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全球最大的洲际液氢运输船通过设计认证!液氢运输仍存巨大挑战

CWEA编译 风能专委会CWEA 2023-06-21

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近日,日本船级社ClassNK批准了川崎重工设计的全球最大的新型长途液氢运输船的设计方案。这是运氢船中真正的“航母”,容量比同为川崎重工设计制造的日本首艘洲际液氢运输船 Suiso Frontier 还要大100倍以上。

川崎重工设计的液氢航母:下一代大型液氢运输船设计构想
4个设计容量40000立方米的大罐,总储存容量16万立方米

ClassNK颁发了原则批准 (AIP)的由日本川崎重工(Kawasaki Heavy)设计的液化氢能运输船,其储存容量为 16万立方米(相当于 11200 吨),其体积与标准液化天然气 (LNG) 运输船相当。对比川崎今年2月首航成功的“氢能先锋号”(Suiso Frontier)上安装的 1250 立方米(87.5 吨)储罐而言,新的LH2号设计容量增长了 128 倍。Suiso Frontier在今年初完成了世界上第一批液氢的运输,从澳大利亚运回液氢到日本。

ClassNK 高级执行副总裁 Toshiyuki Shigemi 向川崎重工执行官 Tatsuya Motoi 颁发AiP(照片:川崎重工)

更为重要的是,ClassNK 为该船提议的双燃料发动机颁发了技术批准。该发动机除了使用传统的船用燃油外,还可以使用在储罐中自然“蒸发”出来的氢气为船舶提供动力——这项技术将开创液氢作为洲际海上运输燃料的先河。

川崎重工建造的全球首艘运氢船——Suiso Frontier氢能先驱号
参考阅读:从澳大利亚运氢至日本,全球首艘液氢运输船

液氢物流 - HyStra 项目(来源:川崎)
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川崎公司氢能产业链专门报告(60页)
https://global.kawasaki.com/en/corp/rd/magazine/182/pdf/n182en.pdf

液氢运输仍存巨大挑战


在ClassNK 向川崎重工颁发原则批准(AiP)的消息传出之际,专业船舶设计公司 C-Job 与总部位于荷兰的 LH2 Europe 合作,公布了一艘小型液氢运输船的设计。C-Job 开负责总长 141 米液氢运输船的初始设计,该船体拥有 37500 立方米的存储容量。

C-Job 与 LH2 Europe设计的运氢船,3个罐体,总容量3.75万立方米

LH2 Europe的目标是到 2027 年在欧洲开发液氢供应链。该公司由三名前壳牌高管领导,计划利用西班牙、葡萄牙和苏格兰等地过剩的风电生产绿氢,然后以液态形式运往荷兰和德国,用于乘用车和重型卡车运输。

LH2 Europe 的液氢运输供应链示意图

与川崎的设计不同,C-Job 的液氢运输船将由燃料电池提供动力, 配备三个液氢罐,每个罐的容量为12500立方米。总容量为 37500 立方米(约2600 吨氢气),单次航程可为 40万辆汽车或 2万辆重型卡车提供燃料。


液氢为船舶设计和工程带来了独特的挑战,传统的液化天然气运输船需要使用压载水来补偿交付后的重量损失,以确保足够的吃水。而体积大,比液化天然气LNG要轻20 倍的液氢交付后难度更大,为此C-Job 开发了独特的梯形船体设计,创造了足够的甲板空间来安装罐体而无需更多压载物。

根据 C-Job 的介绍,该船将使用真空绝缘罐,与海运业界通常用于储存液态氢的非真空或加压罐相比,这种罐的设计可降低氢气的蒸发量。C-Job 表示该绝缘罐的蒸发量可限制在每天 0.02% 左右,而行业平均水平为 1-5%。

从罐体中蒸发出来的物质将被捕获并储存在缓冲燃料箱中供燃料电池使用,蒸发量将低于航运期间的燃料消耗。在运输船停泊期间的汽化也会发生,可以收集更多的损失供燃料使用。

https://www.lh2europe.com/en/

C-Job在其新闻稿中透露,新型运氢船的设计将彻底改变可再生能源市场。按照目前的计划,该运输船每天可输送100吨氢气,并根据需求逐步增加到每天300吨。该船预计将在 2027 年项目首次交付氢气前六个月准备就绪并投入使用。

液氢“蒸发”带来的挑战

液氢的极低蒸发温度是运输过程中的关键技术,也是商业化的限制,因为氢必须保持在 -253°C 以下才能保持液态。这就需要对罐体进行很好的绝缘,但随着液氢储存的时间越长,或者运输得越远,泄漏的氢就越多。当氢气蒸发得越多,给罐体施加的压力就越大,且会降低液氢的质量。

通常,液化天然气LNG容器中的蒸发物要么直接排放到大气中,要么在空间和机械允许的情况下被重新液化。但如果能将蒸发出来的氢气用作燃料而不是简单地将其释放到大气中,则明显具有商业价值,特别考虑到LNG排出的甲烷和液氢蒸发的氢气都属于温室气体,而且直接排放也有爆炸的风险。比如今年初日本川崎重工 Suiso Frontier 号在澳大利亚停靠时也曾短暂起火。

运氢和运氨的成本比较,谁更具优势?

https://www.lh2europe.com/en/home/lh2-project/
澳大利亚国家氢能路线图 CSIRO, , 2020
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LH2 Europe 引用2020年更新版《澳大利亚国家氢能路线图》报告的数据认为零耗损液氢的运输成本将最低,但最近的多份报告表明,以氨的形式运输氢气比以液体形式运输更经济。

在氢能运输中能量密度是考虑以氨运输的主要因素
https://www.woodmac.com/horizons/the-blue-green-planet-how-hydrogen-can-transform-the-global-energy-trade/

报告认为,与通过氨或甲醇等能量密度更高的衍生物运输氢气相比,通过船舶运输液氢的方式成本更高且效率低。

据日本方面的估计,即使不考虑运输成本,液化氢的生产成本也比绿氨高出 15倍。再考虑运输过程中,氨可在零下33°C 的温度下保持液态,因此可降低储存成本和蒸发的可能性,甲醇更是只需要在室温下就可为液态。

特别是,氨和甲醇的能量密度分别是液态氢的 1.5 倍和 2 倍,加上它们更易于处理,因此这两者也迅速成为未来最受欢迎的“绿色”航运燃料。比如近期丹麦航运巨头马士基订购了12艘甲醇动力船。


据能源分析机构Wood Mackenzie 的全球氢能咨询主管 Noel Tomnay 在一篇文章中表示:85%的低碳氢出口项目预计会以氨的形式而不是通过纯氢来运输,而且氨还可以用作清洁燃料。CWEA

来源:Recharge、Vesselfinder、WoodMac等
https://www.rechargenews.com/energy-transition/liquid-hydrogen-as-shipping-fuel-pioneering-intercontinental-h2-carrier-gets-technical-green-light/2-1-1211897
https://www.marinelink.com/news/kawasaki-hydrogen-carrier-earns-aip-496125
https://c-job.com/new-class-of-hydrogen-ship-design-will-revolutionize-renewables-market/
https://c-job.com/projects/liquid-hydrogen-tanker/
https://www.lh2europe.com/en/
https://www.vesselfinder.com/news/23369-ClassNK-issues-Approval-in-Principle-AiP-for-Large-Liquefied-Hydrogen-Carrier-developed-by-Kawasaki-Heavy-Industries
https://www.rechargenews.com/energy-transition/serious-incident-fire-aboard-worlds-first-hydrogen-carrier-vessel-investigated-by-australian-authorities/2-1-1195848
https://www.rechargenews.com/energy-transition/more-than-85-of-export-oriented-low-carbon-hydrogen-projects-plan-to-ship-ammonia-not-h2/2-1-1144059
https://www.woodmac.com/horizons/the-blue-green-planet-how-hydrogen-can-transform-the-global-energy-trade/
https://www.cas.org/resources/blog/green-hydrogen-economy
编译:风能专委会CWEA公众号

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后台回复“RH0528”可下载报告

急需发展绿氢!全球氢能进展报告(附下载)
https://www.iea.org/reports/hydrogen
IEA氢项目数据库
https://www.iea.org/reports/hydrogen-projects-database
IEA氢能未来报告(2019)
https://www.iea.org/reports/the-future-of-hydrogen

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后台回复 H728,下载
《2019氢能的未来》报告中英文版本,以及IEA氢能项目数据库
IEA Hydrogen Project Database.xls

H2@Scale项目宣传页
www.energy.gov/sites/prod/files/2019/02/f59/fcto-h2-at-scale-handout-2018.pdf

《通往氢竞争力之路:成本视角》报告中文版
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回复“ec78”,下载欧洲氢能战略文件PDF 和上述报告

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