Dentro de los límites del sistema de suministro, el hidrógeno está acondicionado para permitir el transporte a granel como un gas comprimido o como un líquido; enviado a través de un modo de transporte a granel (por ejemplo, tubería de transmisión o camión) a un terminal donde se puede acondicionar, almacenar o transferir a un modo de distribución local; y entregado a una estación de reabastecimiento donde se distribuye en los vehículos.

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El modelo H2A Delivery Components se centra en los componentes necesarios para suministrar hidrógeno líquido o gas de hidrógeno comprimido desde una planta de producción central o unidad de producción distribuida a la boquilla del dispensador. En este punto, las nuevas tecnologías de almacenamiento y entrega, como los portadores de hidrógeno, no se modelan. Los componentes que se modelan en la Versión 2.0 de la herramienta se enumeran a continuación.

 

Componentes específicos de ruta

• Remolque de tubo de gas de hidrógeno comprimido en camión (2700 psi)

• Buque de hidrógeno camión-líquido

• Tubería

• Liquefier

• Compressor (single-stage or multi-stage units)

 

Componentes de almacenamiento masivo

• Tubo de gas comprimido

• Tanque de líquido a granel

• Caverna geológica / subterránea

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Componentes de la interfaz de transmisión / distribución

• Tubería a la terminal de gas (con almacenamiento geológico o líquido para cortes de la planta y sobretensiones de demanda)

• Tubería a terminal líquido (con almacenamiento geológico o líquido para cortes de plantas y sobretensiones de demanda)

• Terminal H2 líquida "pura" (con almacenamiento geológico o líquido para cortes de la planta y sobretensiones de demanda)

• Terminal H2 gaseosa "pura" (con almacenamiento geológico o líquido para cortes de la planta y sobretensiones de demanda)

 

Componentes de estaciones de repostaje

• Compresor

• Dispensador

• Almacenamiento diario (ya sea en recipientes de baja presión o como componentes del sistema de carga en cascada)

 

Estación de reabastecimiento integrada

• Gaseoso (que contiene compresor integrado, compresión / dispensación en cascada y almacenamiento)

• Líquido (que contiene almacenamiento integrado, vaporizador y compresión / dispensación en cascada)

 

El modelo está escrito como una hoja de cálculo de Microsoft Excel con una pestaña separada para cada uno de los componentes de entrega. El modelo calcula la contribución del costo de cada componente dentro de la infraestructura de entrega al costo de $ / kg de entrega de hidrógeno. Esta contribución de los costos se basa en las aportaciones proporcionadas por el usuario que describen la cantidad de hidrógeno a entregar y el capital básico y los costos de operación para el componente.

La versión 2.0 contiene valores predeterminados que representan las tecnologías y los costos actualmente disponibles (2005). El usuario puede cambiar estos parámetros para simular avances en la tecnología y cambios en otros costos.

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Uso del modelo de componentes de transporte de entrega H2A
Los portadores de hidrógeno han sido objeto de intensa investigación por su potencial para cumplir con los objetivos de almacenamiento a bordo del DOE. Los posibles portadores alternativos de hidrógeno incluyen hidruros metálicos, hidruros químicos, sorbentes de carbono de alta área de superficie e hidrocarburos en fase líquida. Si bien estos portadores de hidrógeno alternativos tienen el potencial de proporcionar almacenamiento a bordo, también se pueden usar para mejorar la eficiencia y el costo del suministro de hidrógeno a las estaciones de servicio. Ciertas tecnologías de almacenamiento de hidrógeno pueden no cumplir con todos los requisitos para el uso a bordo de vehículos, pero pueden ser viables para la entrega de hidrógeno porque los componentes de entrega tienen requisitos menos restrictivos que el almacenamiento a bordo con respecto a su capacidad volumétrica y gravimétrica.

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Un modelo de portadores de hidrógeno se desarrolló en Microsoft Excel para evaluar el costo asociado con las vías de entrega de varios operadores. Sirve como una herramienta para examinar el costo de los componentes asociados con diferentes vías (camión líquido, camión de estado sólido, tubería, etc.) en los que se pueden usar varios transportadores para la entrega de hidrógeno, para establecer qué componentes contribuyen significativamente al costo de entrega. y para proporcionar rangos para las características de cada componente. El modelo ha sido desarrollado en el formato de herramientas H2A e incorpora muchas de sus características. El modelo contiene macros que son necesarios para una operación adecuada.

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Modelo de análisis de escenarios de entrega H2A

Al igual que otras herramientas desarrolladas por H2A, el modelo de análisis de escenarios de entrega de hidrógeno (HDSAM) utiliza un enfoque de economía de ingeniería para la estimación de costos. Para un escenario dado (discutido a continuación), un conjunto de "componentes" (por ejemplo, compresores, tanques, remolques de tubos, etc.) se especifica, dimensiona y enlaza en un sistema de entrega simulado o infraestructura de camino. Los supuestos financieros, económicos y tecnológicos se utilizan luego para calcular el costo nivelado de esos componentes y su contribución global al costo de entrega del hidrógeno. La versión 2.0 contiene valores predeterminados que representan las tecnologías y los costos actualmente disponibles (2005) y las características actuales de la población y la infraestructura. El usuario puede cambiar estos parámetros para simular avances en la tecnología y cambios en otros costos o características relevantes.

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Como en el modelo H2A Delivery Components, la entrega de hidrógeno se define para incluir todo el proceso de mover hidrógeno desde la puerta de una planta de producción central hacia un vehículo. Por lo tanto, la entrega incluye todo el transporte, almacenamiento y acondicionamiento (por ejemplo, compresión, licuefacción, o para portadores de hidrógeno, hidrogenación / reprocesamiento de material gastado) desde la salida de una instalación de producción de hidrógeno centralizada e incluyendo una estación de reabastecimiento que comprime, almacena y dispensa el hidrógeno La administración de hidrógeno también podría incluir la compresión, el almacenamiento y la distribución de hidrógeno producido en el sitio en una explanada (por ejemplo, producción distribuida). La versión actual de HDSAM (V2.0) no modela escenarios de producción distribuida o rutas de portadores de hidrógeno. Las versiones futuras del modelo incluirán estas opciones.

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HDSAM se basa en los cálculos de economía de ingeniería en el modelo de componentes de entrega H2A. En efecto, muchas de las hojas de cálculo (o fichas) de "componentes" dentro del Modelo de Componentes de Entrega están integradas en HDSAM, que las vincula en combinaciones apropiadas para definir una vía de entrega, dimensionar los componentes individuales de acuerdo con la estimación de demanda de un escenario y calcular la costo asociado con la entrega de una cantidad dada de hidrógeno a través de la vía especificada.

 

El tamaño del mercado puede variar desde un área urbanizada de 50,000 personas a una de más de 20 millones de personas, y desde un segmento de autopista interestatal de 10 millas. a 300 mi. (1000 millas para la entrega de tuberías). La penetración de mercado puede variar de 1% a 100%. El transporte a granel puede ser a través de un remolque de tubo gaseoso, un camión de hidrógeno líquido o una tubería gaseosa. La distribución local generalmente se realiza a través del mismo modo; sin embargo, para el transporte a granel por oleoducto, la entrega local también puede realizarse por cualquier otro modo.

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El tamaño del mercado puede variar desde un área urbanizada de 50,000 personas a una de más de 20 millones de personas, y desde un segmento de autopista interestatal de 10 millas. a 300 mi. (1000 millas para la entrega de tuberías). La penetración de mercado puede variar de 1% a 100%. El transporte a granel puede ser a través de un remolque de tubo gaseoso, un camión de hidrógeno líquido o una tubería gaseosa. La distribución local generalmente se realiza a través del mismo modo; sin embargo, para el transporte a granel por oleoducto, la entrega local también puede realizarse por cualquier otro modo.

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El almacenamiento para cortes de la planta y las demandas de sobrevoltaje pueden ser en formaciones geológicas o como hidrógeno líquido, y las estaciones de reabastecimiento de combustible pueden variar de 50 kg a 6000 kg de hidrógeno dispensado por día. Por lo tanto, los escenarios de entrega son combinaciones de (a) mercados, (b) penetraciones de mercado, (c) modos de entrega, (d) almacenamiento de tiempo de inactividad y (e) tamaño de la estación de reabastecimiento, con un conjunto asociado de suposiciones sobre la demanda del mercado y la infraestructura.

 

En realidad, sin embargo, los escenarios de entrega son aún más variables. El usuario puede definir un escenario más allá al cambiar valores predeterminados como la distancia desde una instalación de producción central hasta el borde del área urbana, el ahorro de combustible promedio de hidrógeno y los vehículos ligeros convencionales, las tasas de motorización de la ciudad (por ejemplo, vehículos por persona) y la utilización del vehículo (por ejemplo, millas manejadas por vehículo por año), suposiciones financieras, y las características y el costo de cualquier componente en la vía de entrega.

 

Caminos de entrega
Dentro de HDSAM, la selección del usuario de un modo de entrega invoca una cadena asociada de "componentes" de entrega o procesos requeridos para satisfacer la demanda del mercado. Por ejemplo, si el usuario selecciona la entrega de camiones de hidrógeno líquido (con almacenamiento de líquido para tiempos de inactividad de la planta y sobretensión) para un mercado, tasa de penetración y tamaño de estación de reabastecimiento determinados, el modelo calcula no solo el número y costo de los camiones necesarios para entregar el combustible para las estaciones de servicio, pero también el costo de licuadores, bombas, vaporizadores, dispensadores, instalaciones de carga de camiones y recipientes de almacenamiento de tamaño adecuado en las terminales y las estaciones de servicio. Colectivamente, estos pasos o "componentes" se conocen como una vía.

La siguiente figura ilustra tres amplias rutas de hidrógeno líquido contenidas en la Versión 2.0 del modelo. Tenga en cuenta que debido a que la entrega se divide en transmisión masiva y distribución local, cada una de las cuales puede realizarse por un modo diferente, las actividades de carga, acondicionamiento y almacenamiento normalmente asociadas a una terminal o depósito pueden ubicarse en cualquier lugar entre la planta de producción y la puerta de la ciudad . En Pathway 1, están ubicados junto con la producción; en los Caminos 2 y 3, están en la puerta de la ciudad.