氢气加油站的特殊储存运输方法及未来发展趋势

文/李智

0.引言

在我国2021组织召开的大型会议中，相关“氢气能源”的研究已经成为市场重点讨论话题。在“十四五”发展与建设期间，我国市场内的新增能源将主要依靠化石与非化石，以清洁能源为主的战略形式将占据行业发展新地位。在对此方面工作进行深入研究时发现，加大对氢气能源的使用，可以使能源向低碳化格局递进。为了全面落实对氢气能源的使用，我国开设了多个大型氢气加油站，将其作为加油燃料，燃烧氢气后释放大量燃料，产生的最终物质为H2O，此过程不释放二氧化碳，也没有其他污染物排放[1]。因此，氢气被现代化社会定义为未来行业发展中的最佳能源，根据行业综合发展形势可知，氢气在未来将成为我国的主要能源，具有极大的发展潜力。本文将从多个方面，开展氢气加油站的特殊储存运输方法分析，以此为依据，明确氢能的未来发展趋势，实现为我国能源行业的持续化建设提供技术支持。

1.现代化氢气加油站物流运输主要形式

1.1 长管拖车运输。由于氢气能源较为特殊，因此，在进行此种能源的运输时，通常会采用长管拖车进行。拖车主要由头部与尾部两个部分构成，在运输加油站氢气能源时，拖车需要先到达加油站，将装载运行车辆的车头与后部拖车分离处理后，拖拽长管，将其作为氢气燃料的运输工具与储氢容器[2]。通常情况下，用于运输氢气燃料的长管直径为0.5m，长度为10.0m，末端由无缝隙钢瓶拼接构成。为确保设计的装载车辆满足加油站氢气燃料的运输需求，会设定拖车的运输压力为20.0MPa，液化后的有效存储容量为3.0×103Nm3。在对我国现有氢气储运模式的分析中发现，基于长管拖车的运输方式是一种较为常见的运输方式，在进行氢气的物流运输时，需要由车头将车内氢气燃料输往加油站，辅助使用站内的压缩泵、循环泵、冷却泵、加注泵等，向拖车储运罐中加注氢气。为保证氢气燃料运输的安全性，通常会对车辆的行驶与运输过程进行较高的安全要求，即在车辆上张贴警示牌，或配备副驾驶专职人员进行辅助运输[3]。但相比其他的运输方式，按照此种方式，进行氢气运输，其成本相对较高。例如，当氢气运输的距离在200.0km时，运输成本大约为12.0元/kg，运输成本与产氢成本接近，因此，长管拖车运输更加适用于需求量较低、运输距离相对较短的用户群体。

1.2 管道运输。除上述提出的运输方式，管道运输技术也是氢气加油站较为常用的运输方式之一，此种运输方式主要用于液态氢燃料的运输，在运输前，需要在运输管道中进行“掺氢”处理，或采用“氢气同油”的运输方式，进行氢气燃料装载，通过合理化的手段与技术，即可实现对氢气加油站燃料的长距离、高效率、大规模运输。相比其他的运输方式，管道运输方式的成本较低，但需要加油站前期投入一定量的资金，且运输管道的建设难度较高，更加适用于“点到点”或集成式的大规模运输模式。通过市场反馈数据，我国在现阶段的实践中，已经建设了多条可实现氢气燃料运输的长管通道，并已经逐步投入市场开始使用。应用较为频繁的氢气输送管道包括中石化洛阳管道，此管道的长度为25km，每年的氢气运输有效量＞10.0万吨，银川-乌海管道也是市场内目前使用较为频繁的输气管道，此管道的长度约为216.0km，每年的氢气运输有效量16×108m3。

1.3 液氢槽车运输。除上述提出的运输方式，液氢槽车运输方式也是氢气加油站运输氢气的主要方式，此种运输方式主要用于运输液化氢。在运输前，需要对氢气进行加压处理，液化后的氢气燃料体积密度可以达到70kg/m3以上，单位体积下液化氢的释放能量可以达到10MJ/L以上，接近于50MPa氢气释放能量的双倍[4]。相比上文提出的两种运输方式，使用液氢槽车进行加油站氢气的运输，其单次运输能力可以达到长管拖车单次运输能力的十倍甚至以上。具有运输成本低、运输效率高等优势。但液氢槽车运输也存在一定的缺陷，例如，在运输前，需要进行氢气的液化与深冷处理，而此种处理方式不仅对操作设备具有较高的要求，深冷液化的工艺步骤也较为复杂。

2.氢气加油站的特殊储存运输方法

2.1 压缩储运方法。在进行氢气加油站的特殊存储运输方式研究中发现，压缩储运是一种应用较为普遍的储运方法，在使用中，需要将质量相对较大的钢瓶作为氢气燃料的容器，但考虑到氢气的空气相对密度较低，因此使用钢瓶进行储运的效率相对较低，将钢瓶内部的压力增加到15.0MPa时氢气的有效存储密度在3.0%以下[5]。为解决压缩储运方式存在的问题，近年来科研单位提出了优化储运钢瓶容器材料的方式，通过此种方式，提高氢气加油站储运容器的耐压性，并降低氢气在运输中透过钢瓶发生扩散行为的概率。同时，可在进行氢气加压处理时，在钢瓶内部添加适量的吸氢物质，以此种方式，提高氢气压缩存储的密度与效率。

2.2 液化储运方法。常规条件且无异常施压时，液态氢的熔点温度为-253.0摄氏度，因此，无论是对氢气进行加压处理，或是对将其氢气存储环境的温度，都能够实现将氢气转化为液态氢。而一般条件下液态氢的密度是正常条件下氢气密度的850.0倍，1.0kg的液态氢在气化过程中释放的热量，是汽油气化过程中释放热量的3.0倍。因此，应明确对氢气进行加压或降温液化，是实现其储运的有效方式之一，相比常规条件，氢气加油站内的能源更加适合存储在有限的空间。但要满足氢气能源的特殊储运需求，需要将存储氢气容器的温度控制在一个相对较低的条件下，只有满足此方面需求的存储容器，才能保证氢气储运工作的顺利实施[6]。

2.3 空心玻璃球储运方法。通过大量的实践与研究可知，在环境温度较高的条件下（温度在300.0摄氏度~400.0摄氏度时），空心玻璃球会呈现出多孔性特点，并且，此种材质的玻璃球会在室温环境下呈现出不渗透特点。因此，氢气加油站可以利用空心玻璃球具有的这一特点，用其进行氢气燃料的存储与运输。使用空心玻璃球进行氢气燃料的存储运输时，应先将空心玻璃球放置在高压环境中（控制环境压力在20.0MPa~200.0MPa范围内），再使用专用设备，对加油站氢气燃料进行加热（控制加热温度在200.0摄氏度~300.0摄氏度），采用对氢气进行加压处理的方式，将其置于空心玻璃球内，待环境温度与压力稳定后，便实现了基于空心玻璃球的氢气存储。再根据运输的距离与氢气运输量选择对应的运输方式，相比氢气加油站现用的存储运输方式，此种方式具有低成本、高稳定等优势，目前，已经成为我国新能源市场的重点研究方向。当存储的氢气被输送到加油站后，只需要轻微加热空心玻璃球即可实现氢气的挥发与释放。

3.未来发展趋势

通过上文研究可知，氢气是我国未来燃料行业发展中的重要能源，也是实现社会新能源开发利用的关键切入点，氢气加油站储运工作作为氢气能源利用的主要渠道，其存储运输所需成本、效率等因素，都会决定氢能是否能够能在市场内被更好地利用。但综合现阶段我国在此方面的研究成果可知，相关氢气存储方式、运输技术方面的进一步研究，科研单位还有较长的路要走，在现如今科学技术的快速发展中，氢气加油站已在氢气存储方面取得了一定的成绩，下述将从三个方面，对氢气储运的未来发展趋势进行分析。其一，未来氢气能源的储运模式将呈现多元化与数字化趋势，即现代化技术将与氢气储运技术进行融合，实现存储运输管理工作的可视化与协调化，储运车辆管理的规范化与规模化。其二，加大液氢槽车运输模式的开发将成为未来氢气加油站物流运输主要形式。目前，氢气加油站储运主要三种方式，长管拖车运输方式与管道运输方式都存在不同程度上的短板与缺陷，因此，要实现对氢气能源的大规模推广使用，需要实现氢能产业在市场内的均匀分布，而落实此项工作的前提条件便是实现氢气储运技术的高新化。其三，氢气能源会在运输中存在不同程度的损耗，在未来的研究中，氢气损耗量将实现在未来的研究中逐步降低。当解决此方面问题后，氢气加油站的中长距离运输将具有更广阔的发展前景。

4.结束语：

随着我国不可再生能源的高速消耗，越来越多的生产单位开始关注或加大对新能源的使用与开发。目前，我国能源结构正处于高速转型阶段，以氢气为代表的新能源行业正逐步向绿色、低碳、高效、环保等发展方向转型，此阶段也是实现能源自动化、智能化、网络化的高速阶段。但氢气的存储与运输方式存在一定特殊性，为了更好地满足氢气加油站经营需求，本文从长管拖车运输、管道运输、液氢槽车运输三个方面，分析了现代化氢气加油站物流运输主要形式，从压缩储运方法、液化储运方法、空心玻璃球储运方法、金属氢化物储运方法四个方面，阐述了氢气加油站的特殊储存运输方法。并以此为依据，对氢气加油站的储运模式未来发展趋势进行了分析。总之，相关此方面内容的研究是一项与我国经济发展与人民幸福息息相关的话题，两者之间相辅相成，因此，要进一步实现对此项工作的完善，还应在后续的研究中，投入更多的资金开展此方面的研究，通过此种方式，为我国氢气燃料存储运输的发展提供进一步的指导与帮助。C