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・카테고리: Hydrogen Energy
・일시: 2020년 9월 18일
 
중국 수소 운송비 분석
 
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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.
  • 비용은 주로 주행 거리와 관련이 있습니다.
  • 약 200km의 운송 거리와 5톤/일의 운송 규모를 기준으로 수소 비용 범위는 약 8.0 RMB/kg입니다. 운송 규모가 1톤/일 미만인 경우 비용이 10 RMB/kg을 초과하여 경제적이지 않습니다.
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.
  • 액화공정(장비투자 및 전력소모비용)이 수소운송비용에 가장 크게 기여합니다.
  • 5톤/일의 규모로 운송 가격은 주행 범위에 덜 민감하고, 가격은 11-15 RMB/kg 정도로 안정적입니다.
3. INTEGRAL의 제안:
  • 수소 적재 중량 증가(높은 압축 압력, 20MPa --> 40MPa)
  • 트레일러 사용을 개선하기 위한 운영 최적화
  • 수소 충전 효율 향상(예: 충전 시간을 5시간에서 3시간으로 단축, 스와핑 모드 전개 등)
  • 고정비 절감(금융리스, 장비이용기간 연장 등)
 
【분석】
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.
 
실제 상황에 따라 다음과 같은 몇 가지 가정을 했습니다.
 
 
 
그림 1. 튜브 트레일러를 통한 기체수소운송비용 추정에 대한 가정
참조: Integral 보고서
 
그림 2. 튜브 트레일러를 통한 기체 수소 운송의 비용 내역(베이징, 20MPa, 1000 & 5000kg/day)
참조: Integral 보고서
 
용어 설명:
[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.
  • 운송비의 주요 요인이 차량 및 인력과 관련이 있음을 고려하여 운영 관리의 최적화를 제안합니다. 예를 들어, 운송량에 따라 트레일러와 운영자를 최대한 활용하십시오. 예를 들어, 연료 보급 시간을 5시간에서 3시간으로 단축하거나 수소 저장 용기 모드를 교체하는 등의 개선된 기술과 기술은 연료 보급을 보다 효율적으로 만들 수 있습니다. 이러한 노력은 운송에 필요한 튜브 트레일러의 수를 줄여 주행 거리, 차량 및 인건비를 절감할 것입니다.
  • 고정 비용을 줄이는 방법을 찾으십시오. 예를 들어 금융리스를 이용하거나 장비이용기간을 연장하는 등의 방법이 있습니다.
  • 더 높은 압축 압력(예: 20MPa --> 40MPa)을 적용하여 수소 적재 중량을 늘리고 필요한 튜브 트레일러 수를 줄여야 합니다.
 
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.
 
 
 
그림 3. 트레일러를 통한 극저온 수소 운송 비용 추정에 대한 가정
참조: Integral 보고서
 
 
그림 4. 튜브 트레일러를 통한 기체 수소 운송의 비용 내역(베이징, 1000 & 5000kg/일)
참조: Integral 보고서
 
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 능력더 긴 운송 거리가 극저온 수소 개발에 유리한 요인이 될 것입니다. 실제로 극저온 수소가 더 많은 관심을 받고 있는 추세를 엿볼 수 있습니다.
 
  • 극저온 수소의 생산 및 적용을 위한 이전의 일반적인 군사 프로젝트 외에 점점 더 많은 민간 프로젝트가 진행되고 있습니다. (자세한 내용은 "중국 수소저장기술 개요" 블로그 참조)
  • 액화수소 생산·저장·운송 안전성에 관한 3개 국가표준 제정 작업이 진행되었고, 현재 최종 평가 단계에 있으며 2020년 중반부터 시행될 예정입니다. 이러한 표준의 발표는 민간 액체 수소 부문의 격차를 메우고 대규모 적용을 가속화할 것입니다.
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.
 
【기체 VS. 극저온 수소 운송 비교】
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.
 

그림 5. 두 가지 방법의 평균 운송비 비교(Beijing, 1000, 5000 & 10000kg/day)
참조: 통합 보고서
 
【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.
 
 
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