科普 | 什么是车载输氢？

管道输送氢气的工程正在紧锣密鼓建设，但就目前来看，通过公路运输依旧高压氢气依旧是输氢主流方式。无论是高压气态氢还是液氢，这一输氢技术路线承担着庞大的输送任务。

什么是车载输氢

车载输氢是通过车辆将气氢实现位移的技术手段。氢气的生产和应用的空间位置不统一、氢气输送本身所具备的天然难题，使得氢气的运输在整个氢能供应链的经济、能耗性能中占有很大比重。据测算，氢气的运输在氢气生产总成本中占比达到30%—40%。

目前已经有一些加氢站建设采取制氢加氢一体化模式，能够实现站内制氢，但是对于外供氢加氢站，氢气的运输依旧是重要的一环，车载输氢为这类加氢站的供氢尤为重要。

车载输氢的分类

高压氢气车载运输分为长管拖车和管束集装箱两类。

· 长管拖车：是由大容积钢制无缝气瓶与走行装置固定而组成的高压氢气运输设备，其储氢空间一般由多个压力为20Mpa、长约10m的高压储氢钢瓶组成。储氢钢瓶数量通常为9个，可充装约3500Nm3氢气。

长管拖车

管束集装箱：是由多个高压储氢钢瓶组成，通过框架与走行装置固定。现在常见的氢气管束式集装箱多为6管集束而成，公称工作压力为20MPa，单瓶外径多为719mm，设计最小壁厚 21.2mm，气瓶长度为12190mm时的单瓶容积可达4230L，故管束式集装箱总容积可达25.38m3 ，可载373kg 压缩氢气。

管束集装箱

管束集装箱与长管拖车的区别在于是否使用框架，管束集装箱需要先将气瓶固定在框架上，再将框架固定在走行装置上；长管拖车则是将气瓶通过捆绑带直接固定在走行装置上。与长管拖车相比，管束集装箱因为多了框架的固定，增加了安全性，但是也增加了车体的自重。

车载输氢的适用场景

长管拖车在到达加氢站后车头和拖车可分离，由于它具有灵活机动、方便快捷等优势，是目前技术最成熟、使用最广泛的高压氢气运输方式，国内多数外供氢加氢站都是通过长管拖车从氢工厂将气氢运输到站。

由于氢气密度小，储氢容器自重大，长管拖车单车单次运氢量通常在300kg左右，实际运氢重量仅为总运输重量的1~2%，也就是说，车辆本身的重量几乎都用在了车辆自重和容器自重，因此长管拖车运氢适用于运输距离短且输氢量较低的场景。

车载输氢成本计算

总体来看，目前我国以20MPa 气态长管拖车运氢方式为主，20MPa 长管拖车单车运氢量约350 千克。单辆长管拖车造价约120 万元，百公里运氢成本约10 元/千克；随着运距的增加，长管拖车运氢成本将进一步上升，当运距超过300 公里时，长管拖车运氢经济性不佳。

据东吴证券测算，氢源距离为100km时20Mpa长管拖车储运成本约7.79元/kg，成本对距离敏感，短途运输经济性较高。

20Mpa长管拖车运氢成本测算 数据来源:张轩《氢能供应链成本分析及建议》，东吴证券研究所

车载输氢的劣势

与管道输对比，车载输氢运氢量小，无论是长管拖车还是管束式集装箱，其所运载的氢气重量在单车单次重量占比都比较小，不超过2%，总重量在300公斤左右。

除此之外，还存在卸载时间很长的劣势。就车载输氢流程看，氢气经过脱水、脱氧等净化流程后，经过氢压缩机压缩至 20MPa，由装气柱充装入集装管束运输车，充气时间约 1.5-2.5 小时。经运输车运至目的地后通过高压卸车胶管把集装管束运输车和卸气柱相连接，卸气柱和调压站相连接，20MPa氢气由调压站调整到适当压力后并入加氢站或氢气管网，卸气时间约 1.5-3 小时。长管拖车单次充气、卸气合计耗时约 3-5.5 小时。

此外，当长管拖车中的氢气卸载到5Mpa—8Mpa左右时，卸载速度会显著放缓，且此时氢气压缩机能耗较高，考虑到加氢站运行的经济性，一般不再进行卸载。

降低储氢瓶自重已初现曙光

从提升长管拖车运输氢气的效率出发，目前主流方案主要从提升储氢瓶的储氢压力、降低储氢瓶自重为主。

其中储氢瓶自重在技术迭代中逐渐降低最具曙光。目前我国储氢瓶的大规模技术迭代最主要表现在车载储氢系统，也就是在氢燃料电池及氢内燃机车辆车上提供氢气的系统。这一技术已经从I型的钢瓶迭代到III型和IV型，减重明显。

输送氢气的储氢瓶因为“体格”比车载储氢瓶大得多，目前依旧以Ⅰ型瓶、Ⅱ型瓶作为长管拖车输运氢气的容器，但气瓶减重的“风”终究会吹过来，将气瓶减重这一需求得以落实。

据测算，若升级长管拖车携带容器至Ⅳ型瓶，则单车输运氢气量可提升至 1000kg 以上。

2023年9月，中集安瑞科旗下中集氢能石家庄安瑞科气体机械有限公司高压气氢事业部，历时两年打造的国内首台30MPa碳纤维缠绕管束式氢气集装箱（III型）成功下线并实现批量生产。这是车载输氢的一个里程碑。

美国Quantum 公司推出的长管拖车VP5000-H，目前已经可以实现在 35MPa 的压力下实现高达 1195kg 的氢气储运量，氢气储运能力较国内常规水平提升约 300%。

但目前来看III型和IV型气瓶还存在着成本高的特点，因此何时能在降本的同时实现减重，则车载输氢的经济性就更能得到解决。

安全与标准

车载输氢，最关键的事安全，离不开技术规范、国家标准、团体标准的建设。2022年5月，南海在全国率先发布《氢气运输车辆运营管理规范》氢能团体标准，明确了氢气运输车辆运营单位的场地要求、车辆设施设备管理、日常维护等要求，为运营单位在危险货物运输和安全管理方面指明方向，做到有标可依。

今年4月30日，全国道路运输标准化技术委员会在交通运输部网站发布了《氢气（含液氢）道路运输技术规范》征求意见稿。文件规定了氢气（含液氢）道路运输的装备条件、企业条件、运输要求、装卸安全、停放要求及应急处置等要求，适用于采用长管拖车、罐车、管束式集装箱、罐式集装箱等车辆或装备的氢气（含液氢）道路运输。标准的制定和实施，旨在确保氢能运输的安全性和效率，促进氢能在交通领域的应用和发展。

8月22日，住房城乡建设部发布国家标准《氢能输配设备通用技术要求（征求意见稿）》，对储存设备、净化设备、调压设备、计量设备、阀门、管道组成件、氢气压缩机、电气控制、安全装置等提出了标准要求。

团体标准方面，中国技术监督情报协会推出了T/CATSI05008-2023《压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕瓶式集装箱专项技术要求》，一项旨在提升氢气运输安全与效率的团体标准正式实施，为氢气管束集装箱的发展带来了新的里程碑。

其公称工作压力高达30-52MPa，不仅在重量上实现了显著的减重，提高了储氢压力，从而显著提升了加氢站的储运和加注效率，而且在设计上遵循了至关重要的“未爆先漏”原则，确保了运输过程中的安全性。

这一标准倡导的是三型瓶氢气管束集装箱，是在中集安瑞科30MPa碳纤维缠绕管束式氢气集装箱基础上形成。中集安瑞科是输氢装备企业中的翘楚，从压缩天然气开始，积累了丰富的经验，无论是长管拖车还是管束式集装箱，产品线齐全且处于先进的位置。更重要的是，中集安瑞科通过实践证明了这一创新技术的可行性和市场潜力。