方鯤1 劉康2

1.北京納盛通新材料科技有限公司

2.北京碳復科技有限公司

01

引言

 

隨著新能源和雙碳政策的實施，燃料電池汽車產業也獲得良好的發展，與之對應的氫能產業也得到了迅速的發展。此外，為了迎接氫燃料電池車的普及，各地都在積極整備加氫站的建設，所以，必須尋求一個從煉油廠到加氫站的經濟型好的運氫及儲氫方式。

 

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目的

 

氫氣從制氫到應用端需要經歷運輸環節，氫氣運輸的方式根據其儲存的方式而有所不同主要分為：氣態運輸、液態運輸、固體運輸和有機液體運輸。國際上氫氣輸運方式主要包括長管拖車氣態輸運、液氫罐車輸運和管道輸運等。

 

在應用端加氫站按制氫地點可分為外供氫加氫站和站內制氫加氫站，而對于外供氫加氫站，氫氣的運輸是重要的一環，目前主要有高壓氣體運輸、液態氫氣運輸和管道運輸等方式。

 

目前，市場比較成熟的應用方式是氣態運輸，即通過卡車、長管拖車或管道將氣體運輸到終端。

圖1 氫氣的各種運輸方式

 

作為運輸純氫氣形態的運輸方式有液化氫和高壓氫氣兩種，大量運送氫氣適合液態氫，少量氫的輸送適合高壓氫氣。

 

以往，運輸高壓氫氣主要使用的是鋼制容器的拖車，為了削減運輸成本，需要進一步輕量化儲氫容器，提高運輸效率。

 

日本川崎公司通過采用復合材料儲氫罐，開發了“搭載35MPa儲氫罐的氫氣長管拖車，在此基礎上，進一步開發了45MPa儲氫罐長管拖車。

 

03

主要規格和運行

 

45MPa儲氫罐長管拖車的主要規格如表1所示。

 

在應用端加氫站按制氫地點可分為外供氫加氫站和站內制氫加氫站，而對于外供氫加氫站，氫氣的運輸是重要的一環，目前主要有高壓氣體運輸、液態氫氣運輸和管道運輸等方式。

 

對于外供氫加氫站，其流程如圖2所示。

 

（1）制氫設備生產的氫氣，通過壓縮機加壓至45MPa，填充至復合材料儲氫罐。

（2）長管拖車將儲氫罐運送至加氫站，卸下儲氫罐作為加氫站儲氫罐使用。

（3）氫氣用完后，再更換運回制氫工廠填充，這樣循環使用。

表1 45MPa復合材料儲氫罐長管拖車主要規格

圖2 外供氫加氫站運行流程

 

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特點

 

（1）實現大量運輸的復合材料容器

通過在作為輕量材料的鋁合金制容器外纏繞具有高拉伸強度的CFRP（碳纖維增強樹脂），實現了輕量且耐超高壓力的壓力容器（圖3）。使用復合材料的儲氫罐，與以往的鋼罐相比，可以運送約2倍以上的高壓氫氣。

圖3 CFRP IV型儲氫罐（45MPa）

 

（2）保證拖車行走安全性的裝置及功能

為了行駛穩定性，在懸架裝置中采用了電子控制制動器（EBS）和空氣懸架，并且具備ABS（防鎖制動系統）和以下功能。

 

• 察覺到側翻的危險，自動啟動制動器，減少危險的側翻抑制裝置（RSS。
• 根據裝載量調整制動力，進而防止空車時制動器過多的負載傳感功能。
• 記錄和現實行駛距離、掛車軸重顯示等車輛信息。

 

（3）提高安全性和操作性的結構

• 在檢測到高溫時，為了保證噴水，設置了可手柄操作開閉的頂棚車篷。
• 為方便進行容器等的點檢作業，在側面設置了金屬開閉式門。
• 用于進入容器室內部的前門。
• 為了便于在移動時或工作站留置時進行24個容器閥門開閉操作，在中央部位設置了操作室。
• 作為容器閥，設置了用于在復合材料儲氫罐在高溫時安全釋放氫的溶栓式安全閥。
• 天花板貼上阻燃絕熱材料，抑制內部溫度上升。
• 在后部操作室設置100℃以上高溫時閥門自動關閉的緊急切斷閥。
• 在后部操作室設置可單觸連接加氫站配管的軟管、耦合器。

 

圖4 車頂及側門

圖5 中央操作時及各個閥門

 

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結束語

 

目前，正在開發能夠搭載34個45MPa IV型儲氫罐的商用長管拖車，該拖車的長度比該現在的拖車短，可以使用與更多不同情況的加氫站。

 

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參考文獻

 

Kawasaki Technical Review No.176 October 2015