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氢能液氢储罐蒸发率数字化监测与控制技术1

氢能液氢储罐蒸发率数字化监测与控制技术

摘要

氢能作为清洁能源的重要载体，在全球能源转型中扮演着关键角色。液氢储存技术

因其高能量密度和运输效率成为氢能产业链中的关键环节。然而，液氢储罐的蒸发损失

问题一直是制约其大规模应用的技术瓶颈。本报告系统研究了液氢储罐蒸发率数字化

监测与控制技术，通过多传感器融合、物联网技术和智能控制算法，实现了对液氢储罐

蒸发过程的实时监测和精准控制。研究结果表明，该技术可将液氢储罐的蒸发率降低

30%50%，显著提升储氢效率和经济性。报告详细阐述了技术原理、实施方案和预期效

益，为液氢储存技术的产业化应用提供了科学依据和技术支撑。

关键词：液氢储存；蒸发率；数字化监测；智能控制；氢能技术

引言与背景

1.1氢能发展现状与趋势

氢能作为一种清洁、高效的二次能源，在全球能源转型战略中占据重要地位。根据

国际能源署(IEA)数据，全球氢能市场规模预计到2030年将达到3000亿美元，年复

合增长率超过15%。中国作为全球最大的氢能生产国和消费国，已将氢能纳入国家能源

发展战略，《氢能产业发展中长期规划年)》明确提出到2025年氢能产业产

值将达到1万亿元。

液氢储存技术因其高能量密度(液氢密度70.8kg/m³，约为气氢的800倍)和运输

效率优势，成为氢能大规模储存和运输的关键技术。然而，液氢的沸点极低(253℃)，储

罐不可避免地存在热量渗入导致液氢蒸发的问题，造成能源损失和安全风险。因此，开

发高效的液氢储罐蒸发率监测与控制技术具有重要的战略意义和经济价值。

1.2液氢储存技术挑战

液氢储存面临的主要技术挑战包括：

1.蒸发损失：由于液氢极低的沸点，即使采用高性能绝热材料，储罐仍不可避免地

存在热量渗入，导致液氢持续蒸发。传统液氢储罐的日蒸发率通常在0.1%0.5%之

间，对于大型储罐意味着显著的能源损失。

2.安全风险：液氢蒸发产生的氢气若不能及时排出，会导致储罐压力升高，存在安

全风险。同时，氢气泄漏可能引发爆炸事故。

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3.监测困难：液氢储罐工作环境极端(253℃)，传统传感器难以长期稳定工作，实时

监测蒸发率面临技术挑战。

4.控制复杂：蒸发过程受多种因素影响，包括环境温度、日照、充装率等，需要智

能控制算法实现精准调控。

1.3数字化技术发展机遇

随着物联网、大数据、人工智能等数字化技术的快速发展，为液氢储罐蒸发率的精

准监测和智能控制提供了新的技术路径。数字化技术可以实现对储罐状态的实时感知、

数据分析和智能决策，显著提升液氢储存系统的安全性和经济性。

本研究提出的数字化监测与控制技术，通过多传感器融合、边缘计算和智能控制算

法，构建了液氢储罐全生命周期管理系统，为解决液氢储存技术瓶颈提供了创新解决方

案。

研究概述

2.1研究目标

本研究的主要目标是开发一套完整的液氢储罐蒸发率数字化监测与控制系统，实

现以下具体目标：

1.建立液氢储罐蒸发过程的数学模型，揭示蒸发机理与影响因素的定量关系

2.开发适用于液氢环境的专用传感器网络，实现储罐状态参数的实时监测

3.构建基于边缘计算的蒸发率预测算法，实现蒸发趋势的提前预判

4.设计智能控制系统，实现蒸发过程的主动调控和优化

5.建立液氢储罐全生命周期管理平台，提供决策支持和运维服务

2.2研究内容

为实现上述目标，本研究将开展以下主要工作：

1.蒸发机理研究：通过理论分析和实验研究，建立液氢储罐蒸发过程的传热传质模

型，分析环境因素、储罐结构、绝热性能等对蒸发率的影响规律。

2.监测技术开发：研制适用于液氢环境的温度、压力、液位、流量等传感器，开发

多传感器融合技术，构建高精度、高可靠性的监测系统。

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3.预测算法研究：基于