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氫氣運(yùn)輸

運(yùn)氫的方式主要有三種：氣氫拖車運(yùn)輸（tube trailer）、氣氫管道運(yùn)輸（pipeline）和液氫罐車運(yùn)輸（liquid truck）。

氫能供應(yīng)鏈中運(yùn)氫環(huán)節(jié)主要包括制氫廠的運(yùn)輸準(zhǔn)備環(huán)節(jié)（氫氣壓縮／液化、存儲(chǔ)及加注）和車輛／管道運(yùn)輸過程所涉及的設(shè)備。

根據(jù)運(yùn)輸中氫氣所處狀態(tài)，氫氣運(yùn)輸分為氣態(tài)氫氣運(yùn)輸、液態(tài)氫氣運(yùn)輸、有機(jī)液體氫氣運(yùn)輸和固態(tài)氫氣運(yùn)輸。

1．氣態(tài)氫氣運(yùn)輸

氣態(tài)氫氣的運(yùn)輸通常是將氫氣經(jīng)加壓至一定壓力后，然后利用集裝格、長(zhǎng)管拖車和管道等工具輸送。集裝格由多個(gè)水容積為40 L的高壓氫氣鋼瓶組成，充裝壓力通常為15 MPa。集裝格運(yùn)輸靈活，對(duì)于需求量較小的用戶，這是非常理想的運(yùn)輸方式。長(zhǎng)管拖車由車頭和拖車組成，管束作為儲(chǔ)氫容器，目前常用的管束一般由9個(gè)直徑約為0．5 m，長(zhǎng)約10 m的鋼瓶組成，其設(shè)計(jì)的工作壓力為20 MPa，約可儲(chǔ)存氫氣3500標(biāo)準(zhǔn)m3。長(zhǎng)管拖車技術(shù)成熟，規(guī)范完善，因此國(guó)外較多加氫站采用長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸氫氣。

氣態(tài)氫氣運(yùn)輸方面，國(guó)內(nèi)主要為長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸，按照中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JT／T 617．1－2018危險(xiǎn)貨物道路運(yùn)輸規(guī)則》。長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸使用長(zhǎng)管拖車，運(yùn)輸儲(chǔ)存壓力為20MPa。因成本因素限制，該方式適用于短距離氫氣運(yùn)輸，經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑為200km左右。

長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸設(shè)備產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)成熟，石家莊安瑞科、浙江藍(lán)能、雙瑞特裝、魯西化工等公司都生產(chǎn)長(zhǎng)管拖車。長(zhǎng)管拖車在制氫廠一般通過壓縮機(jī)充裝，平均每輛加注時(shí)間約8小時(shí)，而河北海珀?duì)柌捎玫母邏簝?chǔ)罐平衡充裝大大縮短了車輛加注時(shí)間，僅1．5小時(shí)便可快速安全完成加注。此外針對(duì)小規(guī)模用氫客戶，可采用15MPa壓力的氫氣鋼瓶和氫氣集裝格運(yùn)輸。

2．氣氫管道運(yùn)輸

低壓管道運(yùn)輸適用于大規(guī)模點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)輸。由于氫氣與某些金屬存在氫脆現(xiàn)象，管道材料有特殊要求，因此投入成本高、造價(jià)貴。

目前，國(guó)外低壓氣氫管道運(yùn)輸處于小規(guī)模發(fā)展階段。除純氫管道運(yùn)輸外，還可以在天然氣管網(wǎng)中摻混氫氣（氫氣含量≤20％），運(yùn)輸結(jié)束后對(duì)混合氣體進(jìn)行氫氣提純，具有良好的經(jīng)濟(jì)性與安全性。

管道輸送方式以高壓氣態(tài)或液態(tài)氫的管道輸送為主。管道“摻氫”和“氫油同運(yùn)”技術(shù)是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大規(guī)模輸氫的重要環(huán)節(jié)。全球管道輸氫起步已有80余年，美國(guó)、歐洲已分別建成2400km、1500km的輸氫管道。

在我國(guó)，大規(guī)模的低壓管道運(yùn)輸還沒有形成。2016年，中石化管道局在河南省濟(jì)源市工業(yè)園區(qū)－洛陽市吉利區(qū)建成了氫氣管道，該氫氣管道材質(zhì)為245NS無縫鋼管，管徑508mm，設(shè)計(jì)壓力4MPa，年輸氫量10．04萬噸，全長(zhǎng)25公里，是我國(guó)目前管徑最大、壓力最高、輸量最高的氫氣管道。

氫氣管道的造價(jià)約為天然氣管道造價(jià)的2倍以上，且氫氣密度遠(yuǎn)小于天然氣，導(dǎo)致氫氣的輸送成本也比天然氣高。若能對(duì)現(xiàn)有天然氣管道進(jìn)行改造，輸送純氫對(duì)未來氫能的發(fā)展也有幫助。

不過此法適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、規(guī)模大的氫氣運(yùn)輸，現(xiàn)階段加氫站對(duì)氫氣的需求暫時(shí)達(dá)不到這等規(guī)模。

3．液氫罐車運(yùn)輸

液氫罐車運(yùn)輸使用槽罐車。液氫的單車運(yùn)氫能力是氣氫的10倍以上，運(yùn)輸效率提高，綜合成本降低。但是該運(yùn)輸方式增加了氫氣液化深冷過程，對(duì)設(shè)備、工藝、能源的要求更高；還有一項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)是氫液化的能耗較大，工程中實(shí)際耗費(fèi)的能量占到了總氫能的30％。

液氫儲(chǔ)存罐是液化氫儲(chǔ)存的關(guān)鍵。要求液化氫儲(chǔ)罐具有良好的絕熱性和高真空度。液化相同的氫氣比氫氣壓縮的耗電量高11倍甚至更多，所以前期投入成本較高。根據(jù)國(guó)金證券研究所測(cè)算，液化過程的設(shè)備投資和電耗成本占運(yùn)氫成本的70％－80％。但液氫罐車運(yùn)輸?shù)某杀緯?huì)隨著規(guī)模的增大而大幅降低，但隨運(yùn)輸距離變長(zhǎng)而成本升高的幅度不大。綜合來看，液氫罐車運(yùn)輸?shù)某杀究梢杂行Ы档汀?/p>

液氫罐車運(yùn)輸在國(guó)外應(yīng)用較為廣泛，國(guó)內(nèi)目前僅用于航天及軍事領(lǐng)域，但相關(guān)企業(yè)已著手研發(fā)相應(yīng)的液氫儲(chǔ)罐、液氫槽車，如中集圣達(dá)因、國(guó)富氫能等公司已開發(fā)出國(guó)產(chǎn)液氫儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)品。相關(guān)部門正在研究制訂液氫民用標(biāo)準(zhǔn)，未來液氫運(yùn)輸將成為我國(guó)氫能發(fā)展的大動(dòng)脈。

圖7．三種運(yùn)氫方式的規(guī)模與成本和能耗比較，來源：香橙會(huì)研究院

總體而言，氣態(tài)及液態(tài)氫氣運(yùn)輸為目前國(guó)際上的主要運(yùn)輸方式。我國(guó)主要采用氣氫拖車運(yùn)輸，適用于小規(guī)模短距離運(yùn)輸；液氫罐車運(yùn)輸適用于長(zhǎng)距離運(yùn)輸，多用于航天及軍事領(lǐng)域。隨著氫能產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，氫氣運(yùn)輸技術(shù)的進(jìn)一步提高，氣氫管道運(yùn)輸、液氫罐車運(yùn)輸?shù)雀咝�率低成本的運(yùn)氫方式將會(huì)成為氫能產(chǎn)業(yè)運(yùn)輸發(fā)展的方向。

加氫站

基礎(chǔ)設(shè)施加氫站是利用氫能和促進(jìn)氫能發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，是為燃料電池車充裝燃料電池的場(chǎng)所。不同來源的氫氣經(jīng)氫氣壓縮機(jī)增壓后，儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)氫罐內(nèi)，再通過氫氣加注機(jī)為氫燃料電池車加注氫氣。在商業(yè)運(yùn)行模式下，乘用車氫氣加注時(shí)間一般控制在3－5分鐘。

根據(jù)氫氣來源不同，加氫站分為站外制氫加氫站和站內(nèi)制氫加氫站兩種。外供氫加氫站通過長(zhǎng)管拖車、液氫槽車或者管道輸運(yùn)氫氣至加氫站后，在站內(nèi)進(jìn)行壓縮、存儲(chǔ)、加注等操作。站內(nèi)制氫加氫站是在加氫站內(nèi)配備了制氫系統(tǒng)，制取的氫氣經(jīng)純化、壓縮后進(jìn)行存儲(chǔ)、加注。站內(nèi)制氫包括電解水制氫、天然氣重整制氫等方式，可以省去較高的氫氣運(yùn)輸費(fèi)用，但是增加了加氫站系統(tǒng)復(fù)雜程度和運(yùn)營(yíng)水平。

根據(jù)加氫站內(nèi)氫氣儲(chǔ)存狀態(tài)不同，加氫站有氣氫加氫站和液氫加氫站兩種。目前全球400多座加氫站中，30％以上為液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站，主要分布在美國(guó)和日本。相比氣氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站，液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站占地面積小，同時(shí)液氫儲(chǔ)存量更大，適宜大規(guī)模加氫需求。

目前我國(guó)加氫站建設(shè)還屬于發(fā)展初期，截至2020年4月底，我國(guó)累計(jì)建成71座加氫站，且加氫量在500kg／天以下的試驗(yàn)和示范項(xiàng)目居多，運(yùn)輸距離基本在200公里以內(nèi)，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)的加氫站基本都為站外制氫加氫站。