氫儲能技術(shù)發(fā)展與研究現(xiàn)狀

氫儲能技術(shù)發(fā)展與研究現(xiàn)狀氫能是能源轉(zhuǎn)型升級的重要載體，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的重要解決方案。氫氣儲運(yùn)是連接氫氣生產(chǎn)端和需求端的關(guān)鍵橋梁，低成本高效的氫氣儲運(yùn)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)氫氣大規(guī)模應(yīng)用的必要保障。01.氫氣儲存技術(shù)根據(jù)氫氣的存儲狀態(tài)可將氫氣儲存方式分為常溫高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、有機(jī)液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫等。目前，常溫高壓氣態(tài)儲氫是當(dāng)前我國最成熟的儲氫技術(shù)，占絕對主導(dǎo)地位。低溫液態(tài)儲氫尚處起步階段，是未來大規(guī)模用氫的良好解決方案。有機(jī)液態(tài)儲氫處于技術(shù)研發(fā)階段，是未來有發(fā)展?jié)摿Φ臍錃獾蛢r儲運(yùn)技術(shù)之一。固態(tài)儲氫尚處示范階段，具有實(shí)用化前景的是金屬氫化物基儲氫合金。常溫高壓氣態(tài)儲氫是指將氫氣壓縮在儲氫容器中，通過增壓來提高氫氣的容量，滿足日常使用。這是一種應(yīng)用廣泛、灌裝和使用操作簡單的儲氫方式，具有成本低、能耗低、充放速度快的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是儲氫密度低，安全性較差，只能適用于小規(guī)模、短距離的運(yùn)輸場景。低溫液態(tài)儲氫屬于物理儲存，是一種深冷氫氣存儲技術(shù)。氫氣經(jīng)過壓縮后，深冷到21K（約-253°C）以下，使之變?yōu)橐簹洌缓髢Υ嬖趯Ｓ玫牡蜏亟^熱液氫罐中，密度可達(dá)70.78kg/cm3，是標(biāo)準(zhǔn)情況下氫氣密度的850倍左右，體積比容量大，適用于大規(guī)模、遠(yuǎn)距離的氫能儲運(yùn)。缺點(diǎn)是對儲氫容器的絕熱要求很高，液化和運(yùn)輸過程中能耗大。有機(jī)液態(tài)儲氫屬于化學(xué)儲存，利用有機(jī)液體（環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷等）與氫氣進(jìn)行可逆加氫和脫氫反應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)常溫常壓下氫氣儲運(yùn)。這種儲氫方式的優(yōu)勢在于儲氫密度比較高、安全性高。缺點(diǎn)是需要配備相應(yīng)的加氫脫氫裝置，流程繁瑣，效率較低，增加儲氫成本，影響氫氣純度。固態(tài)儲氫是以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料等作為儲氫載體，通過化學(xué)吸附和物理吸附的方式實(shí)現(xiàn)儲氫，具有儲氫密度高、儲氫壓力低、安全性好、放氫純度高等優(yōu)勢。缺點(diǎn)是成本高，放氫需要較高溫度下進(jìn)行。02.氫氣輸送技術(shù)根據(jù)儲氫狀態(tài)氫氣輸送分為氣態(tài)輸送、液態(tài)輸送和固態(tài)輸送，氣態(tài)和液態(tài)為目前的主流方式。根據(jù)運(yùn)輸工具，氫氣輸送主要有長管氣態(tài)拖車、液氫槽罐車和管道（純氫管道、天然氣管道混輸）輸氫。氣態(tài)長管拖車輸氫是當(dāng)前較為成熟的運(yùn)氫方式。國際上已有廠商采用45-55MPa的氫氣瓶組進(jìn)行氫氣運(yùn)輸。國內(nèi)目前只有20MPa鋼制高壓長管拖車和瓶組，儲氫密度低，未來將以30MPa及以上的高壓力等級為主。全球氫氣液化裝置50余座，總產(chǎn)能超過470噸/天，在北美應(yīng)用較多。我國有4座氫液化裝置投入使用，均在航天領(lǐng)域，總產(chǎn)能約5噸/天，占全球約1%。液氫在美歐的生產(chǎn)、儲運(yùn)、加注及應(yīng)用等各項(xiàng)技術(shù)均已相對成熟。我國液氫產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)都比較薄弱，尤其是儲運(yùn)。我國液氫儲運(yùn)技術(shù)發(fā)展起步較晚且關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)口受限，制約著液氫的規(guī)?；瘧?yīng)用。世界首條液氫運(yùn)輸船2020年在日本下水，從事澳大利亞到日本的液氫輸遠(yuǎn)。隨著液氫進(jìn)出口貿(mào)易的增加，未來船舶運(yùn)液氫有望成為主要運(yùn)氫方式之一。輸氫管道在全球已建成約5000km，其中約85%分布在美國和歐洲，工作壓力在4MPa-8MPa。我國輸氫管道總長約400km，分布在環(huán)渤海灣、長三角、中原等地。我國輸氫管道較短、設(shè)計壓力較低，未來需要發(fā)展高壓的長輸管道，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模輸氫。03.氫氣儲運(yùn)經(jīng)濟(jì)性目前，技術(shù)上成熟、經(jīng)濟(jì)上可行的儲運(yùn)方式主要是氣態(tài)氫儲運(yùn)。EVTank的研究結(jié)果顯示，氣氫拖車在300km以內(nèi)運(yùn)輸具有成本優(yōu)勢，液氫罐車在中遠(yuǎn)距離運(yùn)輸具備優(yōu)勢，尤其在400km后液氫的成本優(yōu)勢大于管道運(yùn)輸（利用率20%）。管道輸氫前期投資建設(shè)成本較高，其運(yùn)輸成本受運(yùn)能利用率影響，運(yùn)能利用率越高越經(jīng)濟(jì)。隨著氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展擴(kuò)大，未來長距離、大規(guī)模的氫氣運(yùn)輸中管道輸氫有望成為最優(yōu)運(yùn)輸方式。04.氫儲運(yùn)未來發(fā)展趨勢《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》指出，以安全可控為前提，積極推進(jìn)技術(shù)材料工藝創(chuàng)新，支持開展多種儲運(yùn)方式的探索和實(shí)踐。提高高壓氣態(tài)儲運(yùn)效率，加快降低儲運(yùn)成本，有效提升高壓氣態(tài)儲運(yùn)商業(yè)化