摘要：隨著燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其上游氫能產(chǎn)業(yè)也得到了迅速的發(fā)展，但氫能產(chǎn)業(yè)目前還面臨著生產(chǎn)、運(yùn)輸和供氫基礎(chǔ)設(shè)施缺乏等問(wèn)題，其中氫氣的運(yùn)輸在整個(gè)氫能供應(yīng)鏈的經(jīng)濟(jì)、能耗性能中占有很大比重。本文主要討論氫氣運(yùn)輸?shù)膸追N方式及安全性，分析了影響運(yùn)氫方式的選擇因素和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

　　加氫站按制氫地點(diǎn)可分為外供氫加氫站和站內(nèi)制氫加氫站，而對(duì)于外供氫加氫站，氫氣的運(yùn)輸是重要的一環(huán)，目前主要有高壓氣體運(yùn)輸、液態(tài)氫氣運(yùn)輸和管道運(yùn)輸?shù)确绞健?/p>

　　目前國(guó)內(nèi)多采用高壓氣態(tài)運(yùn)輸，國(guó)外液態(tài)運(yùn)輸略多

　　(1)高壓氫氣運(yùn)輸以長(zhǎng)管拖車為主、結(jié)合集裝格小范圍補(bǔ)充。高壓氫氣運(yùn)輸分為集裝格和長(zhǎng)管拖車兩類，其中，集裝格由多個(gè)40L的、壓力為15Mpa的高壓儲(chǔ)氫鋼瓶組成，運(yùn)輸較為靈活，適用于需求量小的加氫站;長(zhǎng)管拖車結(jié)構(gòu)為車頭部分和拖車部分，前者提供動(dòng)力，后者主要提供存儲(chǔ)空間，由9個(gè)壓力為20Mpa、長(zhǎng)約10m的高壓儲(chǔ)氫鋼瓶組成，可充裝約3500Nm3氫氣，且拖車在到達(dá)加氫站后車頭和拖車可分離，運(yùn)輸技術(shù)成熟、規(guī)范較完善，國(guó)內(nèi)的加氫站目前多采用此類方式運(yùn)輸。

　　(2)液氫槽罐車氫氣容量高，國(guó)外較多采用該類運(yùn)輸方式。液氫的體積能量密度為8. 5 MJ·L-1，是15Mpa壓力下氫氣的6.5倍。液氫槽罐車運(yùn)輸是將氫氣深度冷凍至21K液化，再裝入隔溫的槽罐車中運(yùn)輸，目前商用的槽罐車容量約為65 m3，可容納4000kg氫氣。國(guó)外加氫站使用該類運(yùn)輸略多于高壓氣態(tài)長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸。

　　(3)國(guó)外氣態(tài)管道應(yīng)用相對(duì)較多，液態(tài)管道運(yùn)輸技術(shù)要求較高。管道運(yùn)輸分為氣態(tài)管道運(yùn)輸和液態(tài)管道運(yùn)輸兩類。氣態(tài)管道直徑約0.25～0.3m、壓力范圍為1~3Mpa，每小時(shí)流量約310~8900kg氫氣，目前該類管道總長(zhǎng)度已超過(guò)16000km，主要分布在美國(guó)、加拿大和歐洲等地，其投資成本較天然氣管道高50~80%，其中大部分的成本用于搜尋合適的地質(zhì)環(huán)境來(lái)布局管道線路;液態(tài)管道采用真空夾套絕熱技術(shù)，由內(nèi)層和外層兩個(gè)等截面同心套管構(gòu)成，且兩個(gè)管套中間抽成真空狀態(tài)，防止內(nèi)管內(nèi)液氫的溫度擴(kuò)散。

　　(4)氫氣在鐵路和輪船上的運(yùn)輸，需依托液氫技術(shù)，目前僅國(guó)外少量應(yīng)用。其中深冷鐵路槽車長(zhǎng)距離運(yùn)輸液氫輸氣量大、又相對(duì)經(jīng)濟(jì)，儲(chǔ)氣裝置常采用水平放置的圓筒形杜瓦槽罐，存貯液氫容量可達(dá)100m3，部分特殊的擴(kuò)容鐵路槽車容量可達(dá)120~200 m3，目前僅在國(guó)外有非常少量的氫氣鐵路運(yùn)輸路線。

　　表1 氫氣運(yùn)輸方式適用性及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

　　(資料來(lái)源：《加氫站氫氣運(yùn)輸方案比選》)

　　運(yùn)氫方式存在安全隱患，可通過(guò)適當(dāng)方式降低風(fēng)險(xiǎn)

　　目前的技術(shù)條件下，不同的運(yùn)氫方式均有一定程度的危險(xiǎn)性。高壓運(yùn)輸方式具有易爆的危險(xiǎn)性，、液氫運(yùn)輸方式在熱量丟失后，會(huì)氣化使容器內(nèi)壓力越來(lái)越高，形成易爆的危險(xiǎn)特征、管道運(yùn)輸?shù)妮敋涔荛L(zhǎng)期處于高壓下，易產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，使管道斷裂產(chǎn)生泄露。

　　(1)高壓氣體運(yùn)輸方式存在一定的危險(xiǎn)性，但能通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞浇档惋L(fēng)險(xiǎn)。在高壓運(yùn)輸方式中，目前美國(guó)已出臺(tái)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，如長(zhǎng)管拖車需符合DOT-3AA/3AAX壓縮氣體運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)，使其安全系數(shù)達(dá)到2.48、出臺(tái)的E-8009標(biāo)準(zhǔn)，限定了儲(chǔ)氫材料的鋼材成分以及可承受的壓力等;我國(guó)上海則通過(guò)控制運(yùn)氫外部溫度和時(shí)間段來(lái)提高運(yùn)氫的安全性，如當(dāng)戶外氣溫大于30℃，僅能在夜間運(yùn)輸。高壓氣體運(yùn)輸方式存在一定的危險(xiǎn)性，但能通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞浇档惋L(fēng)險(xiǎn)。

　　(2)液氫運(yùn)輸安裝卸壓閥調(diào)節(jié)內(nèi)部壓力，無(wú)明火狀態(tài)不構(gòu)成危險(xiǎn)。由于液氫運(yùn)輸?shù)膬?chǔ)氫裝置不能完全的隔熱，會(huì)造成液氫蒸發(fā)使裝置內(nèi)壓力增大，但可在裝置上安裝卸壓閥，調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部壓力，且氫氣排出后擴(kuò)散迅速，在戶外無(wú)明火狀態(tài)不會(huì)構(gòu)成危險(xiǎn)。

　　(3)管道運(yùn)輸?shù)妮敋涔懿牧线x用鋁制復(fù)合材料，防止氫脆發(fā)生。管道使用的高強(qiáng)度鋼如錳鋼、鎳鋼等，若長(zhǎng)期處于高壓氫氣的環(huán)境下，內(nèi)部分子易受氫氣分子入侵，使強(qiáng)度變低，但鋁結(jié)構(gòu)受此類影響較小，可采用鋁制合金作為內(nèi)層材料，降低氫脆現(xiàn)象。

　　工業(yè)基礎(chǔ)和規(guī)模化程度影響地區(qū)輸氫方式

　　影響地區(qū)運(yùn)氫方式的主要因素主要有工業(yè)基礎(chǔ)和燃料電池汽車的規(guī)模化程度。工業(yè)基礎(chǔ)方面，主要考慮當(dāng)?shù)氐呐涮坠I(yè)，如是否有氫氣液化廠、管道等;燃料電池規(guī)模化方面，隨著燃料電池汽車的數(shù)量增多，需要的氫氣量也隨之增多，當(dāng)燃料電池汽車的規(guī)模在萬(wàn)輛或十萬(wàn)輛時(shí)，每天需要的氫氣量為30噸或300噸，此時(shí)如都采用高壓氫氣運(yùn)輸方式，則會(huì)造成運(yùn)輸車輛的調(diào)配困難，需適時(shí)的增加液氫運(yùn)輸車輛，且液氫運(yùn)輸具有一定的規(guī)模效應(yīng)，運(yùn)氫成本在可接受范圍;當(dāng)燃料電池汽車規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大時(shí)，輸氫管道的規(guī)模化效應(yīng)得到發(fā)揮，是更合適的輸氫方式。

　　因此，在目前千輛級(jí)燃料電池汽車規(guī)模條件下，高壓氣體運(yùn)氫方式是較為簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)的方式;當(dāng)車輛到達(dá)萬(wàn)輛級(jí)規(guī)模時(shí)，采用液氫運(yùn)輸方式性價(jià)比更高，而當(dāng)車輛大規(guī)模商業(yè)化后，以管道輸送為主，其他方式為輔的方式更為合理。

　　結(jié)語(yǔ)

　　氫氣的運(yùn)輸在整個(gè)氫能供應(yīng)鏈的經(jīng)濟(jì)、能耗和排放性能中占有很大比重;目前運(yùn)氫方式主要有高壓氣體運(yùn)輸、液態(tài)氫氣運(yùn)輸和管道運(yùn)輸?shù)确绞剑渲袊?guó)內(nèi)多采用高壓氣態(tài)運(yùn)輸，國(guó)外液態(tài)運(yùn)輸略多，而管道非常少;運(yùn)氫方式存在安全隱患，可通過(guò)適當(dāng)方式降低風(fēng)險(xiǎn);工業(yè)基礎(chǔ)和規(guī)模化程度影響地區(qū)輸氫方式。