0 引言
Table 1 Comparison of different hydrogen storage methods表1 不同储氢方式对比 |
储氢方法 | 优势 | 劣势 | 产业应用情况 |
---|---|---|---|
高压气态储氢 | 设备结构简单,能耗低,温度适应范围广,成本低 | 储氢体积密度低,安全性差 | 初步成熟 |
低温液态储氢 有机液态储氢 液氨/甲醇储氢 | 储氢体积密度高,液态氢纯度高,安全性较好 | 能耗大,储氢容器要求高,成本高,操作条件苛刻 | 示范阶段 |
固态储氢 | 储氢体积密度高,安全性好,吸放氢效率高 | 储氢质量密度低,成本高 | 研究阶段 |
Fig. 1 The relationship between distance and cost under different hydrogen transportation modes图1 不同运氢方式下距离与成本的关系 |
1 储氢环节
1.1 气态储氢
Table 2 Comparison of the four types of hydrogen storage cylinders表2 四种类型储氢瓶的对比 |
类型 | 材质 | 工作压力 / MPa | 质量储氢密度 / % | 体积储氢密度 / (g/L) | 成本高低 |
---|---|---|---|---|---|
I型 | 纯钢质金属瓶 | 17.5 ~ 20.0 | ≈1.0 | ≈16 | 低 |
II型 | 钢质内胆纤维缠绕瓶 | 26.3 ~ 30.0 | ≈1.5 | ≈16 | 中等 |
III型 | 铝内胆纤维缠绕瓶 | 30.0 ~ 70.0 | ≈2.5 ~ 4.0 | ≈40 | 高 |
IV型 | 塑料内胆纤维缠绕瓶 | >70.0 | ≈2.5 ~ 6.0 | ≈40 | 高 |
Table 3 Performance parameters of some hydrogen storage cylinders表3 国内外部分储氢瓶性能参数 |
国别 | 生产公司 | 类型 | 容积 / L | 质量 / kg | 压力 / MPa | 质量储氢密度 / % |
---|---|---|---|---|---|---|
挪威 | 海克斯康 | IV | 64 | 43.0 | 70 | 6.0 |
日本 | 丰田汽车 | IV | 60 | 42.8 | 70 | 5.7 |
中国 | 北京科泰克科技 | III | 65 | / | 70 | >5.0 |
中国 | 中材科技 | III | 320 | 88.0 | 35 | 4.0 |
中国 | 北京天海工业 | III | 165 | 88.0 | 35 | 4.2 |
Table 5 Technical parameters of some of the operating salt cavern hydrogen storage reservoirs[12]表5 部分运营中的盐穴储氢库相关技术参数[12] |
国家 | 时间 | 氢气纯度 / % | 盐穴体积 / (105 m3) | 深度 / m | 运行压力 / MPa | 储存能量 / (GW∙h) |
---|---|---|---|---|---|---|
美国 | 1983年 | 95 | 5.80 | 1 000 | 7.0 ~ 13.5 | 92 |
美国 | 2007年 | 95 | 5.66 | 1 200 | 5.5 ~ 15.2 | 120 |
美国 | 2014年 | 95 | >5.80 | 1 340 | 6.8 ~ 20.2 | >120 |
英国 | 1972年 | 95 | 2.10 | 365 | 4.5 | 25 |
1.2 液态储氢
Fig. 4 The cycle route of “NH3-H2” energy图4 “氨-氢”能源循环路线 |
1.3 固态储氢
2 运氢环节
2.1 高压气氢运氢
2.2 液氢运氢
2.3 管道运氢
Table 7 Pure hydrogen pipeline parameters表7 部分纯氢管道参数 |
名称 | 长度 / km | 管径 / mm | 其余参数 |
---|---|---|---|
扬子-仪征氢气管道工程(国内) | 40.4 | 325/150 | 2013-2022年,压力4 MPa,输送能力40 000 t/a |
巴陵-长岭氢气管道工程(国内) | 42.0 | 406 | 2014-2022年,压力5 MPa |
济源-洛阳氢气管道工程(国内) | 25.0 | 508 | 2015-2022年,压力4 MPa,输送能力100 400 t/a |
扬子石化-金城化学氢气管道工程(国内) | 2.5 | 100 | 2019-2022年,年输送工业氢气3 000 t |
定州-高碑店氢气管道工程(国内) | 164.7 | 508 | 迄今我国规划建设距离最长、输运量最大的纯氢管道,压力4 MPa,最大输运量10 000 t/a |
通辽储氢示范应用项目(国内) | 7.8 | 400 | 设计输运量100 000 t/a |
加拿大阿尔伯塔 | 3.7 | 273 | 1987-2022年,3.8 MPa |
美国休斯敦 | 100.0 | 324 | 1969-2022年,5.5 MPa |
德国 | 240.0 | 273 | 1938-2022年,2.5 MPa |
法国 | 290.0 | 多种尺寸 | 1966-2022年,2.5 MPa |
2.4 固态运氢
Fig. 5 Mg-based solid-state hydrogen storage vehicles图5 镁基固态储氢车 |
3 总结与展望
3.1 总结与差距分析
Table 8 The summary of hydrogen storage and transportation technology表8 氢储运技术汇总 |
储氢技术 | 储运方式 | 国际现状 | 国内现状 | 技术发展方向 |
---|---|---|---|---|
盐穴储氢 | 盐穴储存 | 小规模示范 | 有理论经验,暂未有实践案例 | 探索大规模“储-运-用”一体化方案 |
常温高压储氢 | 高压储氢罐 | 成熟 | 初步成熟 | 安全性、耐用性的提高,低成本的抗“氢脆”材料,涂层的研究 |
掺氢管道运输 | 小规模示范 | 小规模示范 | ||
纯氢管道运输 | 小规模示范 | 小规模示范 | ||
低温液态储氢 | 液态储氢罐 | 基本成熟 | 初步成熟 | 降低氢气蒸发损耗,低成本的抗“氢脆”材料,涂层的研究 |
液氢管道 | 理论研究 | 理论研究 | 需要大量相关理论突破 | |
有机液态储氢 | 有机储氢载体 | 小规模示范 | 小规模示范 | 降低氢载体脱氢的能耗以及低成本高效催化剂的研究 |
液氨/甲醇储氢 | 液氨储氢 | 小规模示范 | 小规模示范 | 降低液氨制氢的能耗以及低成本高效催化剂的研究 |
甲醇储氢 | 小规模示范 | 小规模示范 | 提高加氢效率和氢气选择性以及低成本高效催化剂的研究 | |
固态储氢 | 储氢金属储氢 | 实验室研究 | 实验室研究 | 低成本高效的储氢合金研究 |