中國儲能網(wǎng)訊：我國氫能產(chǎn)業(yè)在儲運(yùn)環(huán)節(jié)已涌現(xiàn)多條技術(shù)路線，不同的技術(shù)路線適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域。從儲氫成本、技術(shù)、安全性等方面來看，高壓氣態(tài)儲氫仍是當(dāng)下儲氫方式的最優(yōu)選擇，中短期高壓氣態(tài)儲氫仍將是主流。其中，儲氫井技術(shù)因建造工藝簡單、適用場景靈活、安全性高、儲氫潛力大等優(yōu)點(diǎn)，未來有望成為高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。
□本報記者 楊靜麗 通訊員 蔣琳琳 牛成成 王碧輝 楊嶺敏 文/圖
近日，我國以氫楓為代表的技術(shù)團(tuán)隊，形成了集鎂基固態(tài)儲氫材料、吸放氫控制系統(tǒng)等于一體的鎂基固態(tài)儲運(yùn)氫系統(tǒng)成熟產(chǎn)品，并率先進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括氫的生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸和應(yīng)用四個環(huán)節(jié)，規(guī)模龐大且繁雜，其中，氫能儲運(yùn)環(huán)節(jié)作為連接從氫能生產(chǎn)到應(yīng)用的橋梁，是高效利用氫能的關(guān)鍵，更是推動氫能大規(guī)模發(fā)展的重要因素。因此，如何實(shí)現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)儲運(yùn)，推動氫能多元化應(yīng)用，一直是國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。
儲運(yùn)：氫能發(fā)展的“命門”
隨著清潔低碳經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，新能源的需求越來越大。氫能以無污染、可儲存、易運(yùn)輸、來源廣、熱值高、應(yīng)用場景豐富、燃點(diǎn)低等特性，被公認(rèn)為是最有前景的清潔能源之一。
我國不僅將氫能納入國家能源戰(zhàn)略體系，而且出臺了一系列政策支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前，我國氫氣產(chǎn)能約4100萬噸/年，年產(chǎn)量約3000萬噸。為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，2060年，我國氫氣需求量將從3000余萬噸增至1.2億噸，在終端能源體系中占比達(dá)到20%。隨著氫氣需求量大幅增加，儲氫技術(shù)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
氫作為一種氣態(tài)物質(zhì)，科研人員一直致力于通過提高氫的密度，從而將其儲存起來以提高氫的利用效率，但氫儲存難度較大。主要有以下三點(diǎn)原因：第一，所有元素中氫最輕，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，密度為0.0899克/升，不到水的萬分之一。在零下252.7攝氏度可成為液態(tài)，密度為70克/升，僅為水的1/15。第二，作為元素周期表上的第一號元素，氫的原子半徑非常小，能穿過大部分肉眼看不到的微孔，在高溫、高壓下，甚至可以穿過很厚的鋼板。第三，氫非常活潑，穩(wěn)定性極差，泄漏后易發(fā)生燃燒和爆炸，爆炸極限在4%~74.2%（氫氣的體積占混合氣總體積比）。
由于氫具有重量輕、密度小、液化溫度低、性質(zhì)活潑等特性，使得其儲運(yùn)難度大、成本高、安全性低，在氫能產(chǎn)業(yè)鏈中，氫的儲運(yùn)成本通常占總成本的30%，在某些情況下甚至高達(dá)40%。
從氫能的上中下游各環(huán)節(jié)發(fā)展情況來看，制氫、加氫、用氫其實(shí)都比較容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展。氫能產(chǎn)業(yè)的短板在于氫能儲運(yùn)，可以說，儲氫技術(shù)的效率和成本直接影響整個氫能產(chǎn)業(yè)鏈的運(yùn)作效率和經(jīng)濟(jì)效益，儲運(yùn)是氫能發(fā)展的“命門”。因此，提高氫能儲運(yùn)效率、降低儲運(yùn)成本，是推動氫能規(guī)模應(yīng)用的突破口。
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氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)，誰才是最佳儲運(yùn)方式？
儲氫是氫能應(yīng)用現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈的能量樞紐和能量“銀行”，發(fā)揮穩(wěn)定儲供的“蓄水池”作用。氫氣的質(zhì)量能量密度約為每千克120兆焦，約為汽油、柴油、天然氣的2.7倍，但單位體積能量密度僅為天然氣的1/3，如何保持高能量密度儲存是儲氫技術(shù)的關(guān)鍵。
儲運(yùn)方式包括物理儲運(yùn)和化學(xué)儲運(yùn)。物理儲運(yùn)有低壓、高壓和低溫三種方式，對應(yīng)的是管道儲運(yùn)、高壓管束儲運(yùn)和液氫槽罐儲運(yùn)等；化學(xué)儲運(yùn)是將氫氣以化合物或金屬吸附的方式儲運(yùn)，到應(yīng)用端通過催化劑將氫氣裂解出來，包括液氨、甲醇、有機(jī)液體儲氫（LOHC）和固態(tài)儲氫。
按照氫的不同形態(tài)，當(dāng)前儲氫的主要方式可分為高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、有機(jī)液態(tài)儲氫、固體材料儲氫。
高壓氣態(tài)儲氫是把氫氣壓縮后儲存在相應(yīng)容器里，是目前發(fā)展最成熟、最常用的儲氫技術(shù)，預(yù)計在未來較長時間仍將占據(jù)氫能儲存技術(shù)的主導(dǎo)地位。高壓氣態(tài)儲氫包括容器儲氫、地質(zhì)儲氫等。
容器儲氫是指在氫氣臨界溫度以上，用高壓將氫氣壓縮至儲氫容器里。在氫能汽車領(lǐng)域常采用儲氫瓶作為儲氫容器，I型瓶、II型瓶因氫脆問題嚴(yán)重，不適合車載使用。目前國外主要使用的是IV型瓶。受限于碳纖維、樹脂性差，國內(nèi)目前主要使用的是35兆帕的III型瓶。
管道儲氫也屬于容器儲氫。管道運(yùn)輸不受地理環(huán)境限制，可以實(shí)現(xiàn)跨國、跨地區(qū)長距離輸送，有助于優(yōu)化資源配置。目前我國氫能管道運(yùn)輸還處于發(fā)展階段，尚未大規(guī)模普及。管道輸氫需要考慮基礎(chǔ)設(shè)施投入問題，氫氣專輸管道單位長度投資大約是天然氣管道的3倍，摻氫或改造這兩種途徑目前均存在一些局限和未知因素。
地質(zhì)儲氫是像建設(shè)儲氣庫那樣建設(shè)儲氫庫，是氫能大規(guī)模儲備的有效途徑，是我國大規(guī)模儲氫的優(yōu)先發(fā)展方向。從長遠(yuǎn)來看，氫能要實(shí)現(xiàn)對凈零排放的重大貢獻(xiàn)，就必須進(jìn)行大規(guī)模儲存。地質(zhì)儲氫由于規(guī)模大、綜合成本低而廣受關(guān)注。
值得一提的是，儲氫井也是高壓氣態(tài)儲氫的一種方式。儲氫井是指深埋在地下、使用專用材料制作而成的氫氣儲存地埋井，具有安全系數(shù)高、儲氫潛力大等特點(diǎn)，占地面積僅為目前普遍使用的地上儲氫設(shè)備的1/10~1/5。儲氫井作為站用儲氫形式的應(yīng)用在國外還是空白。中國石化在該領(lǐng)域進(jìn)行前瞻性嘗試，于2021年8月在重慶半山環(huán)道綜合加能站開展先導(dǎo)試驗(yàn)。該站是國內(nèi)首座應(yīng)用儲氫井技術(shù)的加氫站，日供氫能力1000千克。中國石化擁有儲氫井核心技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)，重慶半山環(huán)道綜合加能站先導(dǎo)試驗(yàn)的成功對加氫站的配建改造具有示范效應(yīng)。
低溫液態(tài)儲氫技術(shù)是利用氫氣在高壓、低溫條件下液化，體積密度為氣態(tài)時的845倍，實(shí)現(xiàn)高效儲氫，輸送效率遠(yuǎn)高于氣態(tài)氫。但液態(tài)氫的沸點(diǎn)極低，對儲罐材料的絕熱性能有極高要求。由于液態(tài)氫與液態(tài)氧配對時產(chǎn)生高比沖，這種儲氫技術(shù)適用于長距離儲運(yùn)，比如用作航空運(yùn)載火箭的燃料或低溫推進(jìn)劑。低溫絕熱技術(shù)及儲氫容器的設(shè)計是低溫液態(tài)儲氫技術(shù)能否取得進(jìn)步的關(guān)鍵。這種儲氫技術(shù)一次性投資成本大、技術(shù)要求高，所以，降低液化成本、提高儲氫罐的絕熱性能是目前研發(fā)的難點(diǎn)。我國液態(tài)氫的應(yīng)用主要集中于航天領(lǐng)域，民用液態(tài)氫儲存容器材料和絕熱技術(shù)還不成熟，工程實(shí)例較少。
有機(jī)液態(tài)儲氫技術(shù)是基于不飽和液體有機(jī)物在催化劑作用下進(jìn)行加氫反應(yīng)，生成穩(wěn)定化合物，當(dāng)需要?dú)錃鈺r再進(jìn)行脫氫反應(yīng)。有機(jī)液態(tài)儲氫具有成本低、密度大、吸脫氫過程可多次循環(huán)、安全穩(wěn)定且常溫常壓下為液體便于運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，但操作條件相對苛刻，存在配備裝置成本較高、氫氣純度較低、高溫脫氫條件下致催化劑結(jié)焦失活等缺點(diǎn)。
固體材料儲氫技術(shù)主要依賴儲氫材料的吸氫、脫氫能力，儲氫材料可分為物理吸附類儲氫材料與化學(xué)吸附類儲氫材料。固態(tài)儲氫技術(shù)具有體積儲氫密度大、安全性好、儲存時間長等優(yōu)點(diǎn)。然而，固態(tài)儲氫也面臨一些挑戰(zhàn)，如材料性能需要進(jìn)一步提升、成本需要進(jìn)一步降低、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化需要進(jìn)一步加強(qiáng)等。
高效率、低成本，是氫能儲存未來發(fā)展趨勢
當(dāng)前，我國儲氫技術(shù)仍處于發(fā)展前期，但勢頭強(qiáng)勁。我國氫能產(chǎn)業(yè)在儲運(yùn)環(huán)節(jié)已涌現(xiàn)多條技術(shù)路線，不同的技術(shù)路線適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域。任何一項技術(shù)能夠發(fā)展成為推動人類社會進(jìn)步的科技力量，必須符合價廉、安全、好用的原則。針對目前氫能儲存技術(shù)的發(fā)展，未來應(yīng)注重對儲氫機(jī)理的研究，從理論層面上尋求提高儲氫密度、降低吸放氫溫度的途徑；研究要盡可能多地直接面對市場，注重實(shí)用性；盡快完善儲氫系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及安全評價體系，保證儲氫系統(tǒng)安全可靠。
從儲氫成本、技術(shù)、安全性等方面來看，高壓氣態(tài)儲氫仍是當(dāng)下儲氫方式的最優(yōu)選擇，中短期高壓氣態(tài)儲氫仍將是主流。其中儲氫井技術(shù)因建造工藝簡單、適用場景靈活、安全性高、儲氫潛力大等優(yōu)點(diǎn)，未來有望成為高壓氣態(tài)儲氫的主要發(fā)展方向之一。
因受技術(shù)和成本端的制約，國內(nèi)低溫液態(tài)儲氫、有機(jī)液態(tài)儲氫、固體材料儲氫技術(shù)短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，長期來看，待技術(shù)突破及產(chǎn)能擴(kuò)大后，液態(tài)儲氫與固體材料儲氫有望成為儲氫的主流方式。
盡管儲氫技術(shù)已取得顯著進(jìn)展，但目前仍面臨提高儲氫密度、確保安全性及降低成本等挑戰(zhàn)。同時，氫能產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尚未跟上市場需求的步伐，進(jìn)一步限制了氫能的廣泛應(yīng)用。
新聞會客廳
儲氫井在液態(tài)儲氫方面具有巨大潛力
伊偉鍇 中國石化石油工程技術(shù)研究院新能源工程技術(shù)研究中心副經(jīng)理
問：儲氫領(lǐng)域研究對中國石化打造“中國第一氫能公司”有怎樣的意義？
答：當(dāng)前，探索一種清潔、高效的可再生能源替代傳統(tǒng)化石能源，已成為全球共同面臨的緊迫課題。儲氫作為一種新型儲能類型，在清潔、高效、可持續(xù)等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，是未來能源轉(zhuǎn)型的重要方向之一。近年來，中國石化加快打造中國第一氫能公司，圍繞綠氫煉化、氫能交通加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)布局，大力推進(jìn)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，通過大型綠電制氫項目及加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，帶動氫能裝備研發(fā)和制造企業(yè)發(fā)展，積極推動氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
儲氫領(lǐng)域的技術(shù)突破對延長氫能產(chǎn)業(yè)鏈、加速氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展意義非凡。儲氫領(lǐng)域?qū)ρ由鞖淠墚a(chǎn)業(yè)鏈的影響主要體現(xiàn)在提高氫能儲運(yùn)效率、降低成本、確保安全性，以及推動氫能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用方面。
儲氫技術(shù)是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響氫能的制備、儲存、運(yùn)輸和應(yīng)用等環(huán)節(jié)，對促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。提高氫能儲運(yùn)效率、降低儲運(yùn)成本，是當(dāng)前集團(tuán)公司氫能領(lǐng)域科研攻關(guān)的一項重要工作。
問：中國石化在儲氫領(lǐng)域做了哪些嘗試？
答：截至目前，中國石化已累計投資10家氫能企業(yè)。2024年7月，中國石化新星（內(nèi)蒙古）西氫東送新能源有限公司發(fā)布內(nèi)蒙古烏蘭察布至京津冀地區(qū)氫氣輸送管道示范工程環(huán)境影響評價工程相關(guān)招標(biāo)公告，該輸氫管道示范工程途經(jīng)內(nèi)蒙古、山西、河北、北京和天津等地，管道全長約1145公里，近期設(shè)計輸氫能力10萬噸/年、遠(yuǎn)期規(guī)劃輸氫能力50萬噸/年，這意味著我國長距離大規(guī)模輸氫管道已漸行漸近。
問：針對目前儲氫領(lǐng)域的短板，未來要開展哪些工作？
答：在制氫技術(shù)迅速發(fā)展的當(dāng)下，儲氫行業(yè)正站在一個新的起點(diǎn)上，儲氫行業(yè)必將迎來更快速、更可持續(xù)的發(fā)展。圍繞打造原創(chuàng)技術(shù)策源地，中國石化加快核心技術(shù)攻關(guān)。目前，在儲氫技術(shù)方面，中國石化石油工程技術(shù)研究院主要開展了“井筒高壓儲氫技術(shù)研究”的前瞻項目和“直徑339.7毫米儲氫井關(guān)鍵工程技術(shù)研究”等攻關(guān)項目，并依托油田單位和銷售公司開展儲氫井的示范應(yīng)用配套項目，研發(fā)了大口徑儲氫套管、井口裝置和井底裝置，配套研發(fā)了儲氫井泄漏檢測監(jiān)測和修復(fù)技術(shù)。
儲氫井在液態(tài)儲氫方面具有巨大潛力。目前，國內(nèi)外在液氫儲氫井建設(shè)方面尚屬空白。未來可以在構(gòu)造形式、管材選擇、防氫脆技術(shù)、絕熱方式選擇等方面進(jìn)行探索性研究，并開展液態(tài)儲氫井實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和關(guān)鍵技術(shù)研究，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的液態(tài)儲氫井技術(shù)體系。
高壓氣態(tài)儲氫井在安全、儲氫潛力和占地面積方面具有無可比擬的優(yōu)勢?？蒲袉挝恍枰趦渚矫嫘纬纱笾睆?、高壓力儲氫井關(guān)鍵技術(shù)體系，并具備大規(guī)模儲氫井施工的資質(zhì)和能力，努力使地下儲氫技術(shù)處于國際先進(jìn)水平。目前，石油工程技術(shù)研究院已根據(jù)儲氫井科研攻關(guān)和技術(shù)創(chuàng)新的需求，同步建設(shè)高壓氣態(tài)儲氫井工程模擬實(shí)驗(yàn)室，為氫能產(chǎn)業(yè)提供關(guān)鍵技術(shù)研究和工程驗(yàn)證平臺，推動氫能技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，為中國石化綠氫能源戰(zhàn)略發(fā)展提供技術(shù)保障。
（楊靜麗 蔣琳琳 整理）
企業(yè)實(shí)踐
廣州工程：聯(lián)合開發(fā)新型高壓儲氫瓶組
本報訊 近日，廣州工程公司與中船雙瑞（洛陽）特種裝備公司聯(lián)合開發(fā)的設(shè)計壓力50兆帕、容積3立方米高壓儲氫瓶在洛陽實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，開始供應(yīng)中船718所等加氫站。這是雙方繼35兆帕系列產(chǎn)品后在新型儲氫裝備領(lǐng)域取得的又一突破，進(jìn)一步提升了氫能全新業(yè)務(wù)鏈的競爭力。
該公司把以氫能為核心的新能源業(yè)務(wù)作為轉(zhuǎn)型發(fā)展的優(yōu)先方向，不僅參加了萬噸級綠氫工程技術(shù)開發(fā)及綠氫煉化示范、燃料電池車用氫氣純化、油氫合建站及供應(yīng)鏈構(gòu)建與應(yīng)用等“十條龍”課題攻關(guān)，圍繞綠氫制備、儲存、運(yùn)輸、加注等環(huán)節(jié)開展研究，而且通過工程設(shè)計或總承包模式建成了一批氫燃料電池供氫中心、油氫合建站。
儲氫和輸氫是連接氫源和終端用戶的橋梁，也是影響氫能成本的關(guān)鍵要素。近年來，在集團(tuán)公司大力支持下，該公司作為重要參與方承擔(dān)了超高強(qiáng)度高壓儲氫用材料及裝備、大型雙殼真空絕熱型液氫球罐及儲罐工程技術(shù)、大功率供氫系統(tǒng)常溫常壓儲氫材料技術(shù)等國家和集團(tuán)公司多項重點(diǎn)科研課題，涉及氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫等多個領(lǐng)域，已圍繞25兆帕球形儲罐儲氫容器、50兆帕鋼帶纏繞儲氫容器等儲氫裝備及新材料申報專利20余項。
該公司與中船雙瑞（洛陽）特種裝備公司達(dá)成合作協(xié)議，在做好加氫站整體設(shè)計、高壓儲氫壓力容器計算分析的同時，圍繞材料特性、產(chǎn)品加工制造工藝反復(fù)試驗(yàn)，相繼突破了大壁厚鋼管旋壓、容器熱處理工藝及新材料等關(guān)鍵技術(shù)，生產(chǎn)出設(shè)計壓力22~41兆帕、容積6~18立方米的儲氫瓶組，受到用戶好評。（李建永）
石化機(jī)械：設(shè)計制造大排量氫氣壓縮機(jī)
本報訊 石化機(jī)械作為中國石化氫能裝備制造基地，積極發(fā)展氫能裝備產(chǎn)業(yè)，依托以超高壓結(jié)構(gòu)技術(shù)、超高硬材料技術(shù)、超高能控制技術(shù)、超高精制造技術(shù)為核心的科技創(chuàng)新體系，大力加強(qiáng)氫能裝備基礎(chǔ)應(yīng)用研究，系統(tǒng)構(gòu)建研發(fā)體系，掌握多項關(guān)鍵核心技術(shù)，取得相關(guān)專利50余項，目前，具備了制氫、儲氫、加氫、輸氫的裝備制造能力。
石化機(jī)械下屬三機(jī)分公司有30多年研發(fā)制造天然氣壓縮機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，是中國石化壓縮機(jī)國產(chǎn)化制造基地。針對儲氣庫設(shè)計進(jìn)氣壓力和排量、排壓、排溫等具體要求，該公司自主設(shè)計開發(fā)了“大吞大吐”能力強(qiáng)的高壓大功率儲氣庫壓縮機(jī)，應(yīng)用于文23儲氣庫、文96儲氣庫、江漢鹽穴儲氣庫等重點(diǎn)工程。
多年研制儲氣庫壓縮機(jī)的技術(shù)積累，為自主研制儲氫裝備提供了經(jīng)驗(yàn)。石化機(jī)械先后研制出45兆帕、90兆帕氫氣壓縮機(jī)，并為燕山石化二期萬方級氫氣提純設(shè)施項目設(shè)計制造了3臺33兆帕高效大排量氫氣隔膜壓縮機(jī)，為京津冀地區(qū)高純氫氣供應(yīng)需求提供性能領(lǐng)先的裝備支持。為確保壓縮機(jī)關(guān)鍵性能指標(biāo)完全滿足設(shè)計要求，每臺氫氣壓縮機(jī)成橇采用直觀可視的全三維設(shè)計和脈動分析優(yōu)化管路布局，并順利通過HAZOP和SIL等級評定。
目前，為滿足大排量管道輸氫工程的需求，石化機(jī)械自主研制了萬方級往復(fù)式氫氣壓縮機(jī)，提升了制氫、儲氫、加氫、輸氫的裝備制造能力，助力中國石化打造中國第一氫能公司。（盧 鵬）
