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高压气态氢储存技术经济分析：运输方式对200巴储氢系统性能与成本的影响
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年07月14日 来源：Energy Technology 3.6
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这篇综述通过技术经济分析方法，系统评估了200巴压力容器储氢系统的性能与成本。研究聚焦三种运输方式（350巴/540巴拖车和管道）对储氢过程温度波动、平准化储氢成本(LCOHS)及综合运输-储存成本(LCOH[T+S])的影响。结果表明，350巴拖车在中短距离最具成本优势，而540巴拖车更适合长距离运输。研究为氢能基础设施优化提供了关键数据支撑。
高压气态氢储存技术经济分析
2 实验方法
研究采用多维度分析方法，涵盖储氢罐投资成本(LCOHSSt,Invest)、运维成本(LCOHSSt,O&M)、压缩机投资(LCOHSComp,Invest)和能耗成本(LCOHSComp,E)等关键参数。储氢罐设计遵循"0.6规则"的规模经济效应，采用负指数缩放因子反映成本递减规律。压缩机系统采用多级等熵模型，每级保持相同压缩比(2.1)，并考虑90%的可用性因子(AFComp)。
2.1 储氢罐设计
储氢罐分为四种类型：全金属I型、金属衬里复合II型、金属内衬全复合III型和聚合物内衬IV型。III型和IV型工作压力达300-700巴，适用于车载储氢。关键设计参数包括：4130铬钼钢的屈服强度(Sy)=6690巴，极限强度(Su)=7240巴；碳纤维复合材料(CFRP)设计强度(Sdesign)=15306巴，纤维转换效率(Kfte)=80%。
2.2 压缩机系统
采用CoolProp软件计算压缩因子Z，多级压缩显著降低能耗。当压缩比>2时，级间冷却使各阶段功相同。计算显示，从30巴管道压缩至200巴需要更多级数，能耗比拖车运输高13%。典型参数包括：等熵效率(ηis,Comp)=80%，电机效率(ηm)=95%，安装因子(IFComp)=2。
3 结果与讨论
3.1 平衡压力动态
质量流量0.02kg/s时，350巴拖车平衡压力103巴，540巴拖车达114巴。温度监测显示：质量流量增至0.1kg/s时，储罐温度上升但仍低于65°C限值。环境温度从15°C升至35°C使储罐温度上升，但对平衡压力影响<3%。
3.2 运输方式比较
350巴拖车LCOHS最低（8000kg/天需求时为0.42�/kg），540巴拖车因较高初始压力使压缩能耗降低8%。管道运输因需从30巴压缩，能耗成本高出拖车方案2.3倍。储罐投资成本随规模扩大呈亚线性下降，1500kg容量基准成本214.5�/kg。
3.3 综合成本分析
25公里运输距离下，350巴拖车在需求<6000kg/天时最具优势。500公里以上长距运输，540巴拖车因载量优势使LCOH(T+S)降低12%。100mm管道在>8000kg/天需求时开始显现优势，但受高压缩能耗限制。
3.4 敏感性分析
储罐安全系数(fsaf)增加20%可使LCOHS降低5-12%，因更大容量降低压缩需求。能源价格波动对管道方案影响最大（±13%），反映其高能耗特性。储罐寿命变动对成本影响最小（<4%）。
4 结论
研究表明，350巴拖车在400公里内综合成本最优，540巴拖车更适合长距离运输。管道运输仅在高需求(>8000kg/天)短距离场景具有竞争力。优化储罐安全系数可降低压缩能耗11%，这为氢能基础设施规划提供了关键设计参数。未来研究可探索地下储氢(UHS)与不同压力系统的协同效应。
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