수소 충전소는 수소 에너지 전략에서 매우 중요한 부분입니다. 수소연료가 비축된 주변 지역으로, 연료전지 차량은 적시에 충전을 할 수 있습니다. 수소의 생산, 저장, 운송 등의 기술은 모두 연료전지에 사용되는 수소를 쉽고, 빠르고, 저렴하게 얻을 수 있는지 여부에 영향을 미칠 것입니다. 비용 측면에서 이 글은 주로 기체 및 액체 수소에 대한 수소 운송의 경제성을 분석합니다.

 

【요약】

1. 가스-수소 트레일러는 가까운 장래에 여전히 주요 수소 운송 수단이 될 것입니다.

2. 극저온 수소 운송은 미래에 유망한 방법입니다. 가스-수소 트레일러의 10배 이상의 운송 능력과 재생 에너지 출력제한(curtailment)에 따른 대규모 수소 생산 잠재력으로 극저온 수소는 수소를 대규모로 장거리 운송할 것으로 기대됩니다.

3. INTEGRAL의 제안:

 

1. 기체 수소

기체 수소는 일반적으로 수소 플랜트와 수소 충전소 사이를 이동하는 튜브 트레일러를 통해 운송됩니다. 수소 튜브 트레일러 운송의 운영 프로세스는 다음과 같이 단순화됩니다.

1) 빈 튜브 트레일러는 수소 생산 플랜트에서 최대 부하까지 수소화 된 다음 수소 충전소로 이동합니다.

2) 긴 관형 저장 실린더를 튜브 트레일러에서 하역하여 직접 저장장치로서 수소충전소에 장치합니다.

3) 빈 실린더를 가지고 새로운 로딩 회전을 위해 수소 플랜트로 다시 운송합니다.

 

 

[마일리지 비용]: 운송 기간 중 연료 소비와 관련된 비용

[차량 비용]: 보험, 유지 보수 및 통행료를 포함

[인건비]: 튜브트레일러 운전사 및 수소의 적하를 위한 운영자를 포함한 필요한 인력의 급여

[장비 감가상각]: 트럭 헤드, 튜브, 압축기 등과 같은 고정 자산의 감가상각

[압축기 전기]: 전기를 이용한 수소의 압축과정 관련 비용

 

고압 가스의 운송 비용은 분명히 주행 거리에 비례합니다. (그림 2). 주행 거리가 두 배가 되면 비용이 두 배가 됩니다. (Sunny: The cost get doubled when driving rage doubles.  Spell out “rage” to “range”) 운송 비용의 "점프"는 주행 거리, 장비 감가상각, 차량 및 인건비와 관련된 튜브 트레일러의 요구량 증가에서 비롯됩니다. 운송량이 적으면(예: 1000kg/일) 총 비용에 비해 이 증가량이 크며, 운송량이 많을수록 이 증가량은 비례하여 더 작아지고 그래프가 더 매끄럽게 보입니다. 1일 운송량이 증가함에 따라 고정비를 압축할 수 있는 규모의 장점이 있으나 5,000kg/일 이상에서는 그 효과가 미미합니다. 주행거리, 장비, 차량, 인건비가 주요 비용 요소이며 운송량에 따라 변동됩니다.

 

약 200km의 운송 거리와 5톤/일의 운송 규모를 기준으로 수소 비용 범위는 약 8.0 RMB/kg(그림 5)인 반면 비용은 10 RMB/kg 이상입니다. 운송 규모가 1톤/일 미만인 경우 분명히 경제적이지 않습니다. (현재 중국 HRS의 대부분은 일일 수소 수요량이 1톤 미만임). 지금까지 수소 공급 비용은 여전히​​상대적으로 높습니다. 국내 수소화 스테이션의 평균 수소 조달 비용은 35-45 RMB이지만 일부 수소화 스테이션에서는 광동성 포샨시와 같이 비용이 50위안보다 훨씬 높으며 비용의 상당 부분을 운송 비용으로 차지합니다. 그러나 다른 에너지원(예: ICEV의 디젤 연료) 가격과 보조를 맞추기 위해 수소의 소매 가격을 30 RMB로 줄여야 합니다. 따라서 고압 가스의 운송 비용은 현재 경제적인 수소 공급망 구축의 병목 현상입니다. 위의 분석을 감안할 때 비용을 줄이기 위해 몇 가지 조치를 취할 수 있습니다.

 

2. 극저온 수소

액체 수소는 냉각, 가열 및 배출 장치가 있는 압력 하에서 특별히 절연된 극저온 탱크에 저장됩니다. 액체 상태에서 극저온 수소는 70MPa에서 압축 수소의 밀도의 거의 두 배입니다. 그러나 액화는 에너지 집약적인 과정입니다. 같은 발열량으로 액화수소를 액화할 때의 소비전력은 수소압축보다 11배 이상 높습니다. 또한 액체 수소 저장 탱크의 재료 및 기술 요구 사항이 높아 초기 투자 비용이 증가합니다.

 

 

 

고압 가스와 달리 극저온 수소 운송 비용은 주행 거리에 민감하지 않습니다(그림 4). 우리의 계산에 따르면 액화 공정과 관련된 비용(장비 투자 및 전력 소비 비용)이 수소 운송 비용에 가장 많이 기여하여 70%-85%(운송 거리에 따라 다름)에 도달합니다. 액화 장비의 강력한 스케일 효과로 인해 운송 스케일이 증가함에 따라 압축 비용이 더 높은 비율을 차지합니다. 압축 전기 비용은 부피에 따라 고정되므로 단위 거리 운송 비용(RMB/일/km)은 운송 거리가 증가할수록 감소합니다.

고압 기체 수소와 비교할 때 더 큰 운송 능력과 더 긴 운송 거리가 극저온 수소 개발에 유리한 요인이 될 것입니다. 실제로 극저온 수소가 더 많은 관심을 받고 있는 추세를 엿볼 수 있습니다.

 

프로젝트 규모 및 프로젝트 수의 확대로 액화수소 운송 비용이 절감되고 규모의 경제가 더욱 최적화될 것으로 예상됩니다. 이것은 차례로 더 많은 프로젝트에서 액체 수소 운송을 사용하도록 장려하는 선순환을 만들 수 있습니다.

 

평균 비용(수소 kg당 비용)을 고려할 때 다음과 같이 추론할 수 있습니다:

1) 같은 방법으로 운송량이 증가함에 따라 평균 비용은 감소하고 규모 효과로 인해 이론적인 한계에 도달합니다.

2) 같은 방법으로 운송량이 증가할수록 고압 기체 수소의 곡선이 부드러워집니다. 갑작스러운 "서지(증가)"는 추가 트럭에서 발생합니다. 더 큰 운송량은 더 많은 총 비용을 가져오는 반면 추가 트럭으로 인한 비용은 비례적으로 더 적습니다.

3) 2가지 방식의 브레이크포인트가 빠져나가며 교통량이 증가함에 따라 300~350km 부근에서 브레이크포인트가 감소하여 안정화됩니다. 이 거리 이하에서는 기체 수소(5톤/일)가 더 경제적입니다. 장거리의 경우 극저온 수소가 운송을 위한 보다 경제적인 방법으로 간주될 수 있습니다.

【미래 전망】

- 고압기체수소운송은 단거리에서 가격적 이점이 있으며, 일반적으로 300km 이하의 거리에 해당하는 시내교통이 더 적합합니다.

- 반대로 규모가 크고 장거리인 경우 극저온 수소가 더 경제적입니다. 우리는 수소 산업이 발전함에 따라 지역 간 수요와 공급의 불균형이 더 많아질 것으로 예상하기 때문에 유망한 수소 생산 방법인 RE는 지방 간 또는 도시 간 운송이 필요합니다. 이 시나리오에서는 극저온 수소를 사용하는 것이 더 현실적입니다.

- 미래에는 통합 운송 방법을 사용하여 총 운송 비용을 최적화할 수도 있습니다. 예를 들어, 재생에너지 출력제한 생성 수소가 생산되는 곳에서 극저온 수소는 수요 지역/도시의 허브 스테이션 또는 레벨 I 스테이션으로의 대량 운송에 사용할 수 있습니다. 수소는 작은 부분을 저장 튜브로 나누고 튜브 트레일러를 통해 도시 전역의 다른 변전소로 운송될 수 있습니다.