目前我國(guó)氫能儲(chǔ)運(yùn)的主要方式為高壓氣態(tài)，低溫液態(tài)、固態(tài)等其他儲(chǔ)氫技術(shù)有少量應(yīng)用，總占比不到0.1%。但氫能大規(guī)模應(yīng)用離不開氫氣的儲(chǔ)存與運(yùn)輸，更安全、更高效、更經(jīng)濟(jì)的氫能儲(chǔ)運(yùn)方式的探索成為了當(dāng)下企業(yè)翹首之事。

氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)裝備“高壓力、大容積、低成本”迭代

【資料圖】

壓力提高可以帶來充裝量和儲(chǔ)氫密度的整體提升，從未來看，52MPa管束集裝箱是最優(yōu)解，30MPa產(chǎn)品目前最具有市場(chǎng)化條件。目前中國(guó)市面上的長(zhǎng)管拖車仍以20MPa的Ⅰ、Ⅱ型瓶為主，氫氣裝載量600kg，以長(zhǎng)管拖車額定質(zhì)量49噸計(jì)算，氫的運(yùn)輸效率僅1.2%左右。

浙江藍(lán)能氫能科技股份有限公司副總經(jīng)理曹文紅曾指出：“同樣的20MPa壓力下，Ⅰ型瓶目前國(guó)內(nèi)最大的運(yùn)氫量最大是385公斤，而Ⅱ型瓶運(yùn)氫量可達(dá)550公斤，兩者相比Ⅱ型瓶運(yùn)氫量增長(zhǎng)了40%。此外，Ⅱ型瓶在30MPa壓力下運(yùn)氫量可達(dá)648公斤，但加壓至35MPa時(shí)運(yùn)氫量卻只能達(dá)到601公斤，這說明在滿足國(guó)內(nèi)道路運(yùn)輸?shù)那疤嵯拢蛐蜌馄康膲毫瓦\(yùn)氫量不一定呈線性關(guān)系。”

以浙江藍(lán)能30MPa纏繞式管束集裝箱產(chǎn)品來看，相較于傳統(tǒng)產(chǎn)品，其裝氣量提升70%，全生命周期成本下降30%；此外，相較于20MPa Ⅱ型瓶產(chǎn)品，裝氣量提升18%，全生命周期成本下降10%。

對(duì)于Ⅲ型瓶，以日本正在使用的為例，單瓶容積只有300L，將48個(gè)Ⅲ型瓶組成管束箱后，裝氫量為413公斤。但從成本來說，Ⅲ型瓶的內(nèi)膽由于是金屬材料，單價(jià)相對(duì)來說比較高。

曹文紅提到：“因?yàn)殇X內(nèi)膽受制造工藝限制，單瓶水容積難以做大，從目前的技術(shù)來說不會(huì)超過450L，意味著用Ⅲ型瓶組裝成的管束集裝箱的氣瓶數(shù)量較多，需要的安全固件和裝卸固件相應(yīng)增加，這同時(shí)也增加了漏點(diǎn)?！?/p>

在Ⅳ型瓶領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有研究資料表明，其運(yùn)氫量可達(dá)1000公斤，但箱體自重只有27噸，Ⅳ型瓶將成為未來運(yùn)氫容器向高壓力、大容積、輕量化的發(fā)展趨勢(shì)。

從技術(shù)難度來說，因?yàn)棰粜推考纫紤]內(nèi)膽材料的氫阻隔性，又要考慮其成型工藝，還有非金屬和與金屬之間的結(jié)合力和密封性能，所以技術(shù)難度要高于其他三個(gè)類型的氣瓶。此外，國(guó)內(nèi)對(duì)于Ⅳ型瓶應(yīng)用于氫氣長(zhǎng)途運(yùn)輸相關(guān)研究已有進(jìn)展。

液氫技術(shù)的發(fā)展成關(guān)鍵

我國(guó)氫能在地理分布位置上，能源供應(yīng)中心和能源負(fù)荷中心呈逆向分布，氫氣資源“西富東貧，北多南少”，而在需求上恰恰相反，氫氣的遠(yuǎn)距離儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)顯得至關(guān)重要，而這與液氫解決遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和儲(chǔ)存的主要目的不謀而合。

勢(shì)銀氫鏈從國(guó)富氫能處了解到，液氫的質(zhì)量是常壓氣態(tài)氫的780倍；液氫相較于高壓氫，更加安全；盡管氫的液化過程重需要耗能，但是在后續(xù)的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和終端配送使用環(huán)節(jié)，所節(jié)省的費(fèi)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于液化環(huán)節(jié)的能耗。

液氫憑借其密度大，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存和運(yùn)輸規(guī)模大，儲(chǔ)運(yùn)方便、運(yùn)輸成本更低，液氫工作壓力低更安全，液氫儲(chǔ)重比高使得相同重量氫儲(chǔ)箱的車輛行駛里程更長(zhǎng)，液氫供氫系統(tǒng)的氫氣純度更能滿足用戶需求等優(yōu)勢(shì)，更適用于氫能的規(guī)?；⑸虡I(yè)化供應(yīng)。

在標(biāo)準(zhǔn)方面，液氫產(chǎn)業(yè)2021年就已發(fā)布實(shí)施三項(xiàng)國(guó)標(biāo)——GB/T40045-2021《氫能汽車用燃料 液氫》、GB/T40060-2021《液氫貯存和運(yùn)輸技術(shù)要求》、GB/T40061-2021《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》實(shí)施以來，進(jìn)一步完善了氫能標(biāo)準(zhǔn)體系，使液氫民用有標(biāo)可依，為指導(dǎo)液氫生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸，加強(qiáng)氫燃料質(zhì)量管理，促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供重要標(biāo)準(zhǔn)支撐。

如今由中集安瑞科旗下的南通中集能源裝備有限公司牽頭起草，中國(guó)技術(shù)監(jiān)督情報(bào)協(xié)會(huì)正式發(fā)布T/CATSI 05007—2023《移動(dòng)式真空絕熱液氫壓力容器專項(xiàng)技術(shù)要求》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱“標(biāo)準(zhǔn)”），此《標(biāo)準(zhǔn)》為中國(guó)首部移動(dòng)式液氫運(yùn)輸容器團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，擁有全面自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了液氫壓力容器相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)空白。

此外，如今西北大規(guī)模風(fēng)光綠電的發(fā)展，利用低谷低價(jià)電來電解和液化，再結(jié)合液氫儲(chǔ)重比高、運(yùn)輸量大等優(yōu)勢(shì)，來實(shí)現(xiàn)能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移，液氫產(chǎn)業(yè)“再度”火熱。

純氫&摻氫管道輸氫大趨勢(shì)

管道輸氫作為氫運(yùn)輸方式之一，具備有運(yùn)輸成本低、能耗小、可實(shí)現(xiàn)氫能連續(xù)性、規(guī)模化、長(zhǎng)距離輸送等優(yōu)勢(shì)，因此輸氫管道已逐漸成為企業(yè)解決氫儲(chǔ)運(yùn)難題問題的一個(gè)重要突破方向，是未來氫能大規(guī)模利用的必然發(fā)展趨勢(shì)。

據(jù)國(guó)聯(lián)證券測(cè)算，當(dāng)輸送距離為100km時(shí)，運(yùn)氫成本為1.43元/kg，同等運(yùn)輸距離下管道輸氫成本遠(yuǎn)低于高壓長(zhǎng)管拖車及低溫液態(tài)輸氫。因此，當(dāng)氫氣下游需求足夠支撐大規(guī)模的氫能輸送，通過管道運(yùn)輸氫氣是一種降低成本的可靠方法。

據(jù)勢(shì)銀氫鏈不完全整理后發(fā)現(xiàn)，我國(guó)氫氣管道主要分布在環(huán)渤海灣、長(zhǎng)江三角洲等區(qū)域，當(dāng)前國(guó)內(nèi)輸氫管線包括規(guī)劃中的在內(nèi)，總長(zhǎng)度已經(jīng)超過1800公里。

但純氫輸氫管道的建設(shè)成本較為高昂，且國(guó)內(nèi)對(duì)輸氫管道的研究建設(shè)起步較晚，故而國(guó)內(nèi)輸氫管道發(fā)展速度相對(duì)較慢，對(duì)此，天然氣摻氫管道運(yùn)輸方案應(yīng)運(yùn)而生。

由于摻氫管道輸氫可充分利用我國(guó)現(xiàn)有在役天然氣管道和城市輸配氣管網(wǎng)，較容易實(shí)現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長(zhǎng)距離輸送，此外管道或管網(wǎng)的改造成本較低，在大規(guī)模輸送下，摻氫管道輸氫具備明顯成本優(yōu)勢(shì)。摻氫管道輸氫建設(shè)也將成為長(zhǎng)距離氫能運(yùn)輸“過渡良方”。

固態(tài)儲(chǔ)氫“由行入走”

固態(tài)儲(chǔ)氫是指利用固體對(duì)氫氣的物理吸附、化學(xué)反應(yīng)等作用將氫氣存儲(chǔ)在固體材料中。目前國(guó)內(nèi)固態(tài)儲(chǔ)氫以鎂合金儲(chǔ)氫為主，主要是由于鎂擁有多種優(yōu)勢(shì)：

性能優(yōu)勢(shì)：MgH2:儲(chǔ)氫質(zhì)量密度7.6wt% ,儲(chǔ)氫體積密度110g/L

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：鎂吸放氫反應(yīng)過程簡(jiǎn)單，無副產(chǎn)物生成，可控性好

資源優(yōu)勢(shì)：我國(guó)有豐富的鎂資源，產(chǎn)量占全球90%以上

環(huán)保優(yōu)勢(shì)：鎂基材料可回收循環(huán)利用，生產(chǎn)制備過程無三廢排放

在氫能運(yùn)輸領(lǐng)域，氫楓能源研發(fā)了以鎂合金材料為儲(chǔ)氫介質(zhì)的鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫車。其罐箱部分長(zhǎng)12米，寬2.5米，高2.6米，車內(nèi)包含了12個(gè)儲(chǔ)氫容器，每個(gè)容器里面都裝填了高容量鎂合金儲(chǔ)氫材料。

該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)運(yùn)氫裝置的輕量化、大容量設(shè)計(jì)，將前端制氫裝置產(chǎn)出的氫氣儲(chǔ)存起來，并經(jīng)過放氫過程后，通過增壓系統(tǒng)，為后端加注裝置以及氫燃料電池提供穩(wěn)定可靠的氫氣需求。

鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫車不僅儲(chǔ)氫量大，而且可以進(jìn)行常溫常壓運(yùn)輸，安全性能極佳，此外，利用鎂合金對(duì)氫氣的選擇性吸附還可以對(duì)氫氣進(jìn)行凈化，釋放的氫氣可以達(dá)到高純氫甚至超純氫的標(biāo)準(zhǔn)，可以直接給燃料電池車輛使用。

通過固態(tài)儲(chǔ)氫車可實(shí)現(xiàn)氫氣的長(zhǎng)距離、常溫常壓安全儲(chǔ)運(yùn)的模式，并具備大容量、高密度、可長(zhǎng)期循環(huán)儲(chǔ)放氫的能力，從而代替現(xiàn)有長(zhǎng)管拖車來進(jìn)行面向加氫站或已有工業(yè)客戶的氫氣運(yùn)輸，大幅降低氫氣的儲(chǔ)運(yùn)成本，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

此外，氫楓能源還向勢(shì)銀氫鏈透露，固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)因其常溫、常壓的工作環(huán)境，安全性較高，可在密閉空間、小型應(yīng)用、重量不敏感領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，如果將固態(tài)儲(chǔ)氫作為儲(chǔ)能手段則為鋰電儲(chǔ)能的60倍，這也代表了固態(tài)儲(chǔ)氫在大型儲(chǔ)能場(chǎng)景應(yīng)用具有較大的優(yōu)勢(shì)。

有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫“粉墨登場(chǎng)”

有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫是通過加氫反應(yīng)將氫氣與甲烷等芳香族有機(jī)化合物固定，形成分子內(nèi)結(jié)合有氫的甲基環(huán)己烷等飽和環(huán)狀化合物，從而可在常溫和常壓下，以液態(tài)形式進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸，并在使用地點(diǎn)在催化劑作用下通過脫氫反應(yīng)提取出所需量的氫氣。

其技術(shù)關(guān)鍵在于選擇合適的儲(chǔ)氫介質(zhì)，但相關(guān)應(yīng)用需要克服催化劑反應(yīng)失活、加氫脫氫裝置操作成本、反應(yīng)效率及副產(chǎn)應(yīng)處理等難點(diǎn)。

2023年，基于中氫源安安全有機(jī)液儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)的首個(gè)純氫供熱示范項(xiàng)目在北京市石景山區(qū)全面落成；由中國(guó)化學(xué)建投公司投建全球首套常溫常壓有機(jī)液體儲(chǔ)氫加注一體化裝置在上海金山碳谷綠灣舉行開車儀式，而在2022年，氫陽(yáng)能源與中船712所就已有相關(guān)項(xiàng)目落地，有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫從“幕后來至臺(tái)前”，其發(fā)展開始入軌。

氫能儲(chǔ)運(yùn)作為氫氣大規(guī)模應(yīng)用的前提，除以上幾種儲(chǔ)運(yùn)方式的發(fā)展外，合成氨、合成甲醇等新型儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的興起，也將為氫能儲(chǔ)運(yùn)提供更多選擇。

而早在國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035）》就已提到：我國(guó)將以安全可控為前提，積極推進(jìn)技術(shù)材料工藝創(chuàng)新，支持開展多種儲(chǔ)氫方式的探索和實(shí)踐，指明了未來氫儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的道路。

提高高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)效率，加快降低儲(chǔ)運(yùn)成本，有效提升高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)商業(yè)化水平；

推動(dòng)低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，探索固態(tài)、深冷高壓、有機(jī)液體等儲(chǔ)運(yùn)方式應(yīng)用；

開展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點(diǎn)示范；

逐步構(gòu)建高密度、輕量化、低成本、多元化的氫儲(chǔ)運(yùn)體系。

（圖片來源：veer圖庫(kù)）

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