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最低成本0.3元/公斤!储氢领域哪里是关键环节?

日期:2022-01-13    来源:国际能源网/氢能汇

国际氢能网

2022
01/13
08:24
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关键词: 储氢领域 氢能产业链 氢能应用

近日,平安证券发布氢能领域研究报告,针对储氢领域进行深入分析。根据分析内容显示:氢能产业链整体可以分为氢能制取、氢能储运、氢能应用三大环节,其中储运环节是高效利用氢能的关键,是影响氢能向大规模方向发展的重要环节。因为氢气特殊的物理、化学性能,使得它储运难度大、成本高、安全性低。

一方面,氢气是世界上密度最小的气体,体积能量密度较低,扩散系数较大;另一方面,氢气的燃点较低,爆炸极限宽,对储运过程中的安全性也有极高的要求。因此如何实现经济、高效、安全的储氢技术是氢能利用走向实用化、产业化的关键。

化学性质决定储氢是一道难题

(1)重量轻、密度小:在所有元素中,氢的重量最轻、密度小,需要提高储运容器压力进而提高氢的密度来提高氢能利用的效率;

(2)液化温度低:常压下氢气在-253℃温度才能液化,液化能耗高、静态蒸发损失大,对液氢储罐要求很高;

(3)原子半径小:氢的原子半径非常小,氢气能穿过大部分肉眼看不到的微孔,在高温、高压下,氢气甚至可以穿过很厚的钢板;

(4)性质活泼:氢气非常活泼,稳定性极差,泄露后易发生燃烧和爆炸,这些因素都对氢气的储运技术提出了挑战。从终端氢气价格组成来看,氢气储运成本占总成本的 30%左右,经济、高效、安全的储运氢技术已成为当前制约氢能规模应用的主要瓶颈之一。

高压储氢是主流

储氢虽然有不同的技术路线,但从现阶段看,高压气态储氢是主流。从技术发展方向来看,目前高压气态储氢技术比较成熟,一定时间内都将是国内主推的储氢技术;有机物液体储氢技术可以利用传统的石油基础设施进行运输、加注,方便建立像加油站那样的加氢网络,相比于其它技术而言,具有独一无二的安全性和运输便利性,但该技术尚有较多技术难题,未来看会极具应用前景;固态储氢应用在燃料电池汽车上优点十分明显,但现在技术还有待突破,短期内不会有较大范围的应用,长期来看发展潜力比较大。

从上述表格对比不难发现,气态储氢的成本低廉,长管拖车的成本只有2.02元/公斤,管输气态储氢的成本更低,只有0.3元/公斤,比起低温液态储氢和有机液态储氢动辄12.25元-15元一公斤的成本,可以算得上物美价廉。

气态储氢技术有待突破

气态储氢作为当前主流技术,有着非常广泛的应用空间。根据材质的不同,高压储氢瓶分为纯钢制金属瓶(I 型)、钢制内胆纤维缠绕瓶(II 型)、金属内胆纤维缠绕瓶(III 型)和塑料内胆纤维缠绕瓶(IV 型)4 种。根据高压氢容器的不同使用要求,可以将高压储氢分为固定式高压储氢、车载轻质高压储氢和运输用高压储氢。

虽然氢能的发展对于储氢罐的应用量在不断增加,但行业的技术依然有待突破。

(1)氢能储运装备的材料方面亟待解决。目前高压氢气长管拖车、管束式集装箱、站用储氢瓶组等设备所用的高强钢既没有制定标准,也没有成熟的材料可供选用,4130X钢已应用于 45MPa站用储氢瓶组,但其可靠性尚未得到充分验证,需要研究提出高压临氢环境下设备选材的安全基本要求,开发专用材料。

针对已有应用经验的 4130X 钢,仍需对其与高压氢气的相容性进行系统研究以掌握氢脆受材料成分、组织、加工方法、氢分压等的影响规律,形成 4130X 钢用于高压氢气储运场合的专项技术要求。对于 IV 型储氢气瓶,需要研发内胆专用塑料材料,建立材料性能指标体系等相应标准。

(2)氢能储运设备设计制造应不断创新。对于 IV 型瓶,其设计制造关键技术主要有内胆结构设计方法、有限元应力分析设计方法、塑料内胆成型方法和工艺、内胆与瓶口密封结构设计方法等,需要研究解决结构尺寸的确定方法及其对气瓶安全性能的影响、内胆与瓶口之间泄漏机理及影响因素、内胆常见缺陷及其成因和预防措施等科学技术问题,有待提出内胆成型、纤维带压缠绕、树脂固化的工艺评定方法。

(3)储氢设备的型式试验能力还不全面,需加强试验环节以提高压力容器的安全性能。对 35MPa以上压力等级的车载氢气瓶,按 GB/T 35544-2017 标准的要求,型式试验项目包括氢气循环试验,但我国目前还没有通过氢循环试验的产品,氢循环试验装置技术复杂度高、投资大、建设周期长、建设难度大、后期维护成本高,我国仅有个别型式试验机构搭建了试验装置。

此外,为推进氢能储运设备的成熟发展,还需要对相应的氢能储运设备使用管理方面提出更高的要求,建立现代化管理平台,通过搭载安全监控系统并构建基于全生命周期的大数据平台,实现储氢压力设备的“智能网联化”。

原文如下:





素材来源:平安证券

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