【中国有研科技集团】2024年高效安全固态氢储运技术与应用报告_26页_2mb

知崇禮卑止於至善

高效安全固态氢储运技术与应用总结

核心内容

随着2060年碳中和目标的推进，氢能需求将持续增长，预计2040年我国氢需求量将达到5700万吨。为了实现氢能的高效、安全、低成本储运，固态储氢技术因其体积储氢密度大、安全性高、供氢纯度高、与燃料电池氢热耦合等优势，成为未来氢储运技术的重要发展方向。

氢储运技术挑战

• 氢特性：氢气密度小、液化温度低、原子半径小、性质活泼，这些特性使得氢的高效安全储运面临重大技术挑战。
• 现有技术局限：目前以高压气氢为主要储运技术，液态和固态技术正在推广中，但均存在一定的技术瓶颈。

固态氢储运技术特点

1. 本征安全：氢以固态形式储存，压力低，安全性好，是公认的最安全的储氢方式。
2. 加氢便捷，成本低：加氢压力仅需4MPa左右，可灵活采用管道、管束车等方式加注，显著降低用氢成本。
3. 体积储氢密度高：固态储氢系统的体积储氢密度可达35MPa高压瓶组的2-3倍，且可设计成矩形或不规则形状，便于空间布置。
4. 供氢纯度高：通过选择性吸附提高氢气纯度，避免杂质进入燃料电池，从而延长燃料电池寿命。
5. 氢热耦合，提升能效：固态储氢系统在供氢时吸热，可作为燃料电池散热系统的一部分，提高整体系统能效。

固态氢储运技术应用

1. 新型电力系统储能

• 风光制氢-固态储氢-燃料电池发电系统：实现可再生能源的跨季节储能与发电应用，例如50kg储氢系统可满足2.5MW发电系统满功率运行4小时以上。
• 大规模长时储能：研发出1000Nm³级低成本储氢装置，可满足3MWh储能需求，储氢总量约720kg。

2. 备用电源

• 移动通信基站备用电源：基于固态氢源的燃料电池备用电源系统，可实现单次持续运行16小时37分钟，平均功率为3.07kW，累积发电量为51kWh。
• 氢热耦合技术：提高系统能量效率5%，提升整体运行可靠性。

3. 储热系统

• 镁基储氢材料储热系统：储热密度为熔盐的10倍，储热能力达1000MJ，适用于分布式供能和能源网络优化。

4. 移动式储氢（车辆、船舶）

• 应急发电车：采用低压固态储氢技术，储氢容量100kg，放氢速率3329NL/min，续航能力>300km。
• 轨道机车：单台装置有效储氢量为141.44kg，可在高于0.8MPa的放氢压力下连续放氢35.36kg。
• 船舶市场：我国拥有大量内河和沿海船舶，船用固态储氢市场前景广阔。

5. 加氢站用固态储/压缩供氢技术

• 静态压缩技术：利用金属氢化物热驱动升压，实现无机械压缩的储氢/压缩一体化。
• 加氢压力等级：可实现20/35/70MPa加注，满足燃料电池汽车需求。
• 系统优势：体积储氢密度高、占地面积小、常温储存压力低，安全性高，与现有加氢站技术兼容。

6. 氢气纯化与回收

• 核心技术突破：包括大容量高效率纯化材料设计、高效钯膜管制备、长寿命纯化装置设计等。
• 产品应用：研制出Ti-Zr系氮纯化材料、陶瓷基钯膜管和多系列超高纯气体纯化器，流量范围涵盖500sccm~50Nm³/h。
• 技术指标：氮气吸附容量≥50sccm/g，氧气吸附容量≥20sccm/g，纯化后杂质含量≤10ppb。

有研工研院氢能研发基础

• 研发历史：固态储供氢技术研究已有40年历史，具备从材料研发到系统设计制造的完整技术链条。
• 氢能技术研发与测试平台：
  • 性能测试平台：用于评估储氢材料与系统的性能。
  • 示范验证平台：支持技术在实际场景中的应用验证。

技术辐射与行业影响

• 标准制定：牵头制定多项固态储氢国家标准，参与制定4项，推动技术推广应用。
• 行业影响：固态储氢技术在风光制氢、电力氢储能、加氢站、氢能车辆等领域具有广泛应用前景。

结语

固态氢储运技术是实现氢能高效、安全、低成本储运的关键，具有广泛的应用前景。未来，随着技术的不断成熟和标准的完善，固态氢储运将在多个领域发挥重要作用，助力我国氢能产业的快速发展。