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固態(tài)儲氫技術(shù):氫能源革命的未來之路

來源: 最后更新:2023-05-04 20:33:38 作者: 瀏覽:992次

固態(tài)儲運氫技術(shù)的主要應(yīng)用場景包括氫冶金、加氫站、季節(jié)性儲能、交通運輸、氫化工等領(lǐng)域。

從目前的技術(shù)來看,由于氫冶金等應(yīng)用場景的用氫量十分巨大,且對氫氣價格十分敏感,要求終端供氫價格低于21元/kg H2,因此,未來預(yù)計以管道輸氫為主要供氫方式,同時采用鎂基固態(tài)儲氫系統(tǒng)輔助,用于氫氣的規(guī)模儲存,保證氫氣供應(yīng)的連續(xù)性。

對于可再生能源的調(diào)峰儲能領(lǐng)域,由于需要跨季節(jié)長時間儲存氫氣,對儲氫系統(tǒng)的固定投入成本較為敏感,鎂基固態(tài)儲氫系統(tǒng)由于其儲氫合金的成本低至~0.1元/Wh(按照6wt.%儲氫量,循環(huán)壽命1000次來計算),將會在該領(lǐng)域占有一席之地。

在交通運輸領(lǐng)域,尤其是重卡、大型巴士、船舶等中重型運輸工具,V基固溶體、Ti基儲氫合金等高體積儲氫密度的固態(tài)儲氫材料將是重要的發(fā)展方向。

在加氫站方面,由于現(xiàn)有高壓儲氫方式的安全性風(fēng)險,以及現(xiàn)有20MPa長管拖車運氫成本過高,國內(nèi)加氫站及氫燃料電池車難以快速發(fā)展,若采用固態(tài)儲氫材料(如V基固溶體、Ti基儲氫合金、鎂基儲氫合金)作為加氫站的氫氣儲存方式,可在4MPa以下相對安全的儲存氫氣,結(jié)合鎂基儲氫合金的高效高安全氫運輸和固態(tài)儲氫燃料電池車,可實現(xiàn)“制-儲-運-加-燃料電池”全流程的低氫氣壓力,可大幅提升氫能產(chǎn)業(yè)的安全性,不失為一種潛在的氫能發(fā)展路徑。

以氫氣運輸為例,對比了高壓氣瓶、管道氫、液氫、富氫液態(tài)化合物、固態(tài)儲運氫等技術(shù),綜合目前工業(yè)應(yīng)用的實際情況,氫儲運技術(shù)的關(guān)鍵指標比較如表X所示。

氫氣的儲運成本主要由固定成本、運行成本組成,固定成本包括儲氫裝備、運輸裝備和放氫裝備的投資,運行成本主要包括充氫電耗、運輸里程費和放氫電耗。

根據(jù)各種儲運氫技術(shù)的特點,高壓氣瓶和管道兩種方式的電耗較小,而液氫、富氫化合物和固態(tài)儲氫運行時的電耗較高。

這導(dǎo)致在短距離小規(guī)模輸運時,高壓氣瓶是較為經(jīng)濟的方式;在中長距離運輸時,液氫、富氫化合物和固態(tài)儲氫則更具有競爭;在超大規(guī)模超遠距離運輸時,管道輸氫是目前的最佳選擇。

但是這些儲運氫技術(shù)也存在明顯特點:高壓氣瓶存在單車儲氫量低、高壓安全風(fēng)險高的問題;管道氫的固定投入成本極高,需要國家統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)氫氣管網(wǎng);液氫的液化能耗過高,且易液氫易蒸發(fā),無法長時間儲存氫氣;富氫化合物充放氫能耗高,需要貴金屬催化劑,化合物本身多為有/微毒物質(zhì),存在環(huán)境污染,釋放氫氣不純需要提純等等問題;固態(tài)儲氫安全性高、可長時間存放,但是放氫能耗較高。

因此,仍需根據(jù)應(yīng)用場景的不同,針對性的選擇合適的儲運氫方式。

根據(jù)現(xiàn)有資料,規(guī)模在2000Nm³/h的供應(yīng)能力的條件下,氫氣運輸?shù)某杀九c運輸距離的關(guān)系如圖X所示(部分數(shù)據(jù)來源:黃宣旭,練繼建,沈威,馬超.中國規(guī)?;瘹淠芄?yīng)鏈的經(jīng)濟性分析[J].南方能源建設(shè),2020,7(2):1-13.)。

 

 

 

總體而言,固態(tài)儲運氫技術(shù)已走出實驗室,逐步形成工業(yè)化能力,儲氫材料及其規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)、固態(tài)儲運氫系統(tǒng)及其應(yīng)用均已實現(xiàn)部分產(chǎn)業(yè)化,有待進一步示范推廣。

未來,固態(tài)儲運氫技術(shù)將在氫治金、加氫站、季節(jié)性儲能、交通運輸、氫化工等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,預(yù)計2025年前固態(tài)儲運氫技術(shù)將實現(xiàn)大規(guī)模的示范應(yīng)用。

2035年前,固態(tài)儲運氫技術(shù)將完全成熟,開發(fā)出適用于不同應(yīng)用場景需要的一系列產(chǎn)品,促進氫能產(chǎn)業(yè)鏈的完善與可持續(xù)發(fā)展。

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