氢气作为一种能源具有高能量密度以及清洁性等优点,发展空间广阔。
目前氢能储运成本约占总成本的30%。
为降低这部分成本,部分企业选择氢气就地消纳,跳过储运环节,然而这种方式目前主要适用于西北地区的大型绿氢综合利用项目,或是以非可再生能源制氢为氢源的制氢加氢一体化站。氢气的生产与消纳无法完全保证在同一地点,因而发展高效低成本氢储运技术显得尤为重要。
现阶段,氢气的储存方法主要包括高压气态储氢、固体材料储氢、低温液态储氢和有机液态储氢。
3月23日,国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》。关于氢储运,文件提到:要以安全可控为前提,积极推进技术材料工艺创新,支持开展多种储运方式的探索和实践。提高高压气态储运效率,加快降低储运成本,有效提升高压气态储运商业化水平。推动低温液氢储运产业化应用,探索固态、深冷高压、有机液体等储运方式应用。开展掺氢天然气管道、纯氢管道等试点示范。逐步构建高密度、轻量化、低成本、多元化的氢能储运体系。
四种储氢方法优缺点对比:
高压气态储氢:
固定式高压气态储氢主要应用于固定场所,如制氢厂、加氢站以及其它需要储存高压氢气的地方。目前主要使用大直径储氢长管和钢带错绕式储氢罐来储氢。
气氢拖车运输技术成熟,是国内最普遍的运氢方式,但运输效率仅为1-2%,适用于小规模、200km内的短途运输。目前20MPa车约66万,30MPa车约166万。以20MPa压力运输,当运输距离100km时,运输成本为8.66元/kg。随着距离增加,运输成本受人工费和油费推动显著上升。如果运输压力标准由20MPa提升至50MPa,100km的运输成本可降至5.60元/kg。
国内管束储氢企业主要有中集安瑞科、浙江蓝能、北京天海、国富氢能、新兴能源装备、中材科技、众邦能源等企业。
固态材料储氢:
固态材料储氢是通过物理吸附作用或化学反应将氢气储存于固态材料中。与高压气态储氢、低温液态储氢相比,固态材料储氢具有体积储氢密度高、不需要高压容器和隔热容器、安全性好、无爆炸危险、可获得高纯度氢、操作方便等特点。固体储氢材料种类很多,主要包括金属有机框架、纳米结构碳材料、金属氢化物、非金属氢化物等。
固态储氢材料分类及特点:
国内固态储氢企业主要有氢枫能源、佳华利道、氢储能源、有研工研院等。
低温液态储氢:
低温液态储氢是指将氢气冷却到-253℃,使之液化后装到低温储罐中。液氢的密度为70.6kg/m3,质量密度和体积密度也远高于高压气态储氢,是极为理想的储氢方式。但是,氢气液化过程需要消耗大量能源。据资料显示,液化1kg氢需耗电10-20kWh。此外,液氢储存容器必须使用超低温的特殊容器,储存的装料和绝热不完善均易导致氢气蒸发损失,因此液氢储存成本较高,这些因素都制约了液氢的使用。
液氢槽车运输效率高,一台液氢槽车的投资额为50万美元。由于液化成本占总成本的60~70%,因此距离变化对成本影响不明显。运输距离为100km时,液氢罐车的运输成本为13.57元/kg,距离增加至500km时成本为14.01元/kg。
国内液氢企业有国富氢能、中国航天101所、中科富海、鸿达兴业、中集圣达因等。
有机液态储氢:
有机液态储氢是利用烯烃或芳香烃作为储氢载体与氢气反应生成烷烃或环烷烃实现氢气的存储。在一定条件下,这些烷烃、环烷烃还可释放氢气,重新形成烯烃或芳香烃。
基于有机液体储氢载体的氢储能系统示意图
常见有机液态储氢介质的物理参数及理论储氢容量如下:
不同运输方式的运载量及适配半径:
我国氢能产业处于起步阶段,全产业链关键核心技术自主可控是我国氢能产业高质量发展的关键。储运环节是制约当前我国氢能发展的瓶颈之一,安全高效的输氢技术是氢能大规模商业化发展的前提。