氫能產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，如何推動(dòng)安全、經(jīng)濟(jì)、高效的氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)發(fā)展？
氫能產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，如何推動(dòng)安全、經(jīng)濟(jì)、高效的氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)發(fā)展？
氫能具有清潔無碳、綠色高效、可再生、應(yīng)用場(chǎng)景豐富等特點(diǎn)，積極有序發(fā)展氫能是推動(dòng)中國能源轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向和實(shí)現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)的重要途徑。
歐美日等國家很早就開始布局氫能產(chǎn)業(yè)，中國在“十四·五”期間也密集頒布了多項(xiàng)氫能產(chǎn)業(yè)政策，尤其是科技部“十四·五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃將“氫能技術(shù)”列為重點(diǎn)專項(xiàng)。
在政策和市場(chǎng)的雙重驅(qū)動(dòng)下，中國氫能產(chǎn)業(yè)迎來了發(fā)展的窗口期，很多中央能源企業(yè)和民營企業(yè)進(jìn)軍氫能產(chǎn)業(yè)并積極布局，初步取得了一批技術(shù)研發(fā)和示范應(yīng)用成果，目前中國氫能產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模。
預(yù)計(jì)到2050年，氫能將在中國交通運(yùn)輸、儲(chǔ)能、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在終端能源體系中占比達(dá)到10%，氫能產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值有望超過1013元。
氫能儲(chǔ)運(yùn)連接上游制氫和下游用氫，是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)目前的技術(shù)水平測(cè)算，氫能儲(chǔ)運(yùn)成本約占最終用氫成本的30%以上，成為制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。加快推動(dòng)安全、經(jīng)濟(jì)、高效的氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)研發(fā)和示范，對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。
目前，氫能儲(chǔ)存按氫的形態(tài)劃分主要有氣態(tài)儲(chǔ)存、液態(tài)儲(chǔ)存（液氫、有機(jī)液體氫化物）、固態(tài)儲(chǔ)存3種主流方式。在此，分別從技術(shù)原理及特點(diǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀及關(guān)鍵設(shè)備、風(fēng)險(xiǎn)管理及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、瓶頸問題及發(fā)展方向等方面對(duì)上述常見氫能儲(chǔ)存技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了論述，分析了目前氫能輸送技術(shù)面臨的主要問題，并展望了未來氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的發(fā)展。
高壓存儲(chǔ)氣態(tài)氫是最普通直接的儲(chǔ)氫方式，高壓容器內(nèi)氫以氣態(tài)儲(chǔ)存，儲(chǔ)存量與壓力成正比。目前國內(nèi)外采用壓力為25～35MPa的碳纖維復(fù)合鋼瓶儲(chǔ)運(yùn)。氫氣在35MPa時(shí)密度約為23kg/m3，70MPa時(shí)約為38kg/m3，儲(chǔ)氫瓶的質(zhì)量儲(chǔ)氫密度僅有5%（35MPa）。而且壓縮氫氣是耗能過程，若使用更高壓力的儲(chǔ)罐，如70MPa，則壓縮過程需要大量的能量，增加了整體成本（壓縮的能量消耗相當(dāng)于液化的1/3）。未來除了要繼續(xù)研究如何平衡存儲(chǔ)壓力和壓縮能耗的關(guān)系外，還可進(jìn)行儲(chǔ)罐材料方面的研究以平衡儲(chǔ)罐的重量和價(jià)格。
高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫設(shè)備分為固定式和移動(dòng)式兩種高壓儲(chǔ)氫容器。制氫廠、加氫站內(nèi)的固定式高壓儲(chǔ)氫容器主要有高壓無縫氫氣鋼瓶、全多層高壓儲(chǔ)氫容器及纖維全纏繞高壓儲(chǔ)氫容器。
美國FIBATechnologiesInc、日本制鋼所等成功研制了80MPa級(jí)高壓無縫氫氣鋼瓶。中國石家莊的安瑞科氣體機(jī)械有限公司研制了45MPa高壓無縫氫氣鋼瓶，目前正在研制87.5MPa鋼內(nèi)膽碳纖維全纏繞氫氣鋼瓶。浙江大學(xué)研制了鋼帶纏繞式大容積全多層鋼制高壓儲(chǔ)氫容器，最高設(shè)計(jì)壓力為98MPa，在一定程度上解決了大容量高壓經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)存等關(guān)鍵問題。
移動(dòng)式高壓儲(chǔ)氫容器分為長管拖車運(yùn)氫用大氣瓶和燃料電池交通工具用中小氣瓶，前者壓力一般為20~30MPa，后者公稱壓力等級(jí)主要有35MPa和70MPa，還有公稱壓力15MPa、容積不大于40L的小氫氣瓶，常用于靈活提供氫源。
中國已有較成熟的長管拖車、管束式集裝箱的設(shè)計(jì)制造及使用經(jīng)驗(yàn)，單車運(yùn)氫量不超過500kg。美國HexagonLincoln公司研制的纖維全纏繞高壓氫氣瓶公稱壓力為25~54MPa，單車運(yùn)氫量可達(dá)720~1350kg。近年來，金屬氣瓶研究主要集中在金屬無縫加工、氣瓶失效機(jī)制等領(lǐng)域。
Ⅲ、Ⅳ型氫燃料電池汽車車載高壓儲(chǔ)氫瓶是移動(dòng)式高壓儲(chǔ)氫容器的研究熱點(diǎn)。目前國外的Ⅳ型瓶在汽車領(lǐng)域已經(jīng)成功商用，中國35MPa鋁內(nèi)膽碳纖維纏繞Ⅲ型瓶現(xiàn)已成熟并實(shí)現(xiàn)商用，但受限于碳纖維的材料性能和纏繞加工等技術(shù)，目前Ⅳ型瓶還未完全實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。中國已有多家公司布局Ⅳ型瓶研發(fā)，例如中材科技、天海工業(yè)等。
