科普 | 什么是車載輸氫？

管道輸送氫氣的工程正在緊鑼密鼓建設，但就目前來看，通過公路運輸依舊高壓氫氣依舊是輸氫主流方式。無論是高壓氣態氫還是液氫，這一輸氫技術路線承擔著龐大的輸送任務。

什么是車載輸氫

車載輸氫是通過車輛將氣氫實現位移的技術手段。氫氣的生產和應用的空間位置不統一、氫氣輸送本身所具備的天然難題，使得氫氣的運輸在整個氫能供應鏈的經濟、能耗性能中占有很大比重。據測算，氫氣的運輸在氫氣生產總成本中占比達到30%—40%。

目前已經有一些加氫站建設采取制氫加氫一體化模式，能夠實現站內制氫，但是對于外供氫加氫站，氫氣的運輸依舊是重要的一環，車載輸氫為這類加氫站的供氫尤為重要。

車載輸氫的分類

高壓氫氣車載運輸分為長管拖車和管束集裝箱兩類。

· 長管拖車：是由大容積鋼制無縫氣瓶與走行裝置固定而組成的高壓氫氣運輸設備，其儲氫空間一般由多個壓力為20Mpa、長約10m的高壓儲氫鋼瓶組成。儲氫鋼瓶數量通常為9個，可充裝約3500Nm3氫氣。

長管拖車

管束集裝箱：是由多個高壓儲氫鋼瓶組成，通過框架與走行裝置固定。現在常見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，設計最小壁厚 21.2mm，氣瓶長度為12190mm時的單瓶容積可達4230L，故管束式集裝箱總容積可達25.38m3 ，可載373kg 壓縮氫氣。

管束集裝箱

管束集裝箱與長管拖車的區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；長管拖車則是將氣瓶通過捆綁帶直接固定在走行裝置上。與長管拖車相比，管束集裝箱因為多了框架的固定，增加了安全性，但是也增加了車體的自重。

車載輸氫的適用場景

長管拖車在到達加氫站后車頭和拖車可分離，由于它具有靈活機動、方便快捷等優勢，是目前技術最成熟、使用最廣泛的高壓氫氣運輸方式，國內多數外供氫加氫站都是通過長管拖車從氫工廠將氣氫運輸到站。

由于氫氣密度小，儲氫容器自重大，長管拖車單車單次運氫量通常在300kg左右，實際運氫重量僅為總運輸重量的1~2%，也就是說，車輛本身的重量幾乎都用在了車輛自重和容器自重，因此長管拖車運氫適用于運輸距離短且輸氫量較低的場景。

車載輸氫成本計算

總體來看，目前我國以20MPa 氣態長管拖車運氫方式為主，20MPa 長管拖車單車運氫量約350 千克。單輛長管拖車造價約120 萬元，百公里運氫成本約10 元/千克；隨著運距的增加，長管拖車運氫成本將進一步上升，當運距超過300 公里時，長管拖車運氫經濟性不佳。

據東吳證券測算，氫源距離為100km時20Mpa長管拖車儲運成本約7.79元/kg，成本對距離敏感，短途運輸經濟性較高。

20Mpa長管拖車運氫成本測算 數據來源:張軒《氫能供應鏈成本分析及建議》，東吳證券研究所

車載輸氫的劣勢

與管道輸對比，車載輸氫運氫量小，無論是長管拖車還是管束式集裝箱，其所運載的氫氣重量在單車單次重量占比都比較小，不超過2%，總重量在300公斤左右。

除此之外，還存在卸載時間很長的劣勢。就車載輸氫流程看，氫氣經過脫水、脫氧等凈化流程后，經過氫壓縮機壓縮至 20MPa，由裝氣柱充裝入集裝管束運輸車，充氣時間約 1.5-2.5 小時。經運輸車運至目的地后通過高壓卸車膠管把集裝管束運輸車和卸氣柱相連接，卸氣柱和調壓站相連接，20MPa氫氣由調壓站調整到適當壓力后并入加氫站或氫氣管網，卸氣時間約 1.5-3 小時。長管拖車單次充氣、卸氣合計耗時約 3-5.5 小時。

此外，當長管拖車中的氫氣卸載到5Mpa—8Mpa左右時，卸載速度會顯著放緩，且此時氫氣壓縮機能耗較高，考慮到加氫站運行的經濟性，一般不再進行卸載。

降低儲氫瓶自重已初現曙光

從提升長管拖車運輸氫氣的效率出發，目前主流方案主要從提升儲氫瓶的儲氫壓力、降低儲氫瓶自重為主。

其中儲氫瓶自重在技術迭代中逐漸降低最具曙光。目前我國儲氫瓶的大規模技術迭代最主要表現在車載儲氫系統，也就是在氫燃料電池及氫內燃機車輛車上提供氫氣的系統。這一技術已經從I型的鋼瓶迭代到III型和IV型，減重明顯。

輸送氫氣的儲氫瓶因為“體格”比車載儲氫瓶大得多，目前依舊以Ⅰ型瓶、Ⅱ型瓶作為長管拖車輸運氫氣的容器，但氣瓶減重的“風”終究會吹過來，將氣瓶減重這一需求得以落實。

據測算，若升級長管拖車攜帶容器至Ⅳ型瓶，則單車輸運氫氣量可提升至 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械有限公司高壓氣氫事業部，歷時兩年打造的國內首臺30MPa碳纖維纏繞管束式氫氣集裝箱（III型）成功下線并實現批量生產。這是車載輸氫的一個里程碑。

美國Quantum 公司推出的長管拖車VP5000-H，目前已經可以實現在 35MPa 的壓力下實現高達 1195kg 的氫氣儲運量，氫氣儲運能力較國內常規水平提升約 300%。

但目前來看III型和IV型氣瓶還存在著成本高的特點，因此何時能在降本的同時實現減重，則車載輸氫的經濟性就更能得到解決。

安全與標準

車載輸氫，最關鍵的事安全，離不開技術規范、國家標準、團體標準的建設。2022年5月，南海在全國率先發布《氫氣運輸車輛運營管理規范》氫能團體標準，明確了氫氣運輸車輛運營單位的場地要求、車輛設施設備管理、日常維護等要求，為運營單位在危險貨物運輸和安全管理方面指明方向，做到有標可依。

今年4月30日，全國道路運輸標準化技術委員會在交通運輸部網站發布了《氫氣（含液氫）道路運輸技術規范》征求意見稿。文件規定了氫氣（含液氫）道路運輸的裝備條件、企業條件、運輸要求、裝卸安全、停放要求及應急處置等要求，適用于采用長管拖車、罐車、管束式集裝箱、罐式集裝箱等車輛或裝備的氫氣（含液氫）道路運輸。標準的制定和實施，旨在確保氫能運輸的安全性和效率，促進氫能在交通領域的應用和發展。

8月22日，住房城鄉建設部發布國家標準《氫能輸配設備通用技術要求（征求意見稿）》，對儲存設備、凈化設備、調壓設備、計量設備、閥門、管道組成件、氫氣壓縮機、電氣控制、安全裝置等提出了標準要求。

團體標準方面，中國技術監督情報協會推出了T/CATSI05008-2023《壓縮氫氣鋁內膽碳纖維全纏繞瓶式集裝箱專項技術要求》，一項旨在提升氫氣運輸安全與效率的團體標準正式實施，為氫氣管束集裝箱的發展帶來了新的里程碑。

其公稱工作壓力高達30-52MPa，不僅在重量上實現了顯著的減重，提高了儲氫壓力，從而顯著提升了加氫站的儲運和加注效率，而且在設計上遵循了至關重要的“未爆先漏”原則，確保了運輸過程中的安全性。

這一標準倡導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上形成。中集安瑞科是輸氫裝備企業中的翹楚，從壓縮天然氣開始，積累了豐富的經驗，無論是長管拖車還是管束式集裝箱，產品線齊全且處于先進的位置。更重要的是，中集安瑞科通過實踐證明了這一創新技術的可行性和市場潛力。