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)、運輸和供氫基礎(chǔ)設(shè)施缺乏等問題，其中氫氣的運輸在整個氫能供應(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輸?shù)膸追N方式及安全性，分析了影響運氫方式的選擇因素和未來發(fā)展趨勢。

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

　　目前國內(nèi)多采用高壓氣態(tài)運輸，國外液態(tài)運輸略多

　　(1)高壓氫氣運輸以長管拖車為主、結(jié)合集裝格小范圍補(bǔ)充。高壓氫氣運輸分為集裝格和長管拖車兩類，其中，集裝格由多個40L的、壓力為15Mpa的高壓儲氫鋼瓶組成，運輸較為靈活，適用于需求量小的加氫站;長管拖車結(jié)構(gòu)為車頭部分和拖車部分，前者提供動力，后者主要提供存儲空間，由9個壓力為20Mpa、長約10m的高壓儲氫鋼瓶組成，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，運輸技術(shù)成熟、規(guī)范較完善，國內(nèi)的加氫站目前多采用此類方式運輸。

　　(2)液氫槽罐車氫氣容量高，國外較多采用該類運輸方式。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。液氫槽罐車運輸是將氫氣深度冷凍至21K液化，再裝入隔溫的槽罐車中運輸，目前商用的槽罐車容量約為65 m3，可容納4000kg氫氣。國外加氫站使用該類運輸略多于高壓氣態(tài)長管拖車運輸。

　　(3)國外氣態(tài)管道應(yīng)用相對較多，液態(tài)管道運輸技術(shù)要求較高。管道運輸分為氣態(tài)管道運輸和液態(tài)管道運輸兩類。氣態(tài)管道直徑約0.25～0.3m、壓力范圍為1~3Mpa，每小時流量約310~8900kg氫氣，目前該類管道總長度已超過16000km，主要分布在美國、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)層和外層兩個等截面同心套管構(gòu)成，且兩個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輸，需依托液氫技術(shù)，目前僅國外少量應(yīng)用。其中深冷鐵路槽車長距離運輸液氫輸氣量大、又相對經(jīng)濟(jì)，儲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，目前僅在國外有非常少量的氫氣鐵路運輸路線。

　　表1 氫氣運輸方式適用性及優(yōu)缺點對比

　　(資料來源：《加氫站氫氣運輸方案比選》)

　　運氫方式存在安全隱患，可通過適當(dāng)方式降低風(fēng)險

　　目前的技術(shù)條件下，不同的運氫方式均有一定程度的危險性。高壓運輸方式具有易爆的危險性，、液氫運輸方式在熱量丟失后，會氣化使容器內(nèi)壓力越來越高，形成易爆的危險特征、管道運輸?shù)妮敋涔荛L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)高壓氣體運輸方式存在一定的危險性，但能通過適當(dāng)?shù)姆绞浇档惋L(fēng)險。在高壓運輸方式中，目前美國已出臺了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，如長管拖車需符合DOT-3AA/3AAX壓縮氣體運輸標(biāo)準(zhǔn)，使其安全系數(shù)達(dá)到2.48、出臺的E-8009標(biāo)準(zhǔn)，限定了儲氫材料的鋼材成分以及可承受的壓力等;我國上海則通過控制運氫外部溫度和時間段來提高運氫的安全性，如當(dāng)戶外氣溫大于30℃，僅能在夜間運輸。高壓氣體運輸方式存在一定的危險性，但能通過適當(dāng)?shù)姆绞浇档惋L(fēng)險。

　　(2)液氫運輸安裝卸壓閥調(diào)節(jié)內(nèi)部壓力，無明火狀態(tài)不構(gòu)成危險。由于液氫運輸?shù)膬溲b置不能完全的隔熱，會造成液氫蒸發(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，在戶外無明火狀態(tài)不會構(gòu)成危險。

　　(3)管道運輸?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)模在萬輛或十萬輛時，每天需要的氫氣量為30噸或300噸，此時如都采用高壓氫氣運輸方式，則會造成運輸車輛的調(diào)配困難，需適時的增加液氫運輸車輛，且液氫運輸具有一定的規(guī)模效應(yīng)，運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，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，在目前千輛級燃料電池汽車規(guī)模條件下，高壓氣體運氫方式是較為簡單且經(jīng)濟(jì)的方式;當(dāng)車輛到達(dá)萬輛級規(guī)模時，采用液氫運輸方式性價比更高，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

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