氢气运输、分配与储存系统、方法和装置

技术领域

本主题技术通常涉及大规模储存能源，以及将氢气从生产地运输到最终用户需要的位置和/或从那里可以分配给此类最终用户的位置。虽然本主题技术可以用作运输任何来源生产的氢气的手段，但它特别有助于减少时间长度、资本投资和复杂性，包括涉及获得必要的批准、获得通行权、安装、运输和分配“绿色”氢气，从最有利的生产位置到多个单独的最终用途位置，如电力变电站、商业和工业设施、加油站、以及希望使用氢气代替化石燃料作为清洁可再生能源的消费者的家中。本主题技术还提供了一种存储能量的方法，所述方法与电池技术相比成本更低，能量保持率显著更高，并且与在传统储氢罐中存储氢气相比，所述方法为新的大规模基础设施提供了更具成本效益、更易于规模化和更低的维护选择。

背景技术

2020年9月23日，美国银行全球研究发布了一份主题投资报告，预测由于可再生能源经济生产氢气的临界点即将到来，氢气正处于临界点，到2050年有可能产生2.5万亿美元的直接收入和11万亿美元的间接基础设施。本领域普通技术人员意识到，尽管通过被称为“电解”的工艺从水中生产氢气的技术已经使用了几十年，但氢气作为化石燃料的替代品或大规模电能存储的广泛系统使用尚未达到拐点并实现主流使用。正如美国银行的报告所述，这种情况现在正在发生变化，原因是：(1)风能和太阳能辐射的可再生能源的成本下降；(2)电解槽系统的成本下降且效率提高，可以使用这种可再生能源从水中生产氢气，纯氧是唯一的副产品；(3)提高燃料电池的效率、耐用性、成本和灵活性，将氢气转化为电力，而清洁水是唯一的副产品；(4)由于全球对脱碳和可持续性的关注，扩大了绿色氢气的潜在终端市场；以及(5)随着政府采取越来越积极的清洁能源政策并实施监管要求以使包括电网和运输市场部门在内的能源系统脱碳，氢气的立法市场。

根据该报告，“绿色”氢气(例如，一个指由可再生资源生产的氢气的术语)可能是对抗全球变暖的关键组成部分，到2050年提供高达24％的全球能源需求，并在此过程中减少高达30％的有害排放。美国银行认为，由于氢气是唯一一种能够同时满足我们运输和发电能源的需求的清洁分子，氢气将在越来越多的国家和公司签署具有法律约束力的承诺，到2050年实现净零碳排放方面发挥重要作用。因此，包括欧盟国家、加拿大、中国和澳大利亚在内的一些国家的政府开始提供强有力的政策支持，包括提高碳价格和为发展氢气生产能力和相关基础设施提供资金。通过其“H2@Scale“倡议和能源效率与可再生能源(EnergyEfficiency and Renewable Energy；EERE)办公室，美国能源部(Department of Energy；DOE)也在寻求加快氢气的研究、开发、示范和实施的活动。

实现全球向“氢经济”的转型面临着许多实际的技术、财务和物流挑战。相对较少受到关注的长期挑战之一是开发新的和改进的方法，将氢气从生产地运输和分配到最终用户需要的地方。由于许多技术原因，包括管线和阀门材料的脆化，现有管线不适合转化为氢气。正如作者Ulf Bossel、Baldur Eliasson和Gordon Taylor在2004年题为“氢经济的未来：光明还是暗淡？”，“大多数人都关注氢在使用中的明显好处，而氢经济的上游方面很少得到解决”，这些作者认为，在将包装、处理、储存和运输氢气所需的能源添加到制造氢气所需能源中后，未来的能源经济“不太可能以元素氢为基础”。

这一挑战源于这样一个事实，即氢气相对较低的体积能量密度使其运输、储存和分配效率极低；并且目前构成了将其用作能量载体的最显著的成本和能量低效率之一。这一问题因以下事实而加剧：可最经济地生产绿色氢气的自然存在低成本可再生能源的地方，偏远且人口稀少；因此，往往与最需要清洁燃烧燃料的地区呈负相关。

电价占绿色氢气成本的60％至75％。因此，具有来自太阳辐射(如赤道沙漠地区)、风能(如山口和岛屿入口)、水电(如海拔高度显著变化的大型水体附近)和/或地热(如活跃火山或喷口附近)的大量低成本可再生能源容量的自然来源的位置，使得能够以显著更低的每公斤成本生产氢气。然而，这些自然界中存在高容量、低成本可再生能源的地区通常不靠近工业中心和人口密度大，这使得运输成本成为一个更重要的因素。

通过将生产定位在使用点或非常靠近使用点，可以将氢气运输和分配成本降至最低。然而，将生产分配到使用点会导致更高的生产成本，因为失去了规模经济；人口密集的中心和商业和工业活动频繁的地区通常也有更高的电力和土地成本。试图在这些极端之间取得平衡也是一项挑战。如果集中生产氢气以利用规模经济，那么更长的运输距离会显著增加运输成本。试图半集中(更接近使用点)生产工业量的氢气以缩短运输距离，经常受到空间限制、安全和美观问题的限制，以及几乎没有多余的可再生能源容量。

由于这些原因，在所有情况下，交付成本都很高，必须将其降至最低。目前，氢气运输拖车和管线是将氢气从生产点输送到使用氢气的地方最常用的选择。在前一种选择下，气态氢气从电解槽通常产生的20-30巴(290-435psi)的相对较低的压力压缩到180巴(～2600psi)或更高；并用堆放在拖拉机、火车或轮船运输的拖车上的长气瓶(cylinder)运输。六角林肯(Hexagon Lincoln)是制造4级碳纤维气瓶的全球领导者，该气瓶比钢轻70％，且生产长度可达40英寸长的

尽管众所周知，气态氢气可以像今天的天然气一样通过管线运输，但专家们承认，新管线建设的高昂初始资本成本构成了大幅扩大氢气管线输送基础设施的主要障碍。因此，研究人员专注于克服技术问题，包括：(1)氢气使用于制造现有钢管的钢材和焊缝变脆的可能性；(2)需要控制氢气渗透和泄漏；以及(3)需要更低成本、更可靠和更耐用的氢气压缩、液化和储存技术。美国能源部的H2@Scale项目和其他国家的类似研究工作集中在两个潜在的解决方案上。

其中第一项由橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory；ORNL)和萨凡纳河国家实验室(Savannah River National Laboratory；SRNL)提出，涉及纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer；FRP)管线的使用，如Fiberspar LinePipe

NOV估计其超过8000万英尺(超过15000英里)的Fiberspar LinePipe用于油田服务，可用于各种温度和地形特定的安装，包括铺设在地面上、埋在传统的明沟中、犁地和安装在故障钢管内进行修复。其FRP管的直径介于2"到6"之间，连续长度可达9000英尺(2740米)，可在卷轴上实现快速安装。根据SRNL和ORNL进行的测试，SRNL和美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers；ASME)已在ASME B31.12(“氢气管线规范”)中对直径不超过6"的FRP管进行了编码，用于2500psi的气态氢气传输，且设计寿命为50年。

研究人员估计，与钢管相比，使用FRP管将节省约20％的费用，因为它可以安装在更窄的路权内，并且可以获得比钢长得多的截面长度，从而最大限度地减少焊接要求，并避免了涂层或x射线的需要，因为FRP管没有腐蚀性。根据ORNL的估计，FRP氢气管线的总资本投资(2007年为美元)将略低于每英里600000美元，其中包括约每英里350000美元的FRP管、材料和安装费用；以及估计每英里250000美元的路权收购和许可费。ORNL的研究指出，与16英寸钢管636000美元的资本投资估计相比，这一成本是有优势的。

研究人员认为，涉及管线运输的第二种替代方案是调整庞大的天然气输配基础设施，以容纳氢气，这是发展氢气输送基础设施的一种很有前途的方式。受2020年7月欧盟“气候中性欧洲氢能战略”的刺激，以及20国集团(G20)、德国和日本对发展氢能技术的兴趣，德国管线运营商Nowega和Gascade与西门子能源公司一起，编制并于2020年10月发布了一份综合白皮书，研究将天然气管线转换为未来氢能源转型支柱的实际方面。这些公司的提案考虑将现有的天然气管线和储存设施改造为输送天然气和氢气的混合物(高达约20％的氢气)，研究表明，只需对管线进行适度的改造，就可以实现这一点，而且不会导致管线和/或阀门材料脆化。然而，在这种替代方案下，氢气必须在提取点进行分离和纯化。为了有效地用于燃料电池，提取的氢气必须具有至少99.9％的纯度；最近的建模活动已经确定了与实现这一目标相关的重大成本。

申请人于2008年10月29日提交的在先专利申请序列号12/290453，即现在的美国专利号8336810(’810专利)描述了使用轻于空气的飞艇将氢气从自然条件使其能够最经济地生产的位置运输到市场需求旺盛的位置。然而，该早期公开仅限于提供将氢气运输到一个或几个目的地的手段，并且没有解决与广泛分布等相关的挑战。

发明内容

本主题技术克服了现有技术的这些长期存在的问题和局限性，提供了一种将氢气从生产地运输到最需要氢气的地区、大规模储存以及广泛分布到这些市场区域的最终用户的方法，所述方法所需时间更少，资本成本显著降低，与土地使用、路权收购、许可、建设和持续维护相关的复杂性也大大降低。

本主题技术提供了一种系统、方法和装置，用于经济高效地将氢气从生产地运输、储存和广泛分配到最需要氢气的地方。本主题技术克服了氢气运输、储存和分配方面的许多技术限制，并大大降低了高昂的安装成本、延误、土地使用和许可障碍。

许多地区在跨越远距离的天然气和石油管线上投入了大量资金；世界各地的所有城市、大多数城镇和许多农村社区都在供水、下水道和雨水排放(storm drain)系统方面进行了大量投资。在本文中，所有这些管线和系统，包括目前正在使用的管线和系统、可能已经退役的管线和尚未建造的管线，统称为“现有管线(existing pipeline)”。在不受限制的情况下，如本文所用，术语“现有管线”还包括地下公用事业线、铁路线和管线，包括用于未来的系统，如超回路(hyperloop)。这些现有管线的建设用地已被征用；已授予通行权和授权许可证；并且已经进行了巨大的投资来挖掘、安装和维护这些现有的管线系统。这些现有管线中的许多具有足够的容量，使其也能够用作氢气分配管线，能够运输和分配任何纯度的氢气。

本主题技术包括通过在一条或多条现有管线中插入“氢气输送管线”来制备氢气分配管线。这种氢气输送管线由诸如(但不一定限于)ASME规范的FRP管之类的材料制成，以输送加压氢气，所述加压氢气又包含在较大直径的管线内，所述管线提供了收集从氢气输送管线泄漏的任何氢气的手段。清扫器或惰性气体或液体，本文称为“吹扫气体(purgegas)”或“清扫气体(sweeper gas)”，在氢气输送管线的外部流动，以去除从所述管线泄漏的任何氢气。这样的吹扫气体可以是氮气、CO2等；并且根据情况和个体操作员的偏好，在氢气泄漏到现有管线中不会产生安全风险或不可接受的污染水平的情况下，流经此类现有管线的产品本身可以用作此类清扫气体。

在其他情况下，如果氢气可能泄漏到现有管线的内容物中，操作员无法接受，或可能产生安全风险(例如，当现有管线输送水或含有环境空气时)，则氢气输送管线必须在中间“安全管线”内运行。所述安全管线由任何与氢气和现有管线的内容物兼容的材料制成；并且在这种情况下，吹扫气体在位于氢气输送管线的外表面和安全管线的内表面之间的通道内流动。

在一个优选的实施方案中，对清扫管线的内容物进行连续的氢气水平测试，并监测从中收集的数据，以检测氢气输送管线中的泄漏。如果检测到的泄漏超过了被认为可接受的预定阈值水平，则可以手动关闭进入氢气输送的氢气流，或者将其编程为自动关闭，直到泄漏得到纠正。在另一个优选实施例中，多个氢气传感器以不同的间隔位于整个系统中，从而能够更精确地识别超过预定阈值水平的氢气泄漏的位置，并且在泄漏得到纠正之前，将关注区域隔离并从服务中移除，同时能够恢复系统的平衡。

在一个可选的优选实施例中，轻于空气的飞艇可以与上述系统结合使用。飞艇可以将大量氢气从生产最经济的地理位置运送到相对于现有管线分配系统的战略位置的终点。一旦到达所述位置，携带氢气的储罐(tank)就可以连接到上述氢气管线的入口，并且氢气被排放到所述系统中。在另一个优选实施方案中，使用飞艇运输氢气可以处于液体(低温)状态，并且在到达目的地时，使用蒸发器将氢气从液体形式转化为气体形式。

在至少一个方面，本主题技术涉及一种用于将氢气从氢气供应源输送到至少一个最终用户位置的氢气分配系统。所述系统包括现有管线和配置成输送加压氢气的氢气输送管线。氢气输送管线位于现有管线内，使得现有管线内的清扫气体围绕氢气输送管线的外部流动，并清除从氢气输送管线泄漏的任何氢气。进入氢气输送管线的至少一个入口被配置为允许氢气被注入氢气输送管线。来自氢气输送管线的至少一个出口被配置为允许氢气从氢气输送管线中排出。

在一些实施方案中，现有管线是输气管线，且清扫气体是以下气体之一：天然气；或合成天然气。在一些情况下，所述系统包括安全管线，其位于现有管线内部并围绕所述氢气输送管线，使得在所述氢气输送管线的外部和所述安全管线的内部之间形成通道。所述通道的尺寸允许清扫气体流过所述现有管线并沿着所述氢气输送管线的外部流动。在某些情况下，所述安全管线是塑料或复合材料。在某些情况下，所述现有管线是水管线、下水道管线或雨水排放管线。在一些实施例中，现有管线包括与以下至少一个连接的输气管线：水管；下水道；或雨水排水沟。进入氢气输送管线的至少一个入口然后可以发生在气体输送管线中，并且从氢气输送管线排出的氢气发生在氢气已经通过水管、下水道或雨水排放管的输送之后。

在一些实施例中，所述系统包括位于现有管线的出口处的至少一个氢气传感器，所述至少一个氢气传感器被配置为监测从所述氢气输送管线泄漏到清扫气体中的氢气的存在和数量。在某些情况下，所述系统包括位于现有管线内的不同位置的至少两个在线(in-line)氢气传感器。所述系统可以包括数据系统，其被配置为监测至少两个在线氢气传感器以确定每个在线氢气传感器的氢气水平。所述系统可以进一步包括记录系统，其被配置为单独记录由每个在线氢气传感器检测到的氢气水平。此外，所述系统可包括可编程报警系统，其被配置为基于氢气水平触发报警。在一些实施例中，所述系统包括至少一个截流阀(shutoff valve)，其被配置为在被所述可编程警报系统的警报触发时，选择性地隔离并关闭氢气输送管线的区段(section)。在一些实施方案中，氢气输送管线是编码为用于氢气的FRP管。

在一些实施方案中，所述系统包括至少一个耦合装置，每个耦合装置将所述现有管线内的所述氢气输送管线的第一区段与所述现有管线外的所述氢气输送线路的第二区段连接。在某些情况下，所述氢气输送管线由编码为用于氢气的FRP管制成，而所述氢气输送管线的所述第二区段是存储区域。

在一些实施方案中，所述氢气输送管线包括至少一个氢气传感器。每个氢气传感器可以被配置为分别产生与检测到的氢气水平相关的数据。所述系统可进一步包括用于监测由每个氢气传感器检测到的所述氢气水平的装置。所述系统还可包括警报装置(例如，具有显示器的处理器或其他音频或视觉输出设备)，所述警报装置被配置为当检测到的氢气水平指示氢气从所述氢气输送管线泄漏时产生警报。

在一些实施例中，所述系统包括至少一个截流阀。每个截流阀都连接到一个耦合器。所述截流阀位于所述氢气输送管线的预定长度的每个间隔处，每个截流阀和耦合器被配置为选择性地关闭。所述系统可以包括处理器，其被配置为基于氢气传感器检测到的氢气水平来识别氢气泄漏的位置。每个截流阀和耦合器可被配置为关闭，以在识别出氢气泄漏的所述氢气输送管线的预定长度周围隔离所述氢气输送管线。

在一些实施例中，所述系统包括一个连接到所述现有管线的阀门，以控制通过所述现有管线的流量。所述系统然后可以包括所述阀门的第一侧连接所述现有管线的第一立管(riser)。此外，所述系统可以包括在所述阀门的第二侧上连接所述现有管线的第二立管。然后，所述氢气输送管线可配置为引导氢气通过所述立管和耦合器绕过所述阀门。

在至少一个方面，本主题技术涉及一种将氢气从生产位置运输到至少一个终端用户位置的方法。氢气是由所述生产位置的能源生产的。所述氢气然后被储存在至少一个氢气储存容器中。氢气输送管线位于或放置在现有管线内，所述氢气输送管线被配置为输送加压氢气。在所述氢气输送管线的外部周围注入清扫气体，以清除从所述氢气输送管线泄漏的任何氢气。将氢气从所述至少一个氢气储存容器注入所述氢气输送管线中。氢气在所述终端用户位置从所述氢气输送管线中排出。

在一些实施例中，所述能源固定在所述生产位置。在某些情况下，运输氢气包括使用以下至少一种：卡车；火车；或轮船。在某些情况下，运输氢气还包括使用轻于空气的飞艇运输氢气。在一些实施方案中，使用所述轻于空气的飞艇运输所述氢气包括：将所述氢气泵入至少两个容器中。在将所述氢气泵入所述至少两个容器中后，所述容器被装载到所述轻于空气的飞艇上。所述轻于空气的飞艇飞往终点。所述容器只在所述终点位置从所述轻于空气的飞艇上卸下。至少有一个空容器被装载到所述轻于空气的飞艇上。使得至少一个空容器返回到生产位置。在一些实施例中，所述固定的能源是可再生能源，其为以下至少一种：风能、太阳能、水力、生物质或地热能。在某些情况下，所述氢气存储容器由编码为用于氢气的FRP管制成。

在一些实施例中，所述现有管线是输气管线，且所述清扫气体是以下气体之一：天然气；或合成天然气。在一些情况下，所述终点位置包括具有至少两个锚定点的支架，所述锚定点被配置为用系紧电缆(tie-down cable)固定所述轻于空气的飞艇。所述支架可被配置为旋转以指向迎面而来的风的方向。

在一些实施例中，所述方法包括在所述现有管线的内部和所述氢气输送管线的外部周围放置安全管线。在一些实施例中，所述现有管线是以下之一：水管线；下水道管线；雨水排放管线；地下公用设施走廊；铁路线；或管道。在某些情况下，所述现有管线包括与以下至少一个连接的输气管线：水管、污水管或雨水沟。然后在输气管线中将所述氢气注入到所述至少一个入口中。在此情况下，从所述氢气输送管线中取出所述氢气发生在所述氢气通过所述雨水沟传输之后。

在一些实施例中，所述至少一个终端用户位置是电力变电站。在某些情况下，所述至少一个最终用户位置是商业或工业设施。在一些实施例中，所述方法包括利用工业处理原料中的氢气。在一些情况下，所述至少一个最终用户位置是用于向燃料电池车辆分配氢气的加注站(filling station)。在某些情况下，所述加注站可以将所述氢气压缩到适合分配给氢燃料电池汽车的压力。在某些情况下，所述加注站可以将所述氢气压缩到适合分配给氢燃料电池卡车的压力。在一些实施例中，所述至少一个终端用户位置是住宅。

在至少一个方面，本主题技术涉及一种储存能量并利用储存能量的方法。所述方法包括将氢气储存在编码为用于氢气的FRP管的至少一个线轴(spool)中。能源生产系统以氢气为燃料。然后通过能量产生系统产生电力。

在一些实施例中，所述方法还包括将至少一个氢气传感器定位在FRP管的至少一个线轴中。所述至少一个氢气传感器检测来自FRP管的至少一个线轴的氢气泄漏。当检测到氢气泄漏时，会产生证明氢气泄漏的电子数据。监测所述电子数据，并响应于检测到氢气泄漏而采取至少一个安全措施。所述方法可以进一步包括沿着所述FRP管以预定长度的各间隔安装截流阀和耦合器。在某些情况下，所述方法包括基于所述电子数据精确定位氢气泄漏的位置，并使用截流阀隔离包含所述氢气泄漏的位置的所述预定长度的FRP管。在某些情况下，所述方法还包括，在隔离包含所述氢气泄漏的位置的所述FRP管后，使用所述耦合器移除和更换包含所述氢气泄漏的位置的所述预定长度的FRP管。在某些情况下，所述预定长度是FRP管的一个线轴。

在一些实施例中，所述氢气由可再生能源生产，所述可再生能源为以下至少一种：风能、太阳能、水力、生物质或地热能。在某些情况下，所述能量产生系统为燃气轮机。在某些情况下，所述能量产生系统为燃料电池。

通过使用以下附图和书面描述来描述本主题技术的这些和其他元件。

附图说明

图1(a)是描述“绿色”氢气的生产、储存和可选运输工具的示意图，而图1(b)是描述其从这些运输工具中移除、储存在储罐中以及分配到这些氢气的各种终端用户的示意图。

图2是示出本技术公开的原理的流程框图。

图3(a)显示了使用轻于空气的飞艇运输氢气的系统的部件，所述轻于空气的飞艇在其他替代方案不实用或不经济的某些情况下是特别有利的。

图3(b)是根据本技术公开的原理的氢气管线的侧视图。

图3(c)是图3(b)的截面图，示出了除了氢气输送管线之外安全管线的使用。

图3(d)是图3(b)的氢气分配管线和用于输送和分配氢气的相关元件的详细剖面图。

图4(a)-图4(d)描绘了一个说明性案例的地图，所述案例涉及在夏威夷(Hawaii)大岛上从风能和/或地热能生产绿色氢气及其在人口更稠密的瓦胡(Oahu)岛上的运输和广泛分布。特别地，图4(a)描述了通过轻于空气的飞艇在夏威夷岛和瓦胡岛上的终点之间运输氢气。图4(b)描绘了这种氢气从主终端到瓦胡岛上的关键分配节点的运输。图4(c)示出了一个示例，其中，输气管线可以用于将氢气输送到关键的储存和分配位置。图4(d)示出了通过水、下水道和雨水排放管线，将这种绿色氢气广泛分布到大量终端用户位置的机会。

虽然本文通过示例的方式描述了实现方式，但本领域技术人员将认识到，实现方式不限于所描述的示例或附图。应当理解，附图及其详细描述并不旨在将实施方式限制为所公开的特定形式，相反，其意图是覆盖落入所附权利要求所定义的本公开的精神和范围内的所有修改、等价物和替代方案。在本申请中，“可以”一词是在允许的意义上使用的(即，意思是有潜力)，而不是强制性的意义上(即，含义是必须)。同样，单词“包括”、“包括有”、“包含”的意思是包括但不限于。此外，如本文所用，术语“互连”、“连接”、“耦合”或“附接”可指连接在一起的两个或多个部件，无论所述连接是永久性的(例如，焊接或胶合)还是临时性的(如，螺栓连接、由物理物体固定、或通过摩擦或张力固定到位)、直接或间接的(即，通过中间物)、机械的、化学的、光学的或电气的。

具体实施方式

本主题技术描述了对所述现有技术的改进，包括一种新颖的和独特的系统、方法和装置，用于从最有利地生产氢气的地方运输氢气，大规模储存氢气，然后以更具成本效益的方式将其分配到一个或多个终端使用点，并克服了许多长期存在的技术挑战，以实现从化石燃料向氢经济的过渡。如背景部分所述，世界各地的城市、大多数城镇和许多农村社区都有广阔的天然气、石油和其他类型的管线。此外，所有城市、城镇和许多农村社区都对供水、下水道和雨水排放系统进行了大量投资，将其作为重要的公共基础设施。这些现有管线的土地已被征用；已经授予通行权和监管批准；并进行了大量投资来挖掘、安装和维护它们。如本文所公开的，一种能够在这样的现有管线内安全地运输和分配氢气的方法和装置，能够实现比任何其他已知或当前提出的替代方案更具成本效益的氢气输送网络。

在一个优选的实施例中，使这种现有管线适应于运输和分配氢气需要将包含在较大直径的安全管线内的氢气输送管线插入到所述现有管道中，尽管在某些条件下使用所述安全管线可能是可选的。如下文详细描述的，所述氢气输送管线优选由FRP管或编码用于加压氢气的等效材料制成。其周围的安全管线(或在可选情况下，所述现有管线)用作收集可能从所述氢气输送管线泄漏的任何氢气的手段。在所述氢气输送管线的外部流动的清扫或惰性吹扫气体去除从所述氢气输送管线泄漏的任何氢气。至少一个氢气传感器用于测试清扫或吹扫气体的氢气含量，并在气体中泄露的氢气水平超过预定阈值水平的情况下可以关闭氢气流。在另一个优选实施例中，可以安装光纤线路来承载来自位于整个系统中的氢气传感器的信号，从而允许定位超过预定阈值水平的氢气泄漏，隔离并迅速纠正需要维修的区域。

通过使用以下说明性附图，公开了本主题技术的这些和其他方面。

图1由图1(a)和图1(b)组成。图1(a)描述了“绿色”氢气101的生产、储存和运输的替代方式。如图所示，氢气101是使用一个或多个电解槽(electrolyzer)102通过电解生产的，电解槽102可以使用几种已知技术中的任何一种，例如，碱性和质子交换膜(protonexchange membrane；PEM)电解，并且在未来可以利用固体氧化物电解或其他新技术。如图所示，电解槽102通过使电流103通过悬浮在水104中的阳极(+)和阴极(-)以释放H

电力103优选由可再生能源产生，例如来自风车105的动能、从光伏电池106收集的太阳辐射、来自水源107的涡轮机功率、或地热能108。也可使用其他能源，如非高峰(off-peak)或缩减的电力，以及新形式的可再生能源，如垃圾填埋场和废水处理厂产生的生物燃料，以及生物质、城市固体废物、农业残留物和绿色废物的气化。众所周知，可再生能源项目会因电压步进(stepping)和传输109而发生重大电力损失，通常使得在尽可能合理地靠近可再生电源103的情况下为电解槽供电是最有效的。众所周知，化石燃料也可以用来生产氢气，事实上，目前生产的99％以上的氢气都是使用化石燃料制成的。尽管在图1(a)中未示出，但在一个可选实施例中，核能以及采用化石燃料的来源(包括但不限于基于煤炭或天然气工厂作为电力来源103的电网电力、蒸汽甲烷重整和煤气化)可用于生产氢气101，而不偏离与下文所述的氢气运输、规模储存和分配系统相关的原理。

产生的氢气101可使用压缩机110压缩至所需压力，然后作为气态氢气储存在存储容器111(a)中，或使用液化系统112液化，并作为低温氢气储存在存储容器113(a)。除非这种氢气在生产时的同一地点消耗，否则通常会以四种方式之一运输。如背景技术部分所述，两种最常用的氢气运输方式是被专门设计用于运输气态或液化(低温)氢气的氢气运输拖车114和管线115，包括专门建造用于运输氢气的管道，以及输送氢气和天然气的混合物的管线。

据估计，美国目前有450至800英里的专用氢气管线115，大部分位于墨西哥湾沿岸(Gulf Coast)，将氢气生产商(炼油厂)与成熟的长期客户连接起来。在欧洲，估计有700至1100英里的氢气管道，其中最长的从法国北部延伸到比利时250英里。此外，根据先前讨论的挑战，已经提出了在天然气中混合高达20％的氢气，作为利用超过180000英里的天然气传输管线(也由图1中的管线115表示)的一种方式。

图1(a)中还描述了另外两种氢气传输模式。其中第一个涉及使用火车和大型货船，统称为船舶116。其中包括川崎重工(Kawasaki Heavy Industries)计划在2020年底前完成Suiso Frontier(川崎船体编号1740)的建造，这是世界上第一艘液化氢运输船。此外，已经描述了用轻于空气的飞艇117分配氢气，例如在申请人的’810专利中公开的。

接下来转到图1(b)，描述了从这些运输装置114至117中去除氢气101，氢气101以气态111(b)或低温113(b)的形式储存，用于使用蒸发器118进行再气化，并将这种氢气分配到各种终端使用者。

本领域普通技术人员将理解，如管线119(a)-119(e)所示，氢气101的局部分配目前仅通过使用氢气运输拖车114或在非常有限的情况下使用专用氢气管线115来进行。图1(b)描述了已经存在或已经提出的这种氢气的五种最终用途。管线119(a)示出了氢气101的分布，氢气101用作一个或多个涡轮发电机120和/或燃料电池121中的燃料，以产生可添加到输电网122上的电力。管线119(b)示出了在住宅应用124中直接或通过燃料电池123使用的氢气101的分布，包括用于加热和烹饪125以及用于电力126。

管线119(c)和119(d)描述了用于商业和工业应用127的氢气101的分布。管线119(c)示出了在一个或多个燃料电池128中使用以产生电力129的分布；管线119(d)描绘了氢气101的分布，以提供用于各种用途的燃料或工艺原料作为化石燃料的无碳替代物。分配线119(e)示出了氢气101到加注站130的分配，用于将氢气101分配到包括工业设备的燃料电池车辆，例如叉车(forklift)131、消费和车队乘用车132、氢气公交车133、重型卡车134以及其他设备、无人机和飞机(未示出)。反之，这种燃料电池车辆被提议提供补充电力，如管线135所示，管线135描绘了为住宅应用124-126提供电力的燃料电池乘用车132。尽管未示出，但诸如公交车133和重型卡车134之类的大型燃料电池车辆可以在紧急情况和电网中断期间通过车对网(vehicle-to-grid；VTG)服务以及通过连接到诸如医院和通信设备之类的单个关键负载来提供电能，以支持民防、人道主义和救灾行动。

现在参考图2，示出了图示根据本主题技术的方法的流程框图。椭圆形201表示地理位置的选择，该地理位置优选地靠近可用于生产绿色氢气101的低成本可再生能源来源，例如风能105、太阳能106、水力107或地热能108，如矩形框202所示。尽管认为优选的是使用来自可再生能源来源的能量103和水104(例如通过电解102)来生产这种氢气101，但这并不排除已知的和未来可能开发的其他能源来源和生产方法。在通过氢气运输拖车或管线运输氢气101在逻辑上或经济上不可行的情况下，可以采取可选的步骤203至209将氢气101运输到可以将其引入主分配管线的位置(如下面更具体描述的矩形框214所示)。

矩形框203描述了收集多个来源产生的氢气的可选步骤。当电解槽直接位于一般区域中物理分离的风力设备附近时，这可能导致最低成本的替代方案的非限制性示例。在这种情况下，不需要投资电池和有损耗的输电电缆来分配收集到的电力，每个生产来源都可以为自己的电解槽单元供电，生产的氢气在当地收集并运输到单个装载位置。在需要的情况下，在一个优选实施例中，这种可选的氢气储存将在未来使用FRP管在高达2500psi或更高的压力下储存，如矩形框204中所示。在代替传统的气体储罐111(a)使用的情况下，这种FRP管可以保留在大的线轴313中，如下面关于图3(b)上的图示313更具体地描述的。

矩形框205描述了这种氢气101可以根据需要和/或操作员认为优选的方式被压缩或液化，用于储存和/或运输。在适当的时候，如矩形框206中所示，一个或多个空的密封容器充满液态氢气或气态氢气。作为非限制性示例，对于液态氢气的情况下，此类密封容器可以是沃辛顿工业公司(Worthington Industries)制造的隔热低温储罐，对于气态氢气的情况下，则可以是六角林肯(Hexagon Lincoln)公司制造的

一旦这些容器被填充，在优选实施例中，它们可以使用标准的拖拉机驾驶室(tractor cab)、叉车或其他材料处理设备装载到轻于空气的飞艇117上。该步骤由矩形框207表示，优选在飞艇117到达后不久进行，以使转运时间最小化。在一个有效设计的系统中，这种运输工具将从之前完成的交付中返回空容器，将这些容器换成预先填充的容器，然后立即出发前往这种氢气101的目的地交付点。尽管在特定情况下，轻于空气的飞艇被认为是首选，正如矩形框207的标题中使用的通用术语“车辆”所建议的那样，在不偏离主题技术原则的情况下，可以使用任何数量的替代陆地、空中或海上运输车辆。矩形框208随后描绘了使用所选择的运输工具将充氢容器运输到预定目的地。

在到达目的地时，矩形框209描绘了填充的容器优选地从运输车辆上卸载，并且空容器被装载到它们的位置。在使用飞艇117的情况下，这种容器的交换将有助于通过最小化重量差来稳定飞船，否则必须通过释放或再压缩提升气体，或通过使用机械系紧装置或压载物来解决重量差。一旦完成了容器的交换，运输车辆就能够在回程225上离开到优选的生产地点，在那里重复由方框202至209指定的上述过程。在运输车辆进行所述回程的时段内，生产现场的地勤人员可以用更多的氢气101重新填充空容器(即，步骤206)，并且目的地的工作人员可以从填充的容器中排出氢气101。

如果容器充满液态(低温)氢气，则将其连接到一个或多个蒸发器118，以将液体转化回气态氢气形式。所述步骤由矩形框210描述。矩形框211示出了在步骤214中操作者希望在将气态氢产物引入分配主管线之前将其临时存储在存储容器111(b)中的情况下的可选步骤。在一个优选的实施方案中，这种可选的氢气储存将使用FRP管，如矩形框212所示，并且更具体地关于下面图3(b)上的图示313所述。

或者，除了上述使用传统储存容器111(b)和FRP管313的选项外，在运输步骤208中使用的气态氢容器或在步骤210中描述的蒸发器单元可以根据操作员的偏好直接与分配主管线连接。如上所述，氢气运输拖车的使用是可选的；在氢气生产设施与终端位置位于同一位置的情况下，则可在步骤202、203或204之后直接填充主分配管线，视情况而定。

为了确保氢气管道的正确运行，在将气态氢气101引入主分配管线之前，操作员最好监测入口管线压力，并将其调整至最佳压力水平，如矩形框213所示。一旦调节了这样的入口管线压力，气态氢气就通过入口释放到主分配管线中，如矩形框214所示。为了确保适当的流量，如矩形框215所示，操作员将监测管线的压力并进行调整，以确保保持最佳的压力水平。

如果这种氢气101的预期最终用途被广泛分配，矩形框216描绘了气态氢气101接下来被输送到一个或多个分配点，根据操作者的偏好和当地市场条件，这种氢气101可以被使用或可以被供给到更宽的分配网络中。因此，在优选实施例中，这样的主分配管线可能倾向于使用现有的天然气或石油输送管线来互连这些点之间的氢气管线。为了为该分配网络提供“减震器”，操作员可以选择性地使用FRP管313的线轴和/或传统的储罐111(b)来大规模储存气态氢气101，如矩形框217所示。

为了确保分配网络的正常运行，在将气态氢气101引入本地氢气分配管线之前，操作员最好监测入口管线压力，并将其调整至最佳压力水平，如矩形框218所示。一旦这种入口管线压力已经被适当地调节，气态氢气101就通过一个或多个进料阀被引入到分配网络管线中，如矩形框219所示。

在一个优选的实施方案中，这种网络分配管线采用现有的水、下水道和雨水排放管道作为本地分配点和最终用户位置之间的氢气管道。采用该系统和方法将导致氢气101向最终用户的最低成本、最广泛的分布，包括但不限于(1)满足输电网服务需求122，如矩形框220所示；(2)将覆盖范围扩展到各个家庭，以为氢车辆125提供供暖、烹饪燃料和燃料，并满足住宅电力需求126，如矩形框221所示；(3)满足商业和工业应用127和电力需求129，如矩形框222所示；以及将气态氢气输送到氢气加注站130所在的位置。一旦到达这样的加注站130的位置，操作员就可以使用压缩机将乘用车的氢气101压力升高到10000psi；重型拖拉机为5000psi；或这种其他所需的分配压力，如矩形框223所示，由此氢气101可以被分配用于燃料电池车辆，如矩形框224所示。

上述步骤中的每一个都在椭圆226处结束，从而完成该序列。如本领域技术人员将显而易见的，为了实践本技术公开的原理，不需要图2中所示的所有步骤，因此其中一些步骤是可选的，显然所示的每个步骤都是有吸引力的，并且增加了系统的有用性。类似地，应该理解，图2中描绘这些步骤的顺序仅是说明性的，并且在本领域技术人员显而易见的各种情况下，在不偏离本技术公开的原理的情况下，可以以不同的顺序采取这些步骤。

接下来转向图3(a)-3(d)，示出了根据所公开技术的原理运输和分配氢气101的许多替代装置。对于普通技术人员来说显而易见的是，不需要所有这些装置，因此操作者可能希望根据特定情况采用图3(a)-3(d)中所示的一些但不是全部的这些原理。

由于背景技术中所述的原因，全球存在许多地方，在这些地方自然会出现非常有吸引力的低成本可再生能源来源，但通过管线将电力和/或氢气101输送到这些绿色能源的活跃市场在后勤或经济上是不可行的。在某些情况下，可以使用轻于空气的飞艇来满足这些需求。图3(a)中的外骨骼301对应于本领域已知的示例性飞艇外骨骼的截面图。所述外骨骼区域的上部约85％优选用于提升气体，而下部约15％主要用于货物储存。如下文所述，在这种情况下，所述区域可以用作输送氢气101的有吸引力的手段。

在一个优选实施方案中，如步骤206所述，在飞艇着陆点处或附近用气态氢气101预填充额定氢气瓶模块302，飞艇着陆点靠近最有利地产生这种氢气101的地方，如关于图2的步骤202所述。作为一个非限制性的例子，假设六角林肯(Hexagon Lincoln)制造的40’长的

如前所述，将这种预填充的气瓶302装载到所述飞艇上可以通过任何数量的方法来完成。在一个优选实施例中，可以使用快速装载和卸载系统将气瓶模块302装载到飞艇上，所述快速装载和卸载系统包括位于飞艇船体中成排的平行轨道，所述平行轨道通过从轨道轮以吊舱方式悬挂来接收和保持气瓶模块302，如本领域所知。在另一优选实施例中，在所述飞艇的运输过程中，预填充的气瓶302可以保持在运输拖车303上。尽管最佳方法的选择将基于各种因素，包括最小化装载和卸载时间，但为了本说明的目的，假设将气瓶302留在拖车上。因此，如关于图2中的矩形框207所描述的，一旦飞艇到达并固定在所需位置，在一个优选实施例中，拖拉机驾驶室304连接到运输拖车303，使得整个装备能够被直接驱动到飞艇的货舱中。

由于本领域普通技术人员容易理解的原因，在装载过程中，轻于空气的飞艇的总重量保持相对恒定是有利的。为了最大限度地减少任何突然的重量变化，在一个优选实施例中，当填充的气瓶302被驱动到飞艇上时，第二拖拉机驾驶室304将使用其运输拖车303从飞艇卸载空的气瓶模块302，从而对于610公斤的氢气产生约1350磅的适度重量变化。

在进行这种交换之后，拖拉机驾驶室304将空的气瓶模块302运输到将被重新填充的位置，且该模块的运输拖车303被解开，使得拖拉机驾驶室304可以用于运输另一个气瓶模块302。将空的气瓶留在再填充位置，以便在适当的时间用氢气101填充，该填充过程可以从现场存储容器111(a)或另一个存储容器或上游生产源进行，如图2的矩形框206所示。在有效操作中，当卸载空的气瓶302的拖拉机将这些空的气瓶运输到适当位置时，将预填充的气瓶302装载到飞艇上的氢气运输拖车303从其相应的拖拉机驾驶室304上解开，以使其驾驶员能够将其用于下一任务。在一个可选实施例中，所述氢气运输拖车303及其预填充的气瓶模块302使用电缆306固定到飞艇的货舱底板305。

一旦飞艇的重量在考虑到所需燃料的重量后达到其最大有效载荷极限，货舱门关闭，轻于空气的飞艇上升到所需高度，并飞往目的地，以获取其在充满氢气的气瓶302中携带的气态氢气101。在到达其预定目的地时，如矩形框209所示，上述过程以相反的方式进行，其中填充的气瓶模块302从飞艇上卸载，并且其他已经清空的气瓶模块302在其位置处被装载到飞艇上。在这种飞艇飞行的持续时间内，氢气101可以从留在目的地的已填充的气瓶模块302中释放，而留在起点的空的气瓶302在氢气101生产地点或附近被预填充。尽管已经针对输送气态氢气101描述了该过程，但前述过程也可用于输送低温(液态)氢气101，以使终端用户的接收点处每公斤氢气101的总成本进一步最小化。

一旦到达预定目的地，根据当地条件和本领域普通技术人员容易理解的其他因素，可以使用气瓶模块302、氢气运输拖车303和拖拉机驾驶室304来运输和/或分配氢气101。或者，使用一个或多个氢气运输拖车114和/或管线115可能是有利的。在优选实施方案中，氢气101的输送和分配采用以下技术公开。

现在参考图3(b)，管线307表示现有管线，例如天然气或石油管道、水或污水管道、雨水排放管或其他管道，其路线可能对氢气101的运输和/或分配有用。氢气输送管线308，如图3(b)所示，在一个优选实施方案中，在安全管线309内运行，插入现有管线307中，用于运输和/或分配气态氢气101，使用获得土地和/或必要土地权所需的路权和资本投资，确保监管批准，安装和维护这样的现有管线307。快速释放耦合器和配件310优选用于将氢气输送管线308插入安全管线309中，并用于下文所述的其他安全、实用和维护目的。

本领域普通技术人员知道，在美国，各种受监管的公用事业公司和主有限合伙企业(master limited partnerships；MLP)拥有并控制将供应区连接到天然气和原油的高需求市场的输配线路和储存设施。在欧洲，这种现有管线的所有权主要由输电系统运营商(transmission system operators；TSO)控制，尽管这些运营商受到公共控制，但它们像私营公司一样运营。在其他国家，存在着某种公共监管下的私有制、公共或土著人口所有权，或两者的结合。在某些情况下，供水、下水道和雨水排放管道可能由类似利益集团或地方政府实体所有。因此，这些现有管线307的财务回报可以基于允许安装这种安全管线309的任何数量的可能的合同安排来提高，以换取基于通过这种现有管线307每英里的氢气101的体积对现有管线所有者的补偿。

就天然气和石油管线而言，随着未来化石燃料输送量的下降和氢气使用量的增加，这一新的收入机会可能有助于抵消收入下降的风险。此外，这样的安排将大大减少建立氢能基础设施所需的时间和初始资本投资，并减少可传递给最终用户的谈判关税，即每公斤消费氢气101的成本，同时有助于延长和转换这些已经“沉没”的石油和天然气投资的终身经济价值。

在需要容纳现有管线307中的物理障碍物(如截流阀311)的情况下，可以安装立管312(或位于地下的等效物)，以使氢气101能够通过氢气输送管线308连续流动，而不会对现有管线307的这些元件和控制特征的正常功能产生不利影响。立管312或其等效物也可用于使快速释放耦合器和配件310更容易接近以支持氢气输送管线308的一或多个区段的隔离和维修，并使得能够使用两个或多个其他不相关的现有管道307系统来将氢气输送管线308路由到期望的位置，而不混合任何这样的现有管线307的内容物。本领域普通技术人员将容易理解，可以使用全自动电子计量设备来监测流经这种氢气输送管线308的氢气101的体积，以确保在多个现有管线307所有者之间以及在优选实施例中在多个管线307所有者之间适当且公平地分配传输费用，加强这种用于氢气101的系统所需的升级和改进的投资者。

在一个优选实施方案中，FRP管313的大线轴可用于气态氢气101的储存，以代替传统的氢气罐111。与现有技术相比，这种基于FRP管313的线轴的替代存储在规模化的氢气存储和/或为配电网提供“减震”方面提供了许多不明显的优点。除其他事项外，如背景技术公开中所述，FRP管具有现有的ASME规范，具有50年的使用寿命，并且需要最少的维护，而传统的气态氢储罐111具有更短的寿命，并且大约每5年需要昂贵的维护和重新认证。此外，大直径FRP管可以在现场挤压，从而避免了与大容量储氢罐111相关的运输物流困难(或与使用地下洞穴进行此类储存相关的成本和技术问题)，并提高了在新地点快速扩大规模的能力。FRP管的现场挤压还有一个额外的优势，即可以运输树脂等散装材料，并在运输成品管线时避免“空运(shipping air)”。此外，光学传感器、氢气传感器、电信号线、电力电缆和毛细管可以集成在FRP管的分层结构中，以确保快速确定氢气101的任何泄漏。截流阀与FRP管的一个或多个线轴末端的快速释放耦合器和配件310相结合，使操作员能够快速隔离和更换损坏的区段，或调整总储存容量。

当估计超过50年的使用寿命时，利用FRP管313的线轴于H2@scale，将导致比传统的氢气101存储解决方案低得多的总寿命成本，并考虑到安装费用的节省、现场批准的延迟、避免重新认证的要求和降低的更换成本。此外，当与燃料电池结合使用以将氢气101重新转化为电能时，使用FRP管313的线轴的成本估计不到大规模储能的电池存储的十分之一(10％)，具有许多其他优点，包括更长的能量保持时间、更长的使用寿命，并且根据电池类型，大大减少了自然资源限制和/或废物处理问题。考虑到与传统的储氢罐111相比FRP管313的线轴所代表的显著更高的表面积与总体积比，以及本领域普通技术人员对电池存储的共同偏好，上述成本节约是高度材料化的，并且是违反直觉的。

接下来转到图3(c)，图3(b)的截面a-a的详细视图被呈现以说明现有管线307的内容。根据具体情况，现有管线307的内容物314可以是天然气或合成气、原油或其他液体石油产品、生物燃料、各种其他工业气体、饮用水和非饮用水、污水、泥浆、雨水径流和其他液体。如果有足够的体积容量，安全管线309(进而包含氢气输送管线308)可以在现有管线307内运行，用于输送气态氢气101，如前所述。这避免了污染，并且如果必要或需要的话，能够输送纯的、更高价值的氢气101。在一个优选实施方案中，在氢气输送管线308的外表面和安全管线309的内表面之间的通道或清扫管线315被用作用于引入适当的清扫气体的清扫管线，并且被用于稀释和收集可能从氢气输送线路308泄漏的任何气态氢气101。

在一个可选的替代实施方案中，根据监管部门的批准，当现有管线307的内容物314由气体或液体组成时，可以省略安全管线309，该气体或液体可以用作收集可能从氢气输送管线308泄漏的任何氢气101的合适的清扫气体，只要现有管线307的操作者不关心这种泄漏污染这种现有管线307中的内容物314。可以使用该可选替代实施方案的现有管线307的内容物314的非限制性实例是合成天然气(synthetic natural gas；SNG)、液态天然气(liquid natural gas；LNG)、氮气、二氧化碳或氦气。

图3(d)在其上绘制的两条垂直虚线330之间的区域中示出了图3(c)的截面B-B的放大图。特别地，图3(d)的这一部分示出了现有管线307及其内容物314，以及安全管线309及其内容物。如上所述，在一个优选实施方案中，安全管线309的内容物包括氢气输送管线308、其气态氢气的内容物101和清扫管线315，清扫管线用作清扫任何氢气泄漏323的通道。在一个非限制性示例中，安全管线309是由包括但不限于金属、塑料和复合材料的任何材料制成的直径为6"的柔性管，该材料与氢气和流经所述清扫管线315的选定吹扫气体都兼容，且氢气输送管线308是适合于在从大气压到所述氢气输送管线的最大允许工作压力的任何压力下输送气态氢气101的3"FRP管。

根据图2中的步骤214和218，气态氢气101通过入口阀316从储氢罐111或另一个储存系统(包括但不限于，在一个优选实施例中，来自线轴化的FRP管存储系统313)、上游氢气管道、氢气生产或蒸发系统、压缩机或其他来源注入氢气输送管线308。如适用，根据图2中的步骤213、215、217或219，使用压力计317监测这种注入，以确保氢气101在注入氢气输送管线308之前和之后处于适当的压力。为了控制和计费的目的，包括但不限于在氢气101被输送到终端用户和从系统中取出的出口点(如图3(d)中箭头324所示)，优选在该点和其他适当的点捕获关于氢气101注入的关键信息，包括释放的体积、纯度和压力。该数据由无线发射器318(a)传送到接收器319，接收器319又连接到主动监控系统320，以记录、对照其他数据进行分析、绘图并启动适当的预防性、响应性和/或计费和报酬动作。

清扫管线315填充有来自储罐321的吹扫气体。氢气传感器322(a)用于建立包含在这种吹扫气体中的氢气的基线水平；并且该数据优选地由无线发射器318(b)传送到接收器319并且继而上传到主动监测系统320。额外的氢气传感器，例如传感器322(b)，可以沿所述清扫管线315战略性地定位，以在清扫气体经过每个传感器的位置时单独监测包含在清扫气体中的氢气水平(如果有的话)；并且该数据可以类似地通过无线(或直接)连接318(c)传送到所述监控系统320，并且与已经在系统320中的其他数据组合以创建系统的实时映射并监控操作异常。本领域的普通技术人员将理解，前述放置良好的氢气传感器322、主动监测、实时计算和直观显示器、和/或处理器的使用，使得这样的系统能够检测和定位来自所述氢气输送管线308的任何氢气泄漏323的来源。类似地，本领域普通技术人员将理解，在适当的时候，在清扫管线315内的吹扫气体已经以所指示的方式被使用之后，它可以作为系统的副产品被出售，在清扫管线315中被重复使用一次或多次，或者由操作者自行决定，以负责任的方式作为废物被丢弃。这些替代方案由箭头325表示。

在现有管线307用于合成天然气或可在前述系统中用作清扫气体的另一种产品314的输送的可选替代实施方案中，这样的氢气传感器322宁愿用于监测内容物314中的氢气水平，以检测氢气泄漏323并确保系统的操作而不会对其安全性或效率产生不利影响。本领域普通技术人员将理解在所述可选替代实施方案中，现有管线307的内容物314本身能够清扫/吹扫可能从氢气输送管线308泄漏的任何氢气101，并且应该主动监测这样的内容物314的氢气水平的变化，以确保在氢气输送管线308发生故障或氢气101从其中过度泄漏323的情况下采取适当的步骤。

在优选和可选的替代情况下，如果操作人员和/或自动化软件监测系统320观察到这种气体中的过量氢气101水平，则可以手动或使用自动编程发送指令，使用与接收器319通信的无线发射器318(a)来关闭阀316，直到问题被定位并纠正。本领域普通技术人员将理解这样的应急协议，以及快速释放耦合器和配件310以及通常用于工业气体的管道传输的附加可选部件的目的，包括但不限于可用于隔离有序系统中的氢气输送管线308的区段的截流阀。

图4(a)-4(d)描述了涉及绿色氢气101的生产、运输、大规模储存和分布的非限制性说明性案例。该案例假设在夏威夷(Hawaii)大岛上独特有利的地点生产绿色氢气101，并将其运输到瓦胡(Oahu)岛并在瓦胡岛上广泛分布，尽管作为建立安全、低成本和快速可扩展的运输基础设施的一部分，所公开技术的原理在全球范围内具有适用性storage@scale以及氢气101的分配，作为用于运输和电力的化石燃料的替代品。

图4(a)示出了一艘轻于空气的飞艇402的大约275英里的飞行路径401，飞艇402将夏威夷岛南端的普纳(Puna)地热生产基地403和/或理想地适合岛上海拔高度的大型风电场的区域404连接到瓦胡岛大约25英亩土地上的潜在终端位置405。假设平均巡航速度在每小时150至200英里之间，飞艇402可以具有在200至300吨之间的净有效载荷潜力，从而使得每次4小时或更短的往返飞行能够以3625psi的压力将大约10000公斤的气态氢气101从夏威夷岛上生产基地403和/或404附近的着陆点运输到终端405，在瓦胡岛上展示。假设每天往返五次，每年运行360天，一艘飞艇每年能够向瓦胡岛运送1800万公斤气态氢气101，这将有助于实现该州的“清洁能源倡议”目标。

图4(b)显示了瓦胡岛的地图和飞艇402到库尼亚村(Kunia Village)附近的终端(航站楼)405的优选航线401的最后部分。所述区域的特写细节406示出了在一个优选实施例中，终端405包括可选的转盘407。转盘407包括托架408，托架408包括在托架408的相对侧上的至少两个锚定点，所述锚定点被配置为连接到系紧电缆，所述系紧电缆又可以连接到轻于空气的飞艇402。这样的系紧电缆然后可以用于将飞艇402固定到托架408。转盘407使托架408能够旋转，使得轻于空气的飞艇402在降落和从终端405起飞时可以总是直接指向风中，并且可选地，一旦飞艇402被牢固地系在托架408中，就使得拖船(未示出)能够将所述飞艇402拉入吊架409中。

图4(b)还表示安装了两条新的输送管线。管线410长约6英里，从瓦胡岛中部和可选的飞艇终端(airship terminal)405连接到夏威夷天然气公司(HawaiiGas)的八个下泄调节站点411之一，该公司现有的16英寸主输电线目前在那里与瓦胡岛的合成天然气(SNG)分配系统互连。尽管本实施例设想了一个新的管线段，但拟议的路线将使夏威夷天然气公司能够建立一个新分配系统，为瓦胡岛中部的惠勒(Wheeler)和斯科菲尔德(Schofield)军事基地提供服务，并通过从瓦胡岛中心到瓦伊卢阿(Waialua)的第二个约10英里的延伸412，将SNG和氢气101运输和配送到该岛北岸，其目前没有天然气服务。虽然这些管线延伸被认为是优选的，但在一个替代实施例中，传输线延伸410和411可以推迟，并且通过使用拖拉机驾驶室304将氢气运输拖车303及其气瓶模块302驱动到这些互连点中的一个或两个来至少临时服务这些区域。

图4(c)显示了夏威夷天然气公司在瓦胡岛南侧拥有的主要合成天然气管线的地图413。在这些现有资产中，该公司拥有并运营一条22英里长、16英寸直径的钢制输送管线414，在一个优选实施方案中，所述管线将作为现有管线301，用于将氢气101输送到多个战略位置的分配点以及连接点411。输送管线414始于夏威夷天然气公司的合成天然气(SNG)工厂415(a)，该工厂位于该岛西南端附近的坎贝尔工业园(Campbell Industrial Park)，沿瓦胡岛南部向东延伸，通过下泄调节器将SNG输送至连接点411和七个相互连接的SNG分配系统。

夏威夷天然气公司的合成天然气(SNG)工厂415(a)目前用石脑油(一种液体石油原料)生产合成天然气(SNG)。因此，在一个优选实施方案中，该公司对石脑油(naphtha)的总日需求将被每天从瓦胡岛生产和运输的绿色氢气101的不到20％所取代，绿色氢气101通过拖拉机驾驶室304和运输拖车303或通过使用新的管线410和现有管线414作为公开技术中的管线301从终端405运输。该技术还可用于将绿色氢气101的剩余部分从连接点411运输到珍珠城(Pearl City)附近的排放调节站点415(b)；415(c)，檀香山(Honolulu)国际机场附近；和415(d)，位于输电线路414的东端，并在檀香山市中心附近的檀香山港38号码头为该公司最大的SNG分配系统提供服务。此外，在一个优选实施方案中，使用选择性较小直径的氢气输送管线308和安全管线309，夏威夷天然气公司的10、8、6和4英寸管线可用于将氢气101输送到檀香山市中心和夏威夷凯区416之间的其他分配点。

图4(d)显示了檀香山地区的供水和污水管道417以及雨水排水管道418的地图，该地图用于瓦胡岛东南端人口最稠密的地区，如突出显示的部分419所示。该地区的现有管线的密度说明了通过使用所公开的技术可能达到的潜在分布范围的广度。本领域普通技术人员将理解，对于全球各地需要氢气分配的社区来说，这可能是正确的。

从上述公开中可以理解，尽管为了说明的目的在本文中描述了具体的实现方式，但在不偏离所附权利要求和其中所述元件的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。此外，虽然某些方面已经被呈现为可选或优选的实施例，但所有这些实施例都不是必需的，因此可以根据情况进行合并以实现期望的结果。此外，虽然所附以某些权利要求的形式呈现某些方面，但本发明人考虑以任何可用的权利要求形式呈现各个方面。可以进行各种修改和改变，这对于受益于本公开的本领域技术人员来说是显而易见的。它旨在包含所有这样的修改和变化，因此，上述描述应被视为说明性的，而不是限制性的。