氫氣運輸

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

氫能供應鏈中運氫環(huán)節(jié)主要包括制氫廠的運輸準備環(huán)節(jié)（氫氣壓縮／液化、存儲及加注）和車輛／管道運輸過程所涉及的設備。

根據運輸中氫氣所處狀態(tài)，氫氣運輸分為氣態(tài)氫氣運輸、液態(tài)氫氣運輸、有機液體氫氣運輸和固態(tài)氫氣運輸。

1．氣態(tài)氫氣運輸

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

氣態(tài)氫氣運輸方面，國內主要為長管拖車運輸，按照中華人民共和國交通運輸行業(yè)標準《JT／T 617．1－2018危險貨物道路運輸規(guī)則》。長管拖車運輸使用長管拖車，運輸儲存壓力為20MPa。因成本因素限制，該方式適用于短距離氫氣運輸，經濟運輸半徑為200km左右。

長管拖車運輸設備產業(yè)在國內已經成熟，石家莊安瑞科、浙江藍能、雙瑞特裝、魯西化工等公司都生產長管拖車。長管拖車在制氫廠一般通過壓縮機充裝，平均每輛加注時間約8小時，而河北海珀爾采用的高壓儲罐平衡充裝大大縮短了車輛加注時間，僅1．5小時便可快速安全完成加注。此外針對小規(guī)模用氫客戶，可采用15MPa壓力的氫氣鋼瓶和氫氣集裝格運輸。

2．氣氫管道運輸

低壓管道運輸適用于大規(guī)模點對點運輸。由于氫氣與某些金屬存在氫脆現象，管道材料有特殊要求，因此投入成本高、造價貴。

目前，國外低壓氣氫管道運輸處于小規(guī)模發(fā)展階段。除純氫管道運輸外，還可以在天然氣管網中摻混氫氣（氫氣含量≤20％），運輸結束后對混合氣體進行氫氣提純，具有良好的經濟性與安全性。

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”技術是實現長距離、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、歐洲已分別建成2400km、1500km的輸氫管道。

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

氫氣管道的造價約為天然氣管道造價的2倍以上，且氫氣密度遠小于天然氣，導致氫氣的輸送成本也比天然氣高。若能對現有天然氣管道進行改造，輸送純氫對未來氫能的發(fā)展也有幫助。

不過此法適合點對點、規(guī)模大的氫氣運輸，現階段加氫站對氫氣的需求暫時達不到這等規(guī)模。

3．液氫罐車運輸

液氫罐車運輸使用槽罐車。液氫的單車運氫能力是氣氫的10倍以上，運輸效率提高，綜合成本降低。但是該運輸方式增加了氫氣液化深冷過程，對設備、工藝、能源的要求更高；還有一項技術難點是氫液化的能耗較大，工程中實際耗費的能量占到了總氫能的30％。

液氫儲存罐是液化氫儲存的關鍵。要求液化氫儲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。根據國金證券研究所測算，液化過程的設備投資和電耗成本占運氫成本的70％－80％。但液氫罐車運輸的成本會隨著規(guī)模的增大而大幅降低，但隨運輸距離變長而成本升高的幅度不大。綜合來看，液氫罐車運輸的成本可以有效降低。

液氫罐車運輸在國外應用較為廣泛，國內目前僅用于航天及軍事領域，但相關企業(yè)已著手研發(fā)相應的液氫儲罐、液氫槽車，如中集圣達因、國富氫能等公司已開發(fā)出國產液氫儲運產品。相關部門正在研究制訂液氫民用標準，未來液氫運輸將成為我國氫能發(fā)展的大動脈。

圖7．三種運氫方式的規(guī)模與成本和能耗比較，來源：香橙會研究院

總體而言，氣態(tài)及液態(tài)氫氣運輸為目前國際上的主要運輸方式。我國主要采用氣氫拖車運輸，適用于小規(guī)模短距離運輸；液氫罐車運輸適用于長距離運輸，多用于航天及軍事領域。隨著氫能產業(yè)不斷發(fā)展，氫氣運輸技術的進一步提高，氣氫管道運輸、液氫罐車運輸等高效率低成本的運氫方式將會成為氫能產業(yè)運輸發(fā)展的方向。

加氫站

基礎設施加氫站是利用氫能和促進氫能發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，是為燃料電池車充裝燃料電池的場所。不同來源的氫氣經氫氣壓縮機增壓后，儲存在高壓儲氫罐內，再通過氫氣加注機為氫燃料電池車加注氫氣。在商業(yè)運行模式下，乘用車氫氣加注時間一般控制在3－5分鐘。

根據氫氣來源不同，加氫站分為站外制氫加氫站和站內制氫加氫站兩種。外供氫加氫站通過長管拖車、液氫槽車或者管道輸運氫氣至加氫站后，在站內進行壓縮、存儲、加注等操作。站內制氫加氫站是在加氫站內配備了制氫系統(tǒng)，制取的氫氣經純化、壓縮后進行存儲、加注。站內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輸費用，但是增加了加氫站系統(tǒng)復雜程度和運營水平。

根據加氫站內氫氣儲存狀態(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％以上為液氫儲運加氫站，主要分布在美國和日本。相比氣氫儲運加氫站，液氫儲運加氫站占地面積小，同時液氫儲存量更大，適宜大規(guī)模加氫需求。

目前我國加氫站建設還屬于發(fā)展初期，截至2020年4月底，我國累計建成71座加氫站，且加氫量在500kg／天以下的試驗和示范項目居多，運輸距離基本在200公里以內，現階段國內運營的加氫站基本都為站外制氫加氫站。