno generalmente no se produce directamente a partir del petróleo, sino a partir de productos después del craqueo preliminar del petróleo, como la nafta, el petróleo pesado, el coque de petróleo y el gas seco de refinería.
Los principales procesos para la producción de hidrógeno a partir de nafta incluyen la desulfuración y conversión de nafta, la conversión de CO y el PSA. El flujo del proceso es muy similar a la producción de hidrógeno a partir de gas natural. La producción de hidrógeno a partir de petróleo pesado reacciona con vapor de agua y oxígeno bajo una determinada presión para producir. productos gaseosos que contienen hidrógeno; la producción de hidrógeno a partir de coque de petróleo es muy similar a la producción de hidrógeno a partir de carbón, y se desarrolla sobre la base de la producción de hidrógeno a partir de carbón. La producción de hidrógeno a partir de gas seco de refinería es principalmente reformado con vapor de hidrocarburos ligeros más separación por adsorción por oscilación de presión. método, que es similar a la producción de hidrógeno a partir de gas natural. Muy similar.
La industria cloro-álcali utiliza la electrólisis de la salmuera para producir cloro y la soda cáustica se genera en el ánodo de la celda electrolítica, el hidrógeno se genera en el cátodo y la soda cáustica se genera cerca del cátodo. El hidrógeno ingresa a la torre de desoxidación para eliminar el oxígeno y luego se elimina mediante adsorción por cambio de presión. Después de eliminar impurezas como N2, H2, CO2 y H2O, se puede obtener hidrógeno de alta pureza.
El reformado con vapor de metanol para la producción de hidrógeno se utiliza cada vez más debido a su alto rendimiento de hidrógeno, utilización razonable de energía, control simple del proceso y facilidad de operación industrial. El metanol y el vapor de agua se someten a una reacción de craqueo de metanol y una reacción de desplazamiento de monóxido de carbono bajo ciertas condiciones de temperatura y presión bajo la acción de un catalizador para generar hidrógeno y dióxido de carbono. El H2 y el CO2 generados por la reacción de reformado luego pasan a través del cambio de presión. Método de adsorción (PSA) Separa H2 y CO2 para obtener hidrógeno de alta pureza.
La producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua es un método más conveniente para producir hidrógeno. La corriente continua pasa a través de un electrolizador alcalino (ALK) lleno de electrolito y las moléculas de agua sufren una reacción electroquímica en los electrodos y se descomponen en hidrógeno y oxígeno. Los electrolizadores PEM también se pueden utilizar para electrolizar directamente agua pura para producir hidrógeno. Este método puede utilizar fuentes de energía limpia como la fotovoltaica, la energía eólica y la hidroeléctrica para electrolizar el agua y producir hidrógeno.
(1) Principios y características de las turbinas eólicas: las turbinas eólicas logran una captura óptima de energía a bajas velocidades del viento controlando la velocidad del rotor y mantienen estables la velocidad y la potencia del rotor eólico a altas velocidades del viento. Por lo tanto, antes de la velocidad nominal del viento (la mayoría de las condiciones de trabajo), la potencia activa generada por la turbina eólica fluctúa con el cambio de viento, lo que se refleja en la fluctuación de la generación de energía en el segundo nivel. Además, la turbina eólica es una fuente de corriente, lo que significa que sigue la frecuencia de CA de 50 Hz de la red en todo momento y emite energía a la red en forma de corriente. Sin el mantenimiento del voltaje de la red, sería difícil que las turbinas eólicas actuales generen electricidad de forma independiente.
(2) Generación de energía fotovoltaica: las células fotovoltaicas convierten la energía solar en energía eléctrica. Por un lado, el inversor fotovoltaico controla el punto de potencia óptimo de las células fotovoltaicas. como fuente de corriente para rastrear la frecuencia de CA de 50 Hz de la red eléctrica, exportando energía a la red eléctrica a través de la corriente. Dado que la luz solar no cambia mucho en niveles diminutos, las fluctuaciones son menores en comparación con la energía eólica. Sin embargo, la generación de energía fotovoltaica presenta intermitencia diurna y nocturna.
La generación de energía fotovoltaica para la producción de hidrógeno utiliza principalmente la energía de CC generada por el sistema de generación de energía fotovoltaica para suministrar directamente la energía de producción de hidrógeno a la estación de producción de hidrógeno. Hay tres rutas técnicas principales.
Producción de hidrógeno en electrolizador alcalino. Este tipo de celda electrolítica tiene una estructura simple y es adecuada para la producción de hidrógeno a gran escala. Es relativamente barata y tiene una eficiencia baja de alrededor del 70 al 80%. El equipo principal incluye una fuente de alimentación, ánodo y cátodo, diafragma y electrolito. y caja de celda electrolítica. El electrolito suele ser una solución de hidróxido de sodio, y las celdas electrolíticas incluyen principalmente tipos unipolares y bipolares.
El electrolizador de membrana de intercambio de protones (PEM Electrolyzer) produce hidrógeno. La eficiencia es mayor que la de los electrolizadores alcalinos y utiliza principalmente tecnología de intercambio iónico. La celda electrolítica se compone principalmente de una película de polímero y electrodos positivos y negativos. Debido a la alta conductividad de protones, la corriente de operación de la celda electrolítica se puede aumentar considerablemente, mejorando así la eficiencia de la electrólisis.
El electrolizador de Óxido Sólido produce hidrógeno. Puede funcionar a altas temperaturas y parte de la energía eléctrica puede reemplazarse por energía térmica, con alta eficiencia y bajo costo. El electrolizador de óxido sólido es el equipo más eficiente entre los tres electrolizadores. El calor residual después de la reacción se puede combinar. con la turbina de vapor y el sistema de refrigeración para el reciclaje combinado, la mejora de la eficiencia puede llegar a 90.
La ruta técnica para la producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua está madura y el factor clave que no se ha promocionado ampliamente en la actualidad es el precio de la electricidad. El costo actual de utilizar electricidad industrial para producir hidrógeno lo es también. alto y la competitividad del mercado es pobre.
La inversión en la producción de hidrógeno con metanol es baja y es adecuada para una escala de producción de hidrógeno inferior a 2500 Nm3. Según el consumo de hidrógeno de 1 Nm3, 0,72 kilogramos de metanol, el precio del metanol se calcula en 2319 yuanes/tonelada. el costo de producción de hidrógeno es el siguiente: Tabla de costos de producción de hidrógeno con metanol
El costo de inversión unitario de la producción de hidrógeno con gas natural es bajo y la economía es mejor por encima de 1000 Nm3. Según 1 Nm3 de hidrógeno, 0,6 Nm3 de natural. Se consume gas y el precio del gas natural se calcula en 1,82 yuanes/Nm3. El costo de producción de hidrógeno es el siguiente:
Tabla de costos de producción de hidrógeno con gas natural
Tomando 1000 Nm3/h de agua. Por ejemplo, la producción de hidrógeno por electrólisis, la inversión total es de aproximadamente 14 millones de yuanes. Calculado en base al consumo de hidrógeno de 1 Nm3 de 5 kWh de electricidad, el análisis del costo de producción de hidrógeno basado en diferentes precios de la electricidad es el siguiente:
Energía fotovoltaica. tabla de costos de producción de hidrógeno de generación
Según este análisis, el costo de producción de hidrógeno será competitivo solo cuando el precio de la producción de hidrógeno de generación de energía fotovoltaica se controle por debajo de 0,3 yuanes/kWh. Calculado en función del precio de mercado actual, el costo de un sistema de CC de generación de energía fotovoltaica de 100 MW es el siguiente:
Costo del sistema de CC de generación de energía fotovoltaica
Tomando un área de recursos de primera clase como Por ejemplo, el número de horas de utilización fotovoltaica en el primer año Calculado para 1700 horas, otros parámetros son: capacidad instalada 100 MW, período de construcción 1 año, índice de inversión de capital 20, capital de trabajo 10 yuanes/kW, período de préstamo 10 años, principal y el método de pago de intereses es igual a capital e intereses, tasa de interés de préstamos a largo plazo 4,90, el período de depreciación es de 20 años, la tasa de valor residual es 5, la tasa de mantenimiento es 0,5, la cantidad de personal es 5, el salario laboral anual promedio es 70.000 yuanes, las tasas de asistencia social y otros son 70, la tasa de seguro es 0,23, el costo del material es 3 yuanes/kW y otros gastos son 10 yuanes/kW. Vuelva a calcular el precio de la electricidad en función de la tasa interna de rendimiento de toda la reunión de inversión 8, y analice y calcule el precio de la electricidad cuando el costo sea de 230 millones, 200 millones, 180 millones y 160 millones de yuanes. Mediante el cálculo, cuando la tasa interna de rendimiento de todas las inversiones es 8, los precios de la electricidad bajo diferentes costos de construcción son los siguientes:
Recalculo de los precios de la electricidad a diferentes costos de construcción
Generación de energía fotovoltaica y producción de hidrógeno en áreas de clase de recursos Ya es económicamente viable y el costo de la producción de hidrógeno a partir de gas natural y metanol es menor. A medida que el costo de la generación de energía fotovoltaica continúa disminuyendo, la competitividad de la producción de hidrógeno a partir de energía fotovoltaica. La generación de energía se verá reforzada aún más. Este artículo no considera el costo del transporte de hidrógeno. El suministro directo de energía fotovoltaica para la producción de hidrógeno debe estar cerca del lado de la demanda. Las áreas de recursos de primera clase se concentran principalmente en la región noroeste. Los usuarios de hidrógeno son principalmente refinadores y químicos. empresas que consumen grandes cantidades de gas. Para las estaciones de producción de hidrógeno, el requisito de escala es grande.
El precio de los módulos fotovoltaicos está cayendo rápidamente. A medida que el precio baja aún más, la generación de energía fotovoltaica y la producción de hidrógeno en algunas áreas de recursos de Clase II también se han desarrollado. economías y tienen una demanda relativamente grande de hidrógeno. El proceso de producción de hidrógeno de la generación de energía fotovoltaica es simple y tiene pocas dificultades de operación y mantenimiento. La escala de producción de hidrógeno se puede modular según el sitio y la demanda con el avance de la tecnología de pilas de combustible, la producción distribuida de hidrógeno con energía renovable y el suministro de combustible. Las células también serán una importante tendencia de desarrollo en el futuro.
El modo de transporte del hidrógeno se puede dividir en transporte de hidrógeno gaseoso (GH2), transporte de hidrógeno líquido (LH2) y transporte de hidrógeno sólido (SH2) según los diferentes estados del hidrógeno. La elección del método de transporte debe basarse en las siguientes cuatro consideraciones integrales: eficiencia energética del proceso de transporte, volumen de transporte de hidrógeno, pérdida de hidrógeno durante el transporte y kilometraje del transporte.
Cuando la dosis es pequeña y los usuarios están dispersos, el hidrógeno gaseoso generalmente se transporta en contenedores de almacenamiento de hidrógeno en vehículos, barcos y otros vehículos de transporte. Cuando la dosis es grande, generalmente se utiliza el transporte por tuberías. El transporte de hidrógeno líquido utiliza vehículos, barcos y otras herramientas de transporte.
Aunque hay muchas formas de transportar hidrógeno, desde la perspectiva de las tendencias de desarrollo, mi país utiliza principalmente tres tipos: remolque tubular, tubería y camión de líquido es el método principal.
Los remolques de tubo largo son la forma más común de transportar hidrógeno en China. Este método es técnicamente bastante maduro. Sin embargo, dado que la densidad del hidrógeno es muy pequeña y el contenedor de almacenamiento de hidrógeno es pesado, el peso del hidrógeno transportado sólo representa del 1 al 2 del peso total del transporte.
Por lo tanto, los remolques de tubo largo para el transporte de hidrógeno solo son adecuados para escenarios donde la distancia de transporte es corta (radio de transporte de 200 kilómetros) y el volumen de transporte es bajo.
El proceso de trabajo es el siguiente: el hidrógeno producto purificado se comprime a 20 MPa mediante un compresor y se carga en un remolque de tubo largo a través de una columna de carga de gas. Después de ser transportado al destino, el haz de tubos. El hidrógeno que contiene se separa de la parte delantera del vehículo a través de la columna de descarga de gas y la estación reguladora de presión, el hidrógeno del haz de tubos se descarga en los tanques de almacenamiento de hidrógeno de alta, media y baja presión de la hidrogenación. Estación para almacenamiento jerárquico.
La eficiencia del transporte de este método es baja. Las normas nacionales estipulan que la presión de trabajo nominal de los cilindros de gas de remolque de tubo largo es de 10 a 30 MPa, y la mayoría de los cilindros utilizados para transportar hidrógeno son de 20 MPa.
Tomemos como ejemplo la caja de contenedores tipo TT11-2140-H2-20-I producida por Shanghai Nanliang Company. Su presión de trabajo es de 20 MPa y se puede llenar con hidrógeno con un volumen de 4164 Nm3 y una. masa de 347 kg cada vez, la masa total después de la carga es 33168 kg y la eficiencia del transporte es 1,05. Los principales fabricantes nacionales de remolques de tubo largo incluyen CIMC Enric, Luxi Chemical, Shanghai Nanliang, Pujiang Gas, Shandong Binhua Hydrogen Energy, etc.
Cálculo del coste del transporte de hidrógeno en remolques de tubo largo
Para calcular el coste del transporte de hidrógeno en remolques de tubo largo, nuestras suposiciones básicas son las siguientes:
(1) Estación de servicio de hidrógeno La báscula pesa 500 kg/día, a 100 km de la fuente de hidrógeno.
(2) El remolque de tubo largo está completamente cargado con una masa de hidrógeno de 350 kg; la tasa de hidrógeno residual en el haz de tubos es de 20 y el tiempo de trabajo diario es de 15 horas.
(3) La velocidad promedio del remolque es de 50 km/h, el consumo de combustible por cada 100 kilómetros es de 25 litros; y el precio del diésel es de 7 yuanes por litro;
(4) El precio de la locomotora eléctrica es de 400.000 yuanes por unidad y la depreciación se realiza durante 10 años. El precio del haz de tubos es de 1,2 millones; yuanes/unidad, y la depreciación se realiza durante 20 años. El método de depreciación es el método lineal;
(5) El remolque se carga y descarga con hidrógeno durante 5 horas; p> (6) Compresión de hidrógeno El consumo de energía en el proceso es de 1kwh/kg y el precio de la electricidad es de 0,6 yuanes/kwh.
(7) Cada remolque está equipado con dos conductores, y hay uno; operador cada uno para llenado y descarga, con un salario de 100.000 yuanes/persona · año
(8) El coste del seguro del vehículo es de 10.000 yuanes/año, el coste de mantenimiento es de 0,3 yuanes/km y el peaje. es 0,6 yuanes/km; según los supuestos anteriores, se puede calcular que la escala es de 500 kg/d y la distancia es hidrógeno. El costo de transportar hidrógeno a una estación de servicio de hidrógeno a 100 km de la fuente es de 8,66 yuanes/kg.
El proceso de cálculo es el siguiente:
Los costos de transporte aumentan significativamente a medida que aumenta la distancia. Cuando la distancia de transporte es de 50 km, el costo de transporte del hidrógeno es de 5,43 yuanes/kg. A medida que aumenta la distancia de transporte, el costo de transporte de los remolques de tubo largo aumenta gradualmente.
Cuando la distancia es de 500 km, el coste de transporte alcanza los 20,18 yuanes/kg.
Teniendo en cuenta las cuestiones económicas, los remolques de tubo largo para el transporte de hidrógeno son generalmente adecuados para el transporte de corta distancia dentro de los 200 km.
Aumentar la presión de trabajo del haz de tubos puede reducir el costo del transporte de hidrógeno.
Debido a los estándares nacionales, la presión de trabajo máxima de los remolques de tubos largos está limitada a 20 MPa, mientras que la presión de trabajo del hidrógeno es de 50 MPa. Se han lanzado remolques de tubo largo a nivel internacional.
Si se relajan los estándares nacionales de presión de almacenamiento y transporte, el mismo volumen de haces de tubos puede contener más hidrógeno, reduciendo así los costos de transporte.
Cuando la distancia de transporte es de 100 km, los costos de transporte de los remolques de tubo largo con presiones de trabajo de 20 MPa y 50 MPa son 8,66 yuanes/kg y 5,60 yuanes/kg respectivamente, y este último es de aproximadamente 64,67 yuanes/kg de el primero.
Es un método de transporte de hidrógeno de bajo costo con potencial de desarrollo, pero la red de gasoductos de hidrógeno de mi país está subdesarrollada y es necesario acelerar la construcción.
El transporte de hidrógeno por tuberías de baja presión es adecuado para el transporte de hidrógeno a gran escala y a larga distancia. Dado que el hidrógeno debe transportarse a baja presión (presión de trabajo de 1 a 4 MPa), el consumo de energía es menor que el transporte de hidrógeno a alta presión, pero la inversión inicial en la construcción de tuberías es mayor.
El diseño de la red de gasoductos de hidrógeno de mi país tiene un gran margen de mejora.
Estados Unidos y Europa son las primeras regiones del mundo en desarrollar redes de gasoductos de hidrógeno, con una historia de 70 años.
Según las estadísticas del PNNL de 2016, hay 4.542 kilómetros de gasoductos de hidrógeno en todo el mundo, de los cuales Estados Unidos tiene 2.608 kilómetros de gasoductos de hidrógeno, Europa tiene 1.598 kilómetros de gasoductos de hidrógeno y China solo tiene 100. kilómetros.
Con el rápido desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno, la creciente demanda de hidrógeno promoverá la construcción de la red de gasoductos de hidrógeno de mi país.
Los gasoductos de hidrógeno son costosos de construir y requieren grandes inversiones. El transporte de hidrógeno a través de gasoductos puede reducir los costos.
Los gasoductos de gas natural son los gasoductos más grandes del mundo y representan más de la mitad. de la longitud total de los oleoductos en el mundo. En comparación con Hay muy pocos oleoductos de hidrógeno. Según el informe de la AIE, actualmente hay 3 millones de kilómetros de gasoductos en el mundo y sólo 5.000 kilómetros de gasoductos de hidrógeno. Todos los gasoductos de hidrógeno existentes son operados por empresas productoras de hidrógeno y se utilizan para transportar el hidrógeno terminado a equipos químicos y de refinación. .
Dado que las tuberías son propensas a la fragilización por hidrógeno (es decir, el metal reacciona con el hidrógeno y provoca una disminución de su tenacidad), provocando que el hidrógeno se escape, es necesario utilizar materiales con bajo contenido de carbono como tuberías de transporte de hidrógeno. . El costo de los gasoductos de hidrógeno en Estados Unidos es de 310.000 a 940.000 dólares por kilómetro, mientras que el costo de los gasoductos de gas natural es de sólo 125.000 a 500.000 dólares por kilómetro. El costo de los gasoductos de hidrógeno es más del doble del costo de los gasoductos de gas natural.
Aunque el caudal de hidrógeno en los gasoductos es 2,8 veces mayor que el del gas natural, debido a la pequeña densidad de energía del hidrógeno en volumen, la densidad de energía del hidrógeno con el mismo volumen es solo un tercio de la del gas natural. Por lo tanto, el mismo volumen de hidrógeno se transporta por el mismo gasoducto. La potencia del compresor de la estación de bombeo utilizada para transportar hidrógeno es mayor que la del compresor utilizado para transportar gas natural, lo que genera altos costos de transporte de hidrógeno.
La construcción de infraestructura de red de transporte de hidrógeno requiere una enorme inversión de capital y un largo período de construcción. La construcción de gasoductos también implica ocupación de terrenos, demolición y construcción. Estos factores han obstaculizado la construcción de gasoductos.
Las investigaciones muestran que el combustible mixto de gas natural e hidrógeno que contiene una proporción de 20 volúmenes de hidrógeno puede utilizar directamente el actual gasoducto de transporte de gas natural sin ninguna modificación.
No mezcle más del 20% de hidrógeno en la red de gasoductos naturales y purifique el gas mezclado con hidrógeno después del transporte. Esto no solo puede aprovechar al máximo las instalaciones de gasoductos existentes, sino también reducir la cantidad. del hidrógeno por motivos económicos.
En la actualidad, algunos países extranjeros han adoptado este método.
Para calcular el costo del transporte de hidrógeno por gasoducto, hicimos las siguientes suposiciones con referencia a los parámetros básicos del gasoducto de hidrógeno Jiyuan-Luoyang:
(1) La longitud del gasoducto es de 25 km y la inversión total es de 146 millones de yuanes, entonces la inversión por unidad de longitud es de 5,84 millones de yuanes/km (10) La capacidad de transmisión anual de hidrógeno es de 100.400 toneladas y la tasa de pérdida de hidrógeno durante el transporte es de 8; >
(2) La conexión directa con la estación de distribución de gas por gasoducto. Los costos de mantenimiento indirecto se calculan en base al 15% de la inversión.
(3) El proceso de compresión de hidrógeno consume 1kwh/kg, y el proceso de compresión de hidrógeno consume 1kwh/kg; el precio de la electricidad es de 0,6 yuanes/kwh;
(4) La vida útil de la tubería es de 20 años. La depreciación se realiza mediante el método de línea recta.
Con base en los supuestos anteriores, se puede calcular que el precio de transporte de hidrógeno para un gasoducto de hidrógeno con una longitud de 25 m y una capacidad de transporte anual de 100.400 toneladas es de 0,86 yuanes/kg.
Cuando la distancia de transmisión es de 100 km, el costo de transportar hidrógeno es de 1,20 yuanes/kg, que es solo 1/5 del costo de un remolque de hidrógeno a la misma distancia. Transportar hidrógeno a través de tuberías es confiable. método para reducir costos.
Es adecuado para el transporte de larga distancia. Existe una brecha obvia entre las aplicaciones nacionales y extranjeras. Sin embargo, el transporte de hidrógeno líquido es más eficiente que el hidrógeno gaseoso y su aplicación nacional es limitada.
El sistema de transporte del camión cisterna de hidrógeno líquido consta de tres partes: el frente de potencia, el remolque del vehículo y el tanque de almacenamiento de hidrógeno líquido.
Dado que la temperatura de transporte del hidrógeno líquido debe mantenerse por debajo de -25 °C, lo que tiene una gran diferencia de temperatura con el ambiente externo, para garantizar el rendimiento de sellado y aislamiento del almacenamiento de hidrógeno líquido, el Los materiales y procesos del tanque de almacenamiento de hidrógeno líquido son muy importantes. Los altos requisitos hacen que el costo de inversión inicial sea alto.
El transporte en camión cisterna de hidrógeno líquido es un método de congelación profunda del hidrógeno para licuarlo a 21 K y luego transportar el hidrógeno líquido en un tanque cilíndrico especial aislado de baja temperatura con una presión generalmente de 0,6 MPa.
Dado que la densidad de energía volumétrica del hidrógeno líquido alcanza los 8,5 MJ/L, la capacidad del camión cisterna de hidrógeno líquido es de aproximadamente 65 m3 y puede transportar aproximadamente 4000 kg de hidrógeno por vez, lo que es más de 10 veces. la capacidad de un remolque de gas hidrógeno, que mejora enormemente la eficiencia del transporte y es adecuado para transporte de gran volumen y larga distancia.
Sin embargo, la desventaja es que el consumo de energía para producir hidrógeno líquido es relativamente grande (el consumo de electricidad para licuar hidrógeno con el mismo poder calorífico es más de 11 veces mayor que el del hidrógeno comprimido), y existe un cierta cantidad de evaporación en el proceso de almacenamiento y transporte de pérdida de hidrógeno líquido.
En países extranjeros, especialmente en Europa, Estados Unidos, Japón y otros países, el desarrollo de la tecnología del hidrógeno líquido ha sido relativamente maduro. El hidrógeno líquido ha entrado en la etapa de aplicación a gran escala en el almacenamiento y el transporte. En algunas áreas, el transporte por camión cisterna de hidrógeno líquido supera la escala del transporte de gas e hidrógeno.
En China, actualmente solo se utiliza en los campos aeroespacial y militar. Esto se debe a que los estándares para los dispositivos de producción, transporte y almacenamiento de hidrógeno líquido son todos estándares militares y no existen estándares civiles, lo que limita en gran medida. el uso de camiones cisterna de hidrógeno líquido en el ámbito civil.
Empresas nacionales relevantes han comenzado a desarrollar los correspondientes tanques de almacenamiento de hidrógeno líquido y camiones cisterna de hidrógeno líquido. Empresas como CIMC Sanctum y Furui Hydrogen Energy han desarrollado productos nacionales de almacenamiento y transporte de hidrógeno líquido.
El 26 de junio de 2019, el Comité Técnico Nacional de Normalización de la Energía del Hidrógeno emitió un informe sobre “Hidrógeno Líquido como Combustible para Vehículos de Energía de Hidrógeno”, “Especificaciones Técnicas para Sistemas de Producción de Hidrógeno Líquido” y “Almacenamiento y Tecnología de Seguridad en el Transporte”. Carta solicitando opiniones sobre tres estándares nacionales “Requisitos”.
Una vez que se formen estándares y especificaciones de políticas relacionadas con el hidrógeno líquido, el almacenamiento de hidrógeno líquido a baja temperatura con mayor densidad de almacenamiento de hidrógeno y eficiencia de transmisión será una dirección de desarrollo importante en el futuro.
Para calcular el coste del transporte por camión cisterna de hidrógeno líquido, nuestras suposiciones básicas son las siguientes:
(1) La escala de la estación de hidrogenación es de 500 kg/día y la distancia desde el punto de fuente de hidrógeno hay 100 km;
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(2) El camión cisterna tiene una capacidad de carga de 15.000 galones (aproximadamente 68 m3 o 4.000 kg) y un tiempo de trabajo diario de 15 horas;
(3) La velocidad promedio del camión cisterna es de 50 km/h y el consumo por 100 kilómetros. El volumen de aceite es de 25 litros y el precio del diésel es de 7 yuanes/litro. p> (4) El precio de un camión cisterna de hidrógeno líquido es de aproximadamente US$500.000 por vehículo, y se depreciará en 10 años utilizando el método de línea recta.
(5) El camión cisterna tarda 6,5; horas para cargar y descargar hidrógeno líquido
(6) El proceso de compresión de hidrógeno consume 11kwh/kg y el precio de la electricidad es 0,6 yuanes/kwh
(7) Cada remolque es; equipado con dos conductores y un operador cada uno para llenado y descarga, con un salario de 100.000 yuanes/persona·año (8) El seguro del vehículo cuesta 10.000 yuanes/año, la tarifa de mantenimiento es de 0,3 yuanes/año; km y el peaje es de 0,6 yuanes/km. Con base en los supuestos anteriores, se puede calcular que el costo de transporte de hidrógeno para una estación de hidrogenación con una escala de 500 kg/d y una distancia de 100 km desde la fuente de hidrógeno es de 13,57 yuanes/kg.
El proceso de cálculo es el siguiente:
Las variaciones de costes de los camiones cisterna de hidrógeno líquido no son sensibles a la distancia. Cuando la estación de servicio de hidrógeno está a una distancia de 50 a 500 kilómetros de la fuente de hidrógeno, el precio del transporte de los camiones cisterna de hidrógeno líquido aumenta ligeramente en el rango de 13,51 a 14,01 yuanes/kg. Aunque los costos de transporte aumentan con la distancia, el aumento no es significativo. Esto se debe a que la factura de electricidad consumida durante el proceso de licuefacción (que representa alrededor del 60%), que representa la mayor proporción del costo, sólo está relacionada con la capacidad de transporte de hidrógeno y no tiene nada que ver con la distancia. Sin embargo, la proporción de costes de combustible y peajes que se relacionan positivamente con la distancia no es grande. Los camiones cisterna de hidrógeno líquido tienen más ventajas de costes en el transporte de larga distancia.
Capítulo 4 Construcción de estaciones de servicio de hidrógeno
1. Estimación de la inversión
La inversión en estaciones de servicio de hidrógeno incluye principalmente inversión en equipos, inversión en ingeniería civil y diseño, supervisión y aprobación Tarifas de espera.
La tabla de estimación de inversión del proyecto es la siguiente:
Costo del nombre del número de serie (10.000 yuanes) Observaciones
1 Equipo de proceso 222,00
1.1 Sistema de presurización 160,00
1.2 Sistema de llenado 56,00
1.3 Sistema de descarga 6,00
2 Tuberías de obra, cables de instrumentos, etc. 12,00
3 Armario PLC, Sonda de llama, sonda de fuga de hidrógeno, videovigilancia, etc. 28,00
4 Instalación y depuración de equipos 40,00 incluyendo materiales auxiliares
5 Obra civil 80,00
6 Honorarios de diseño, supervisión, aprobación y otros 45,00
7 Total 424,00
2. Estimación de costos operativos
Una vez terminada la estación de hidrogenación, el El costo operativo incluye el alquiler del terreno, la depreciación del equipo, los costos de operación y mantenimiento, los salarios del personal, etc.
La inversión total del proyecto es de 4,24 millones de yuanes. Los activos fijos se deprecian mediante el método lineal, excluyendo el valor residual, y se deprecian y amortizan en 10 años, lo que equivale a 424.000 yuanes por año. .
Los costos anuales de operación y mantenimiento incluyen tarifas de mantenimiento de equipos, tarifas de gestión y costos laborales, tarifas de electricidad y agua, etc., de los cuales los costos de mantenimiento de equipos son aproximadamente 550.000 yuanes, y tarifas de gestión y mano de obra (4 trabajadores ) los costos son 15 Diez mil yuanes, las facturas de electricidad y agua son 300.000 yuanes y los costos anuales de operación y mantenimiento son 1 millón de yuanes.
Una sola estación de este proyecto cubre un área de aproximadamente 2 acres. Con referencia a los costos actuales de adquisición de terrenos en el área de servicio, el alquiler del terreno se calcula temporalmente en 100.000 yuanes por mu por año. El alquiler anual del terreno para una sola estación es de 200.000 yuanes.
3. Cálculo de beneficios
El precio de venta externo de las estaciones de hidrogenación es de 35 yuanes/kg, y la diferencia de precio entre compra y venta es generalmente de 20 yuanes/kg.
La capacidad de hidrogenación diaria diseñada para este proyecto de estación de hidrogenación es de 500 kg/d y la presión de llenado es de 35 MPa. Calculada en base a su carga de 70 llenados, el llenado diario es de 350 kg y el volumen de llenado anual puede ser. 120.000 kilos.
Según los ingresos por diferencia de precios, el beneficio bruto anual se estima en 2,52 millones de yuanes.
Análisis de beneficios económicos:
Nombre del número de serie Cantidad unitaria (10.000 yuanes) Observaciones
1 Ingreso por diferencia de precio (beneficio bruto) 10.000 yuanes 240,00
2 Alquiler del terreno de 10.000 yuanes 20,00
Costo operativo de 3 años 10.000 yuanes 100,00
4 Depreciación y amortización de 10.000 yuanes 42,4 Depreciación basada en 10 años
5 años de beneficio antes de impuestos de 10.000 yuanes 97,6
5 impuestos y recargos 24,4 millones
6 años de beneficio de 10.000 yuanes 73,2
La estática El período de recuperación de la inversión es: 4,24 millones de yuanes/ 732.000 yuanes durante 579 años.
Sin embargo, actualmente hay pocos vehículos que funcionen con hidrógeno, pero la energía del hidrógeno continúa desarrollándose bajo políticas favorables. Las predicciones actuales presentan grandes dificultades e imprevisibilidad. El cálculo se basa en una estimación del 70%. la carga de diseño.
La provincia de Shandong ha emitido el primer plan de energía de hidrógeno a medio y largo plazo a nivel provincial del país. La estrategia Shandong 3677 ha creado el Cinturón Económico del Hidrógeno de Shandong, las dos tierras altas del “Valle del Hidrógeno de China” de Jinan. La "Isla Oriental del Hidrógeno" de Qingdao ha seguido el "El Plan surgirá de la tierra y tiene amplias perspectivas y potencial de desarrollo. Bajo el actual pico nacional de carbono y el trasfondo estratégico de neutralidad de carbono, la energía del hidrógeno seguramente marcará el comienzo de una etapa de gran desarrollo".