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储运氢技术的进展与关键技术

摘要：针对国内利用可再生能源进展制氢是氢能规模化应用的必定选择，储运氢是枢纽环节，文中比较和论述了储运氢技术的根本原理、优缺点和进展趋势，同时论述了目前国内储运氢产业应用面临的挑战，对加快国内氢能经济的可持续进展、储运氢技术应用进展提出展望。

关键词：氢能、储运、可再生能源、碳排放引言

利用可再生能源进展电解水制取氢气的技术，具有较低的碳排放强度，产氢纯度高等技术优势，可实现全生命周期清洁绿色，所得的氢气被行业内认为是“绿氢”，被认为实现氢脱碳的最正确途径。

依据中国光伏行业协会〔CPIA〕对绿氢本钱的拆解推测，在2030年光伏度电本钱可降低至0.1~0.15元/KWh，相应的绿氢本钱可降低到16.9元/kg，与自然气制氢本钱平价。2023年我国二氧化碳的总排放量到达113.5亿吨，其中

亿吨与能源排放相关，13.2亿吨与工业过程排放相关。在碳中和目标下，绿氢必需在工业、建筑、交通等碳排重点领域担当重要深度脱碳角色。依据中国氢能联盟在在各个脱碳应用领域的绿氢本钱竞争力分析，氢解决方案可在22个关键应用领域与其他清洁技术替代方案实现竞争，其中在9个应用案例中，完全不逊于传统化石能源。

我国的能源供给上存在“西富东贫、北多南少”，风能资源80%以上分布在“三北”地区，太阳能资源分布呈“高原大于平原、西部大于东部”的特点。我国的氢能需求上则相反，集中在中部、东部、南部地区，将来氢能供给和需求逆向分布的特点必需依靠完善的氢储运供给链。

由于氢气物理化学性质特点，即在原子半径小易穿透、常温常压下密度极低

〔0.089千克每立方米，0℃，1巴条件下〕、单位体积的储能密度低、液化温度极低〔常压下-253℃〕、易燃易爆等，导致氢能不简洁储存和安全高效输送。

一、储运氢技术

目前，储运氢方式主要有四种，分别是高压气态储运氢〔长管拖车、管道〕、液态储运氢、氢载体储运和和固体储运氢等方式。

高压气态储运氢

高压气态储氢技术是指氢气通过高压压缩注入注入相应的高压容器中，以高压气态进展储运。争论数据显示，氢气气体质量密度随着压力增大而增大，压力区间30～40MPa时质量密度增加速率较快，70MPa以上质量密度变化很小，因此多数高压储氢容器的工作压力在35～70MPa。依据不同使用场景，高压储氢容器通常分为车载轻质、固定式和运输用高压储氢。

高压长管拖车和通过管道输运是高压气态输运目前常用的运输方式。目前国内的高压长管拖车通常承受20MPa长管拖车，单车运输约300kg氢气，是近距离输运氢气的主要方式。国外则承受45MPa纤维全缠绕高压氢容器的长管拖车，单车运氢可达700公斤。

争论结果说明，在掺氢含量比例10-20%，可不做重大技术调整的状况下进展与自然气掺混。管道输运运行压力在1-4MPa，具有连续储氢、输氢量大、能耗较小以及长期本钱低等优势，适合氢气大规模、长距离运输，但建筑管道投资本钱较大。全球输氢管道已有70年历史，长度已超过4500km，我国目前仅有100km，处于探究期。自然气掺氢技术，是指利用我国已有的自然气管网，在自然气掺氢气方式，至用户终端作为燃料使用。

液体储运氢

液态储运氢具有储氢体积质量密度高、计量准确、运输效率高等优势，分为低温液态和有机液体储运氢技术。低温液态储氢是将氢气冷却至-253℃液化，储存在低温绝热的液氢罐中，液体密度可达70.79kg/m3，体积能量密度达8.5MJ/L。

液氢装置的初始投资较大，液化能耗较高，国内耗能水平为13~15kWh/kg，储存过程中存在肯定的蒸发损失，大容积储罐的蒸发率远低于小容积储罐。单台低温液氢运输罐车的满载65m3氢气，相当于运输4000kg氢，大大提高了运输效率，液化过程能提高氢气纯度，节约了提纯本钱。依据测算，超过500km以外，低温液氢比长管拖车更具本钱优势。目前，欧美、日本等国家的70%氢能的储运都承受液氢，液氢的储运本钱仅为高压气态储运氢的12.5%。

有机液体储氢是指利用储氢剂，包括环己烷、甲基环己烷、苯和甲苯等，这些不饱和有机物在催化剂作用下进展加氢反响，形成稳定饱和环状化合物，当需要氢气时进展脱氢反响。加氢后的有机氢化物性能稳定，可在常温常压下以液态输运，储存方式与石油相像，具有安全、高效，质量储氢密度高〔可达5.0-7.2%/wt〕等优势。这种储氢技术存在脱氢技术简单、能耗大、催化剂易被中间产物毒化消灭结焦失活、副反响产生杂质气体、脱氢催化剂技术待突破等技术瓶颈。在我国70MPa高压储氢和低温液态储氢均进展滞后的前提下，假设能突破相关技术难题，有机液体储运氢有望转变目前氢能储运的主要方式。

氢载体储运

液氨储运氢

液