前面介紹了電解水制氫的生產(chǎn)設(shè)備與氫的液化，本課件介紹氫的儲(chǔ)存與運(yùn)輸。

目前主要有氣態(tài)儲(chǔ)存、低溫液態(tài)儲(chǔ)存、固態(tài)儲(chǔ)存方式，氫儲(chǔ)存技術(shù)不單是解決氫的儲(chǔ)存，更多的是解決氫的運(yùn)輸方式。本課件介紹技術(shù)成熟、普遍使用的氣態(tài)儲(chǔ)存與液態(tài)儲(chǔ)存。

氫處于氣態(tài)時(shí)稱為“氣氫”，常溫常壓狀態(tài)下密度為 0.089 g·L-1。氣氫的活性和擴(kuò)散性極強(qiáng)，儲(chǔ)存運(yùn)輸過(guò)程中易引發(fā)泄漏，產(chǎn)生安全隱患。

為能夠保證儲(chǔ)存量、降低運(yùn)輸成本，通常采取提高儲(chǔ)存容器壓力的方式，減小儲(chǔ)氫容器的體積、提高氫氣的儲(chǔ)存與運(yùn)輸效率。氣態(tài)儲(chǔ)氫多以高壓氣瓶為儲(chǔ)氫容器，早期的采用金屬壓力氣瓶，稱為Ⅰ型瓶，后發(fā)展成纖維復(fù)合材料纏繞氣瓶，即Ⅱ型瓶、Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶。

Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶是目前主流氣瓶，由內(nèi)膽和碳纖維纏繞層組成。Ⅲ型瓶的內(nèi)膽為鋁合金，Ⅳ型瓶的內(nèi)膽為聚合物。碳纖維復(fù)合材料則以螺旋和環(huán)箍的方式纏繞在內(nèi)膽的外圍，以增加內(nèi)膽的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。襯墊作為氫氣與復(fù)合層之間的屏障，防止氫氣從復(fù)合層基材的微裂紋中泄漏。采用了聚乙烯內(nèi)膽與碳纖維全纏繞結(jié)構(gòu)，目前Ⅳ型瓶的儲(chǔ)存壓力是70 MPa，我國(guó)也能生產(chǎn)Ⅳ型瓶。 圖1是用于氫燃料車(chē)的Ⅳ型瓶的結(jié)構(gòu)圖（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）。

圖2是在聚合物內(nèi)膽上纏繞碳纖維的示意圖（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）。

圖3是某氫能源汽車(chē)配置的氫儲(chǔ)存瓶結(jié)構(gòu)圖（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

氣氫加壓儲(chǔ)存的優(yōu)勢(shì)：儲(chǔ)存容器制造難度較低；氣體壓縮機(jī)技術(shù)成熟。但氫氣壓縮過(guò)程中需消耗大量外部能量；對(duì)氫氣儲(chǔ)存容器的承壓強(qiáng)度、密封性要求高，氣瓶重量和尺寸較大，儲(chǔ)存的氫氣重量約占容器重量 1％～2％左右，儲(chǔ)氫量小、運(yùn)輸成本高。

氫氣加壓、降溫冷卻至液化溫度以下轉(zhuǎn)為液體狀態(tài)時(shí)稱為“液氫”。處于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（約 0.1 MPa）下時(shí)氫氣的液化溫度為-253 ℃（20K）。液氫密度則約為氣態(tài)氫的 865 倍（約 76.98 g/L）。即使將氫氣壓縮至 70 MPa，其單位體積的儲(chǔ)存量也比不上液態(tài)儲(chǔ)存。

為了保證液氫處于20K的極低溫，儲(chǔ)氫容器必須強(qiáng)絕熱，采用雙壁層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外壁層之間除保持高真空度，還要放置碳纖維、玻璃泡沫、膨脹珍珠巖、氣凝膠等絕熱材料。有些大容量長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存容器還要配置制冷裝置，確保液氫處于20K低溫。

為了進(jìn)一步增加儲(chǔ)存量，可增加液氫的壓力，液氫是可以壓縮的，例如在－252℃下液氫的壓力從0.1 MPa增至23.7 MPa后，其儲(chǔ)氫密度從70 g/L增至87 g/L。這種高壓低溫液態(tài)儲(chǔ)氫容器不但要絕熱，還要耐高壓。

圖4為一種高壓低溫液態(tài)儲(chǔ)氫罐結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)），高壓儲(chǔ)氫罐內(nèi)襯為鋁，外部纏繞碳纖維，可耐高壓。儲(chǔ)氫罐外殼由高反射率的金屬化塑料和不銹鋼組成，儲(chǔ)氫罐和外殼之間為真空狀態(tài)，兩著間由支撐圈固定，支撐圈是絕熱材料。

圖5是一種小型液氫儲(chǔ)罐（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

圖6是國(guó)外為民用航空研究開(kāi)發(fā)的長(zhǎng)壽命全復(fù)合材料液氫儲(chǔ)罐示意圖（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）。采用內(nèi)外雙罐設(shè)計(jì)，中間多層絕熱，內(nèi)層包含一個(gè)燃料液位探頭、一個(gè)熱交換器和用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的無(wú)源光纖傳感器，外層裝有壓力和氫泄漏傳感器。

目前國(guó)內(nèi)多采用高壓氣態(tài)運(yùn)輸，高壓氫氣運(yùn)輸分為集裝格和長(zhǎng)管拖車(chē)兩類，其中，集裝格由多個(gè)40L的、壓力為15Mpa的高壓儲(chǔ)氫鋼瓶組成，類似氧氣瓶，運(yùn)輸較為靈活，適用于需求量小的加氫站。圖7左圖是集裝格運(yùn)輸車(chē)，右圖是裝有氣瓶的集裝格，把多個(gè)集裝格吊入集裝格運(yùn)輸車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸。（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

氣氫長(zhǎng)管拖車(chē)結(jié)構(gòu)為車(chē)頭部分和拖車(chē)部分，前者提供動(dòng)力，后者主要提供存儲(chǔ)空間，由多個(gè)壓力為20Mpa、長(zhǎng)約10m的高壓儲(chǔ)氫鋼瓶組成，可充裝約3500Nm3氫氣，且拖車(chē)在到達(dá)加氫站后車(chē)頭和拖車(chē)可分離，運(yùn)輸技術(shù)成熟、規(guī)范較完善，國(guó)內(nèi)的加氫站目前多采用此類方式運(yùn)輸，圖8是氣氫長(zhǎng)管拖車(chē)（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

液氫槽罐車(chē)運(yùn)輸是將氫氣深度冷凍至21K液化，再裝入隔溫的槽罐車(chē)中運(yùn)輸，目前商用的槽罐車(chē)容量約為65m3，可容納4000kg氫氣。國(guó)外加氫站使用該類運(yùn)輸略多于高壓氣態(tài)長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)輸。圖9是液氫槽罐車(chē)（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）。

管道運(yùn)輸分為氣態(tài)管道運(yùn)輸和液態(tài)管道運(yùn)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(shí)流量約310~8900kg氫氣。在歐美應(yīng)用較廣。

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(gè)等截面同心套管構(gòu)成，且兩個(gè)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。

深冷鐵路槽車(chē)長(zhǎng)距離運(yùn)輸液氫輸氣量大、又相對(duì)經(jīng)濟(jì)，儲(chǔ)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(chē)容量可達(dá)120~200 m3。

圖10是中國(guó)中車(chē)生產(chǎn)的T85型液氫罐車(chē)，罐總?cè)莘e85m3，可裝5t液態(tài)氫。（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

采用輪船運(yùn)輸液氫，圖11是日本川崎重工運(yùn)輸液氫的輪船結(jié)構(gòu)圖，上面圖是采用2個(gè)方形液氫罐的運(yùn)輸船，下面圖是采用4個(gè)球形液氫罐的運(yùn)輸船。（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

氫氣液化過(guò)程消耗大量的能量，所消耗能量值約為所儲(chǔ)存氫能的30％左右；儲(chǔ)存液氫的容器為特制液氫罐，采用雙層真空絕熱壁面結(jié)構(gòu)，并需加裝相關(guān)控制與安全保護(hù)裝置起到抗沖擊及減振作用，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性與加工成本高；外界熱量稍微滲入容器也會(huì)使其迅速氣化從而造成損失，因此，液氫氣化、泄漏也是必須面臨的重要問(wèn)題之一。

高壓氣態(tài)氫、低溫液態(tài)氫輸送到用戶需要通過(guò)加氫設(shè)施對(duì)用戶進(jìn)行加注。目前民用氫氣主要在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，例如氫能源小汽車(chē)、氫能源大客車(chē)（公交車(chē)）、氫能源大貨車(chē)等。氫氣通過(guò)加氫設(shè)施對(duì)車(chē)輛進(jìn)行加注，下面簡(jiǎn)介加氫站的基本組成。

加氫站氫氣來(lái)源主要是高壓氣罐運(yùn)輸車(chē)，氫氣輸送管道。輸入的氫氣先輸進(jìn)站內(nèi)一級(jí)高壓氫氣儲(chǔ)罐緩存，壓力約20Mpa。經(jīng)過(guò)氫氣壓縮機(jī)壓力達(dá)70Mpa，通過(guò)換熱器降溫使氫氣接近常溫，注入二級(jí)高壓氫氣儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，高壓氫氣通過(guò)氫氣加注機(jī)向車(chē)輛加注。

高壓氣罐運(yùn)輸車(chē)的氫氣也可直接經(jīng)過(guò)氫氣壓縮機(jī)，通過(guò)換熱器降溫后注入站內(nèi)高壓氫氣儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。如果是管道氫氣，直接輸入氫氣壓縮機(jī)加壓。

圖12是高壓氣態(tài)加氫站流程示意圖

加氫站液氫來(lái)源主要是液氫槽車(chē)，液氫先輸進(jìn)站內(nèi)液氫儲(chǔ)罐緩存。液氫經(jīng)過(guò)液氫壓縮機(jī)加壓，約70Mpa，液氫通過(guò)蒸發(fā)器氣化成氫氣，注入高壓氫氣儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，高壓氫氣通過(guò)氫氣加注機(jī)向車(chē)輛加注。液氫壓縮機(jī)與蒸發(fā)器的組合稱為液氫氣化器。

液氫槽車(chē)可直接連接液氫壓縮機(jī)，通過(guò)蒸發(fā)器氣化，然后注入站內(nèi)高壓氫氣儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。
圖13是液氫加氫站流程示意圖