氢能的产业链可以分为制氢、储运、应用三大环节。我们上一篇说了制氢,本篇主要说说储运,这是能否将氢能源高效利用的关键。

氢能源的开发和利用克服的困难(氢能源规模利用的第二步)(1)

氢气特殊的物理、化学性能

氢气,化学式为H₂,常温常压下,是一种极易燃烧的、无色无味且难溶于水的透明气体。氢气是世界上已知的密度最小的气体,氢气的密度只有空气的1/14。

因为密度小、重量轻,所以储运的时候需要提高容器压力来提高氢能利用的效率。常压下,氢气的液化温度为零下253度,液化能耗高,所以对液态储能容器要求高。

氢能源的开发和利用克服的困难(氢能源规模利用的第二步)(2)

氢的原子半径非常小,氢气能穿过大部分肉眼看不到的微孔,在高温高压下甚至可以穿透钢板。氢气十分活泼,稳定性差,泄漏后极易发生燃烧和爆炸。

这些对氢气的储存和运输提出了相当大的挑战,如何实现氢气在安全的前提下经济性的储运,是氢能源产业广泛应用的关键。

氢能源的开发和利用克服的困难(氢能源规模利用的第二步)(3)

气态氢气储运

气态高压储运氢气是现在比较成熟的技术,其优点是结构简单、成本较低、充放氢气的速度快。劣势是一定体积下储存氢气的密度低,气态氢气易燃易爆炸所以安全性低。

氢能源的开发和利用克服的困难(氢能源规模利用的第二步)(4)

气态储氢的关键是储氢容器。国内外车载储氢气瓶由内至外包括内衬材料、过渡层、纤维缠绕层、外壳保护层。其中,碳纤维复合材料是储氢容器的成本大头,目前我国碳纤维企业主要以中复神鹰、恒神股份、光威复材等企业为主。随着产业发展和生产规模扩大,储氢容器的成本也会随之下降。

液态和固态氢气储运

除了气态储氢,还有液态储氢和固态储氢两种方式;但无一例外,这两种方式各有优缺点,同时现在技术并不允许大规模运用。

氢能源的开发和利用克服的困难(氢能源规模利用的第二步)(5)

液态储氢是将氢气冷却到零下253度,氢气液化后储存于低温绝热的液氢罐中。这种方式,体积密度可以达到气态的845倍,占用空间体积小,实现高效储存。液化储氢成本较高,能耗巨大,现阶段技术水平下不适合广泛使用。

另外液态储氢也有有机液体氢化物储氢技术、液氨储氢技术、甲醇储氢技术等路线。

氢能源的开发和利用克服的困难(氢能源规模利用的第二步)(6)

固态储氢是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等作为储氢载体,通过化学吸附和物理吸附的方式实现氢的存储。固态储氢具有储氢密度高、储氢压力低、安全性好、放氢纯度高等优势,其体积储氢密度高于液氢。

氢气储运的相关公司

兰石重装:公司在氢能源领域主要产品为加氢反应器等用氢装备、煤气化制氢装备、储氢用球罐设备等,正在研发超高压储氢装备、高压气固组合储氢容器;

中国一重:公司是最早实现锻焊结构热壁加氢反应器国产化的企业,目前国内石化企业所使用的国产锻焊结构加氢反应器多为公司生产;

国机重装:公司研制的加氢反应器,创造了世界加氢反应器产品和制造技术工艺复杂性的“世界之最”。公司氢能源装备目前正处于研发阶段,重点加强在储氢装备等方面的产品开发;

氢能源的开发和利用克服的困难(氢能源规模利用的第二步)(7)

葛洲坝中科储能,具有国际的大规模压缩空气储能核心技术和产品,致力于储电、储热、储冷、储氢、储气等多种储能领域关键技术研发、系统集成及产业化推广,在能源供给侧为客户提供国际的储能解决方案;

富瑞特装:公司正在进行氢燃料电池车用液氢供气系统及配套氢阀的研发工作,该产品是对目前应用较多的车用高压供氢系统的补充;

京城股份:公司所属企业北京天海,深耕气体储运装备业务二十余年,在 2014 年率先完成 70MPa 高压氢燃料车用储氢瓶的开发;

氢能源的开发和利用克服的困难(氢能源规模利用的第二步)(8)

沈阳斯林达,公司已经研发出280余种不同规格的储氢瓶,2016年 70MPa高压储氢瓶通过了国家型式试验,搭载该气瓶的燃料电池汽车可实现 400 公里的续航能力;

中复神鹰:公司是一家专业从事碳纤维研发、生产和销售的国家高新技术企业,对外销售主要产品为碳纤维;

光威复材:公司是专业从事碳纤维、碳纤维织物、碳纤维预浸料、碳纤维复合材料制品及碳纤维核心生产设备的研发、生产与销售的高新技术企业,拥有碳纤维行业全产业链布局;

中简科技,公司所生产的碳纤维主要为高端、高性能型碳纤维产品,已达到同类产品国际先进水平;

恒神股份:公司主要从事碳纤维、碳纤维织物、预浸料及其复合材料的研发、生产、销售和技术服务。

氢能源的开发和利用克服的困难(氢能源规模利用的第二步)(9)

总结

结合技术、安全、成本三个方面来看,高压气态储运氢气会是当下较好的选择。做好氢气的储运是大规模应用的前提,长期的未来不排除技术的快速进步带来更具效率的储运方式。

碳中和背景下,氢能源优势凸显,相关的产业链公司有望在未来几年迎来快速增长。期待资本市场开发相关产业主题基金或者相关ETF基金。

本篇完,喜欢的话点个关注!

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