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储氢技术新拐点:零部件产化利好Ⅳ型瓶,固态储氢潜力可期
来源于:  发表于:2024/10/23


  氢能作为热值高、无碳排、无污染的“终能源”,推行的关键在于全产业链降本。其中,氢储运是至关重要的环,它涉及氢气的贮存、运送和配送,对氢能产业的商业化和规模化开展起着决定果。现在,氢气储运本钱占终端用氢本钱构成比例超30%。近年来,储氢瓶资料的产替代、固态储氢的崛起等给氢储运产业带来了新的开展远景。

  气液固三条储氢道路特色不同,有各自习惯场景

  氢气的贮存方式要有气态储氢、液态储氢和固态储氢三种形式。气态储氢技能相对老练,要经过高压储氢瓶完成;液态储氢和固态储氢技能尚未完成商业化,但近年来继续有技能进展,具有开展潜力。

 

  高压气态储氢是指经过高压将氢气压缩到个耐高压的容器或地下储气库中,其储氢量与贮存压力成正比。现在运用多的容器是储气罐和车载储氢瓶,压力般分为35MPa和70MPa两个等。气态储氢在当前所有储氢道路中运用为广泛,当下制约内高压储氢进步开展的要因素是储氢瓶部分资料、工艺、零部件依然依赖进口,产替代品功能仍有差距。

  液态储氢包含低温液态储氢和有机液态储氢两种技能道路。低温液态储氢基本原理是将氢气压缩冷却至-253℃使其液化,并贮存在低温绝热容器中,液氢密度可达70.78kg/m³。该技能具有储量大、纯度高、占地小、充装快等优势,但氢气液化温度低,导致液化过程能耗高,液化1kg的氢气需求耗电4-10千瓦时,且需求特殊的抗冻、抗压、高绝热储氢容器,归纳本钱居高不下,因此运用约束在航空等少数场景,未能拓展至民用领域。

  有机液态储氢是运用氢气与有机介质发生可逆化学反应,完成氢的贮存和开释。烯烃、炔烃、芳烃等不饱和液态有机物是现在较为常见的有机液态储氢资料。该技能具有稳定高、安全好、储氢密度大、储氢介质可循环运用等优势,但存在脱氢温度高、率低、能耗大等问题。受制于昂扬的本钱,现在两条液态储氢道路仍处于研制示范阶段。

  固态储氢是近年来的新亮点,分为物理吸附储氢和化学储氢两种道路。物理吸附储氢是指经过范德华力将氢气分子吸附在固体表面,储氢资料包含碳基资料、无机多孔资料和金属有机骨架化合物等,其缺陷要在于大多数物理吸附类资料在较低的温度下才能达到定的储氢密度,常温常压下吸氢量很低。化学储氢资料要包含金属氢化物、配位氢化物、化学氢化物等。其中,金属氢化物因其高氢贮存容量和良好的循环稳定而成为研讨要点。固态储氢可在接近常温常压的环境中完成储放,兼具体储蓄氢密度高、可逆、循环寿数高、安全好、供氢纯度高等优点,运用远景为市场所看好。

  我能建(601868.SH)华北电力设计院高工程师田江南对财经表示,三种储氢道路有各自适用的运用场景,没有孰优孰劣之分。他指出,氢能储运本钱与储运距离和储运量有密切关系,短距离、低用量的氢气需求(运距200km以内)合适高压气态储运和固态合金储运,但前者需求用氢端投资建造高压氢气存储设备;中距离低用量的氢气需求(运距200-500km以内)合适液氢储运,但现在氢气液化本钱依然较高,另外需考虑液氢日常贮存过程中产生的汽化丢失;长距离高用量的氢气需求(运距大于500km)合适长输管道运送,但是氢气长输管道初始投资较高。

  Ⅳ型瓶功能本钱更优,但替代Ⅲ型瓶仍待时日

  储氢瓶是高压气态储氢的关键载体,也是氢储运中商业化程度较高的环节。当前内车载储氢瓶仍以35MPa的Ⅲ型瓶为主,已经批量运用;Ⅳ型储氢瓶不断取得研制进展,迎来了标准规范,正在加快开展,是下阶段值得重视的要点。

  二者要区别在于Ⅲ型瓶内胆资料为铝合金,Ⅳ型瓶内胆资料为高复合塑料;共同点在于外部均为全向环绕碳纤维复合资料。与Ⅲ型储氢瓶比较,Ⅳ型储氢瓶具有更多优点:

  自重轻:Ⅲ型瓶重容比约为0.98,Ⅳ型瓶重容比约为0.74,重容比越小,相同容积下储氢瓶的质量越轻,然后能够进步有载荷;

  储氢量高:Ⅳ型瓶的储氢密度在6%以上,Ⅲ型瓶的储氢密度在4%左右,储氢密度越大,平等质量的储氢瓶贮存的氢气越多;

  寿数长:Ⅳ型瓶的内胆是塑料原料,更不易疲惫失,运用年限可延长至15年;

  氢脆风险低:Ⅳ型储氢瓶的内胆般采用高复合塑料,比较Ⅲ型瓶的金属内胆更耐腐蚀,能够有防止应力腐蚀和氢脆现象。


 

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