中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：氫能以其清潔、高效的特點(diǎn)被公認(rèn)為未來(lái)最有潛力的能源載體，上一篇，我們主要介紹了氫氣的制備方法，水電解制氫技術(shù)及其安全防控。安全、高效的儲(chǔ)存技術(shù)是實(shí)現(xiàn)氫能利用的關(guān)鍵。在氫氣儲(chǔ)存方面，目前是如何實(shí)現(xiàn)安全使用的？
氫氣的儲(chǔ)存主要有高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫和有機(jī)液體儲(chǔ)氫。在我國(guó)，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫應(yīng)用最為廣泛。
? 高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫應(yīng)用在我國(guó)最為廣泛
高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫以氣罐為儲(chǔ)存容器，通過(guò)高壓壓縮的方式存儲(chǔ)氣態(tài)氫。其優(yōu)點(diǎn)是成本低、能耗相對(duì)小，可以通過(guò)減壓閥調(diào)節(jié)氫氣的釋放速度，充放氣速度快，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，能在瞬間開(kāi)關(guān)氫氣。
根據(jù)應(yīng)用方式的不同，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫分為車用高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和固定式高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫。
車用高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫主要應(yīng)用于車載系統(tǒng)，大多使用金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶（III型）和塑料內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶（IV型）。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)車載系統(tǒng)中主要以III型瓶為主，國(guó)內(nèi)有北京科泰克、北京天海、沈陽(yáng)斯林達(dá)、中材、富瑞特裝等多家車用氫瓶生產(chǎn)企業(yè)。
固定式高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫主要應(yīng)用在固定場(chǎng)所，如制氫廠、加氫站以及其他需要儲(chǔ)存高壓氫氣的地方。目前主要使用大直徑儲(chǔ)氫長(zhǎng)管和鋼帶錯(cuò)繞式儲(chǔ)氫罐來(lái)儲(chǔ)氫。
大直徑儲(chǔ)氫長(zhǎng)管方面，石家莊安瑞科氣體機(jī)械有限公司2002年在國(guó)內(nèi)率先研制成功20/25MPa大容積儲(chǔ)氫長(zhǎng)管，并應(yīng)用于大規(guī)模氫氣運(yùn)輸。繼而開(kāi)發(fā)的45MPa儲(chǔ)氫瓶組，已成功用于國(guó)內(nèi)眾多加氫站。長(zhǎng)管氣瓶材料為鉻鉬鋼4130X，強(qiáng)度高，具有良好的抗氫脆能力。
鋼帶錯(cuò)繞式儲(chǔ)氫罐目前有45Mpa和98Mpa兩種型號(hào)，如浙大與巨化集團(tuán)制造生產(chǎn)的兩臺(tái)國(guó)內(nèi)最高壓力等級(jí)98MPa立式高壓儲(chǔ)罐，安裝在江蘇常熟的豐田加氫站中。
? 低溫液態(tài)儲(chǔ)氫是未來(lái)重要發(fā)展方向
低溫液態(tài)儲(chǔ)氫是將氫氣壓縮后冷卻到-252 ℃以下，使之液化并存放在絕熱真空儲(chǔ)存器中。與高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫相比，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫的質(zhì)量和體積的儲(chǔ)氫密度都有大幅度提高，通常低溫液態(tài)儲(chǔ)氫質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度可以達(dá)到5.7%。僅從質(zhì)量和體積儲(chǔ)氫密度分析，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫是比較理想的儲(chǔ)氫技術(shù)，是未來(lái)重要的發(fā)展方向，它的運(yùn)輸能力是高壓氣態(tài)氫氣運(yùn)輸?shù)氖兑陨?，可配合大?guī)模風(fēng)電、水電、光電電解水制氫儲(chǔ)運(yùn)。
在歐美日等國(guó)家，液氫應(yīng)用相對(duì)比較成熟，在運(yùn)輸、加氫站和車載中都有應(yīng)用。我國(guó)液氫目前主要應(yīng)用在航天領(lǐng)域，以及少數(shù)的電子行業(yè)。航天101所在液氫的制備、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用上都有成熟的經(jīng)驗(yàn)。
我國(guó)相關(guān)部門正在研究制定液氫民用標(biāo)準(zhǔn)，車用液氫技術(shù)研究正在進(jìn)行中，液氫將應(yīng)用在一些長(zhǎng)途、重型商用車，以及加氫站中。
? 金屬氫化物儲(chǔ)氫適用于重量不敏感領(lǐng)域
金屬氫化物儲(chǔ)氫是利用過(guò)渡金屬或稀土材料與氫反應(yīng)，以金屬氫化物形式吸附氫，然后加熱氫化物釋放氫。
金屬氫化物質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度在2%～4.5 %，由于儲(chǔ)氫合金安全、無(wú)污染、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，目前主要應(yīng)用于潛艇、船舶等需要配重及港口等對(duì)重量不敏感的大型器械方面。
北京有色院、北京浩運(yùn)金能、廈門鎢業(yè)、寧波申江、湖南科力遠(yuǎn)、安泰科技、江蘇申建等公司都在進(jìn)行固體儲(chǔ)氫材料的研究。
? 有機(jī)液體儲(chǔ)氫方便運(yùn)輸和儲(chǔ)存
有機(jī)液體儲(chǔ)氫是利用不飽和芳香烴、烯炔烴等作為儲(chǔ)氫載體，與氫氣發(fā)生可逆化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)放氫，質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度達(dá)到7%左右，在到達(dá)用戶端時(shí)，載氫液體通過(guò)催化反應(yīng)器釋放氫氣供氫燃料電池使用。經(jīng)脫氫后儲(chǔ)氫載體再回流到儲(chǔ)罐中，并到加氫站置換新的載氫液體有機(jī)儲(chǔ)氫。
液體有機(jī)儲(chǔ)氫材料最大的特點(diǎn)就是常溫下為液態(tài)，能夠十分方便地運(yùn)輸和儲(chǔ)存。整個(gè)使用過(guò)程中完全通過(guò)熱交換降低能耗，且沒(méi)有溫室氣體排放，安全保障。
其中，武漢氫陽(yáng)研發(fā)了一種稠雜環(huán)有機(jī)分子作為有機(jī)液體儲(chǔ)氫材料，儲(chǔ)氫高達(dá)58g/L，不存在副產(chǎn)物，可逆性好，并可在常溫常壓下利用管道、槽罐車等運(yùn)輸。該有機(jī)液體儲(chǔ)氫材料已經(jīng)投入應(yīng)用。
? 35MPa和70MPa高壓儲(chǔ)氫瓶相應(yīng)國(guó)標(biāo)已發(fā)布并實(shí)施
我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的氫氣儲(chǔ)存方式是高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫氣瓶的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用必須要有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以保障其安全性。
目前，我國(guó)已經(jīng)完成能夠適用于35MPa和70MPa的高壓儲(chǔ)氫瓶的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 35544-2017《車用壓縮氫氣鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》，于2017年12月29日發(fā)布，2018年7月1日開(kāi)始實(shí)施。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了車用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶的型式和參數(shù)、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)注、包裝運(yùn)輸和存儲(chǔ)等要求，保障了高壓儲(chǔ)氫氣瓶的安全性。
? 車載高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫現(xiàn)有防護(hù)措施能有效解決泄漏、爆炸等問(wèn)題
車載高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫安全防護(hù)措施主要有過(guò)溫報(bào)警、起火防護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和氫氣泄露監(jiān)控等。
?過(guò)溫報(bào)警：儲(chǔ)氫瓶上安裝的溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)瓶?jī)?nèi)氣體溫度，傳感器將溫度信號(hào)發(fā)送到駕駛室儀表盤上，從而判斷瓶?jī)?nèi)氫氣是否超溫。
?起火防護(hù)：當(dāng)儲(chǔ)氫瓶處于起火環(huán)境中時(shí)，溫度傳感器和壓力傳感器會(huì)檢測(cè)到瓶?jī)?nèi)氣體溫度和壓力的異常并切斷氫氣供應(yīng)。同時(shí)，瓶閥上安裝有壓力泄放裝置。
?過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)儲(chǔ)氫瓶中氫氣壓力過(guò)高時(shí)，能通過(guò)壓力泄放裝置自動(dòng)泄壓，保證儲(chǔ)氫瓶在安全的工作壓力范圍之內(nèi)。
?過(guò)流保護(hù)：當(dāng)供氫管道斷裂，溢流閥開(kāi)啟，進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，截?cái)鄽怏w泄漏。
?氫氣泄漏監(jiān)控：儲(chǔ)氫瓶電磁閥與氫氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)泄漏氫氣濃度達(dá)到保護(hù)值時(shí)將自動(dòng)關(guān)閉，從而切斷氫氣供應(yīng)。
綜合以上，現(xiàn)有的防護(hù)措施能有效的解決高壓車載儲(chǔ)氫瓶的氫氣泄漏、爆炸等問(wèn)題。
? 固定式高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫按照儲(chǔ)氫裝置不同有著不同的安全防護(hù)措施
大直徑儲(chǔ)氫長(zhǎng)管需要從氣瓶質(zhì)量、爆破片裝置、壓力表、溫度計(jì)和安全聯(lián)鎖裝置等方面做好防護(hù)。
?氣瓶質(zhì)量：氣瓶?jī)?nèi)外表面均經(jīng)過(guò)噴丸處理，并用內(nèi)窺攝像系統(tǒng)逐只進(jìn)行內(nèi)部全面檢查，確保內(nèi)部質(zhì)量。氣瓶成形及水壓試驗(yàn)后逐只進(jìn)行磁粉檢測(cè)，確保不得有任何裂紋狀缺陷存在，且氣瓶的兩端螺紋均經(jīng)磁粉檢測(cè)，確保連接螺紋質(zhì)量可靠。
?爆破片裝置：爆破片裝在氣瓶的兩端，較安全閥體積小、重量輕，但密封可靠，同時(shí)其泄放面積較同體積的安全閥泄放面積要大得多。
?壓力表：氣瓶充卸氣管路上設(shè)置有壓力表，量程取1.5-3倍的工作壓力，精度1.5級(jí)。壓力表采用防震型，其前端設(shè)置壓力表閥，便于更換拆卸。
?溫度計(jì)：考慮到工作環(huán)境溫度及充氣時(shí)氣體溫度升高、卸氣時(shí)氣體溫度降低等因素，溫度計(jì)測(cè)量范圍應(yīng)覆蓋最低和最高工作溫度，測(cè)量范圍應(yīng)取-40-80。溫度計(jì)多采用雙金屬型，讀數(shù)方便，堅(jiān)固耐用，且采用防護(hù)套管與介質(zhì)隔開(kāi)，易于更換拆卸。
?安全聯(lián)鎖裝置：裝卸氣過(guò)程中，即操作倉(cāng)門打開(kāi)狀態(tài)，嚴(yán)禁拖車啟動(dòng)運(yùn)行，否則會(huì)造成裝卸軟管等連接部位拉斷、氣體泄漏等嚴(yán)重事故。
鋼帶錯(cuò)繞式儲(chǔ)氣罐則安全性高，氣罐使用溫度-40～60℃，儲(chǔ)存壓力45-95MPa。采用抗氫脆、抗氫腐蝕的奧氏體不銹鋼，同時(shí)擁有抑爆抗爆、缺陷分散、運(yùn)行狀態(tài)在線診斷等優(yōu)點(diǎn)，儲(chǔ)氣罐安裝安全閥、壓力傳感器、溫度傳感器、氫氣泄漏探頭，通過(guò)對(duì)氣罐的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控，可時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐安全狀態(tài)。
總體而言，目前，35MPa氣態(tài)儲(chǔ)氫主要應(yīng)用于城市內(nèi)車輛，如城市公交車、物流車、團(tuán)體班車；70MPa已經(jīng)研發(fā)成功，主要應(yīng)用于乘用車；液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)成熟，在我國(guó)主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，民用推廣實(shí)現(xiàn)后，可解決長(zhǎng)途、重載、大功率商用車的用氫需求；有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)突破后，可應(yīng)用于大部分用氫領(lǐng)域；固體儲(chǔ)氫適用于對(duì)重量不敏感的領(lǐng)域。
