管道輸送氫氣的工程正在緊鑼密鼓建設(shè)，但就目前來(lái)看，通過(guò)公路運(yùn)輸依舊高壓氫氣依舊是輸氫主流方式。無(wú)論是高壓氣態(tài)氫還是液氫，這一輸氫技術(shù)路線承擔(dān)著龐大的輸送任務(wù)。

什么是車(chē)載輸氫

車(chē)載輸氫是通過(guò)車(chē)輛將氣氫實(shí)現(xiàn)位移的技術(shù)手段。氫氣的生產(chǎn)和應(yīng)用的空間位置不統(tǒng)一、氫氣輸送本身所具備的天然難題，使得氫氣的運(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。據(jù)測(cè)算，氫氣的運(yùn)輸在氫氣生產(chǎn)總成本中占比達(dá)到30%—40%。

目前已經(jīng)有一些加氫站建設(shè)采取制氫加氫一體化模式，能夠?qū)崿F(xiàn)站內(nèi)制氫，但是對(duì)于外供氫加氫站，氫氣的運(yùn)輸依舊是重要的一環(huán)，車(chē)載輸氫為這類加氫站的供氫尤為重要。

車(chē)載輸氫的分類

高壓氫氣車(chē)載運(yùn)輸分為長(zhǎng)管拖車(chē)和管束集裝箱兩類。

· 長(zhǎng)管拖車(chē)：是由大容積鋼制無(wú)縫氣瓶與走行裝置固定而組成的高壓氫氣運(yùn)輸設(shè)備，其儲(chǔ)氫空間一般由多個(gè)壓力為20Mpa、長(zhǎng)約10m的高壓儲(chǔ)氫鋼瓶組成。儲(chǔ)氫鋼瓶數(shù)量通常為9個(gè)，可充裝約3500Nm3氫氣。

長(zhǎng)管拖車(chē)

管束集裝箱：是由多個(gè)高壓儲(chǔ)氫鋼瓶組成，通過(guò)框架與走行裝置固定。現(xiàn)在常見(jiàn)的氫氣管束式集裝箱多為6管集束而成，公稱工作壓力為20MPa，單瓶外徑多為719mm，設(shè)計(jì)最小壁厚 21.2mm，氣瓶長(zhǎng)度為12190mm時(shí)的單瓶容積可達(dá)4230L，故管束式集裝箱總?cè)莘e可達(dá)25.38m3 ，可載373kg 壓縮氫氣。

管束集裝箱

管束集裝箱與長(zhǎng)管拖車(chē)的區(qū)別在于是否使用框架，管束集裝箱需要先將氣瓶固定在框架上，再將框架固定在走行裝置上；長(zhǎng)管拖車(chē)則是將氣瓶通過(guò)捆綁帶直接固定在走行裝置上。與長(zhǎng)管拖車(chē)相比，管束集裝箱因?yàn)槎嗔丝蚣艿墓潭?，增加了安全性，但是也增加了?chē)體的自重。

車(chē)載輸氫的適用場(chǎng)景

長(zhǎng)管拖車(chē)在到達(dá)加氫站后車(chē)頭和拖車(chē)可分離，由于它具有靈活機(jī)動(dòng)、方便快捷等優(yōu)勢(shì)，是目前技術(shù)最成熟、使用最廣泛的高壓氫氣運(yùn)輸方式，國(guó)內(nèi)多數(shù)外供氫加氫站都是通過(guò)長(zhǎng)管拖車(chē)從氫工廠將氣氫運(yùn)輸?shù)秸尽?/p>

由于氫氣密度小，儲(chǔ)氫容器自重大，長(zhǎng)管拖車(chē)單車(chē)單次運(yùn)氫量通常在300kg左右，實(shí)際運(yùn)氫重量?jī)H為總運(yùn)輸重量的1~2%，也就是說(shuō)，車(chē)輛本身的重量幾乎都用在了車(chē)輛自重和容器自重，因此長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)氫適用于運(yùn)輸距離短且輸氫量較低的場(chǎng)景。

車(chē)載輸氫成本計(jì)算

總體來(lái)看，目前我國(guó)以20MPa 氣態(tài)長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)氫方式為主，20MPa 長(zhǎng)管拖車(chē)單車(chē)運(yùn)氫量約350 千克。單輛長(zhǎng)管拖車(chē)造價(jià)約120 萬(wàn)元，百公里運(yùn)氫成本約10 元/千克；隨著運(yùn)距的增加，長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)氫成本將進(jìn)一步上升，當(dāng)運(yùn)距超過(guò)300 公里時(shí)，長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)氫經(jīng)濟(jì)性不佳。

據(jù)東吳證券測(cè)算，氫源距離為100km時(shí)20Mpa長(zhǎng)管拖車(chē)儲(chǔ)運(yùn)成本約7.79元/kg，成本對(duì)距離敏感，短途運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性較高。

20Mpa長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)氫成本測(cè)算 數(shù)據(jù)來(lái)源:張軒《氫能供應(yīng)鏈成本分析及建議》，東吳證券研究所

車(chē)載輸氫的劣勢(shì)

與管道輸對(duì)比，車(chē)載輸氫運(yùn)氫量小，無(wú)論是長(zhǎng)管拖車(chē)還是管束式集裝箱，其所運(yùn)載的氫氣重量在單車(chē)單次重量占比都比較小，不超過(guò)2%，總重量在300公斤左右。

除此之外，還存在卸載時(shí)間很長(zhǎng)的劣勢(shì)。就車(chē)載輸氫流程看，氫氣經(jīng)過(guò)脫水、脫氧等凈化流程后，經(jīng)過(guò)氫壓縮機(jī)壓縮至 20MPa，由裝氣柱充裝入集裝管束運(yùn)輸車(chē)，充氣時(shí)間約 1.5-2.5 小時(shí)。經(jīng)運(yùn)輸車(chē)運(yùn)至目的地后通過(guò)高壓卸車(chē)膠管把集裝管束運(yùn)輸車(chē)和卸氣柱相連接，卸氣柱和調(diào)壓站相連接，20MPa氫氣由調(diào)壓站調(diào)整到適當(dāng)壓力后并入加氫站或氫氣管網(wǎng)，卸氣時(shí)間約 1.5-3 小時(shí)。長(zhǎng)管拖車(chē)單次充氣、卸氣合計(jì)耗時(shí)約 3-5.5 小時(shí)。

此外，當(dāng)長(zhǎng)管拖車(chē)中的氫氣卸載到5Mpa—8Mpa左右時(shí)，卸載速度會(huì)顯著放緩，且此時(shí)氫氣壓縮機(jī)能耗較高，考慮到加氫站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，一般不再進(jìn)行卸載。

降低儲(chǔ)氫瓶自重已初現(xiàn)曙光

從提升長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)輸氫氣的效率出發(fā)，目前主流方案主要從提升儲(chǔ)氫瓶的儲(chǔ)氫壓力、降低儲(chǔ)氫瓶自重為主。

其中儲(chǔ)氫瓶自重在技術(shù)迭代中逐漸降低最具曙光。目前我國(guó)儲(chǔ)氫瓶的大規(guī)模技術(shù)迭代最主要表現(xiàn)在車(chē)載儲(chǔ)氫系統(tǒng)，也就是在氫燃料電池及氫內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛車(chē)上提供氫氣的系統(tǒng)。這一技術(shù)已經(jīng)從I型的鋼瓶迭代到III型和IV型，減重明顯。

輸送氫氣的儲(chǔ)氫瓶因?yàn)椤绑w格”比車(chē)載儲(chǔ)氫瓶大得多，目前依舊以Ⅰ型瓶、Ⅱ型瓶作為長(zhǎng)管拖車(chē)輸運(yùn)氫氣的容器，但氣瓶減重的“風(fēng)”終究會(huì)吹過(guò)來(lái)，將氣瓶減重這一需求得以落實(shí)。

據(jù)測(cè)算，若升級(jí)長(zhǎng)管拖車(chē)攜帶容器至Ⅳ型瓶，則單車(chē)輸運(yùn)氫氣量可提升至 1000kg 以上。

2023年9月，中集安瑞科旗下中集氫能石家莊安瑞科氣體機(jī)械有限公司高壓氣氫事業(yè)部，歷時(shí)兩年打造的國(guó)內(nèi)首臺(tái)30MPa碳纖維纏繞管束式氫氣集裝箱（III型）成功下線并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。這是車(chē)載輸氫的一個(gè)里程碑。

美國(guó)Quantum 公司推出的長(zhǎng)管拖車(chē)VP5000-H，目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)在 35MPa 的壓力下實(shí)現(xiàn)高達(dá) 1195kg 的氫氣儲(chǔ)運(yùn)量，氫氣儲(chǔ)運(yùn)能力較國(guó)內(nèi)常規(guī)水平提升約 300%。

但目前來(lái)看III型和IV型氣瓶還存在著成本高的特點(diǎn)，因此何時(shí)能在降本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)減重，則車(chē)載輸氫的經(jīng)濟(jì)性就更能得到解決。

安全與標(biāo)準(zhǔn)

車(chē)載輸氫，最關(guān)鍵的事安全，離不開(kāi)技術(shù)規(guī)范、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)。2022年5月，南海在全國(guó)率先發(fā)布《氫氣運(yùn)輸車(chē)輛運(yùn)營(yíng)管理規(guī)范》氫能團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，明確了氫氣運(yùn)輸車(chē)輛運(yùn)營(yíng)單位的場(chǎng)地要求、車(chē)輛設(shè)施設(shè)備管理、日常維護(hù)等要求，為運(yùn)營(yíng)單位在危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸和安全管理方面指明方向，做到有標(biāo)可依。

今年4月30日，全國(guó)道路運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)在交通運(yùn)輸部網(wǎng)站發(fā)布了《氫氣（含液氫）道路運(yùn)輸技術(shù)規(guī)范》征求意見(jiàn)稿。文件規(guī)定了氫氣（含液氫）道路運(yùn)輸?shù)难b備條件、企業(yè)條件、運(yùn)輸要求、裝卸安全、停放要求及應(yīng)急處置等要求，適用于采用長(zhǎng)管拖車(chē)、罐車(chē)、管束式集裝箱、罐式集裝箱等車(chē)輛或裝備的氫氣（含液氫）道路運(yùn)輸。標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施，旨在確保氫能運(yùn)輸?shù)陌踩院托剩龠M(jìn)氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

8月22日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《氫能輸配設(shè)備通用技術(shù)要求（征求意見(jiàn)稿）》，對(duì)儲(chǔ)存設(shè)備、凈化設(shè)備、調(diào)壓設(shè)備、計(jì)量設(shè)備、閥門(mén)、管道組成件、氫氣壓縮機(jī)、電氣控制、安全裝置等提出了標(biāo)準(zhǔn)要求。

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)方面，中國(guó)技術(shù)監(jiān)督情報(bào)協(xié)會(huì)推出了T/CATSI05008-2023《壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞瓶式集裝箱專項(xiàng)技術(shù)要求》，一項(xiàng)旨在提升氫氣運(yùn)輸安全與效率的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施，為氫氣管束集裝箱的發(fā)展帶來(lái)了新的里程碑。

其公稱工作壓力高達(dá)30-52MPa，不僅在重量上實(shí)現(xiàn)了顯著的減重，提高了儲(chǔ)氫壓力，從而顯著提升了加氫站的儲(chǔ)運(yùn)和加注效率，而且在設(shè)計(jì)上遵循了至關(guān)重要的“未爆先漏”原則，確保了運(yùn)輸過(guò)程中的安全性。

這一標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)的是三型瓶氫氣管束集裝箱，是在中集安瑞科30MPa碳纖維纏繞管束式氫氣集裝箱基礎(chǔ)上形成。中集安瑞科是輸氫裝備企業(yè)中的翹楚，從壓縮天然氣開(kāi)始，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)論是長(zhǎng)管拖車(chē)還是管束式集裝箱，產(chǎn)品線齊全且處于先進(jìn)的位置。更重要的是，中集安瑞科通過(guò)實(shí)踐證明了這一創(chuàng)新技術(shù)的可行性和市場(chǎng)潛力。