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編者按：氫能儲(chǔ)運(yùn)是氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)高效電解水制氫和低成本儲(chǔ)運(yùn)，變“棄能”為“氫能”，將會(huì)打通有效開發(fā)可再生能源的另一條途徑。
 

當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展建立在大量消耗化石能源的基礎(chǔ)上。

 

然而，隨著我國(guó)能源需求總量的不斷攀升，化石能源難以為繼，能源的多元化供給，以及高占比可再生能源為特征的多元化能源結(jié)構(gòu)成為必然發(fā)展趨勢(shì)。

 

“氫能最主要的特性是可儲(chǔ)可輸，它適于大規(guī)模長(zhǎng)周期儲(chǔ)能和超長(zhǎng)距離運(yùn)輸，因此將成為多元化能源結(jié)構(gòu)的橋梁和紐帶，使化石能源應(yīng)用更加清潔、可再生能源應(yīng)用更加高效、能源系統(tǒng)更加柔性靈活。”有研科技集團(tuán)有研工程技術(shù)研究院所長(zhǎng)蔣利軍在首屆“中國(guó)北方氫谷”產(chǎn)業(yè)發(fā)展高端交流會(huì)上這樣說(shuō)道。

 

 

氫的儲(chǔ)運(yùn)需要考慮3個(gè)步驟：氫產(chǎn)地的收集與轉(zhuǎn)化，長(zhǎng)距離運(yùn)輸，以及本地配送、儲(chǔ)存與再轉(zhuǎn)化。

 

氫有3種運(yùn)輸方式，分別是船運(yùn)、車運(yùn)和管道；有3種存儲(chǔ)介質(zhì)，分別是高壓氫氣（氣態(tài)），液氫、液氨、有機(jī)液體（液態(tài)），以及儲(chǔ)氫材料（固態(tài)）。

 

氫的運(yùn)輸采取何種方式、選用何種介質(zhì)取決于氫的運(yùn)輸距離、規(guī)模和最終用途，氫的儲(chǔ)存采用何種介質(zhì)取決于儲(chǔ)存容量、時(shí)間、所需要的放氫速度及其地理?xiàng)l件適用性。

 

蔣利軍認(rèn)為，我國(guó)可再生能源制氫潛力巨大，且風(fēng)光資源與天然氣管網(wǎng)地理匹配性好，電力交易制和配額制實(shí)行后，由于波動(dòng)性造成的“棄電”將得到有效控制。

 

按2017年棄電量1億千瓦時(shí)估算，可產(chǎn)氫180萬(wàn)噸，天然氣管網(wǎng)應(yīng)能完全消納。

 

此后，應(yīng)更關(guān)注由于輸電能力限制所造成的“棄能”，通過(guò)高效電解水制氫和氫的低成本儲(chǔ)運(yùn)，變“棄能”為“氫能”，打通另一條有效開發(fā)可再生能源的途徑。

 

而可再生能源電解水制氫能否具有競(jìng)爭(zhēng)力，關(guān)鍵在于兩個(gè)因素。

 

第一是電價(jià)。在電解水制氫中，電價(jià)占70%-80%。如果將電價(jià)控制在0.3元/kWh以下，電解水制氫便有足夠的競(jìng)爭(zhēng)力。

 

蔣利軍建議，多措并舉，將可再生能源電解水制氫的電價(jià)控制在0.3元/m3H2以內(nèi)，并向0.1元/m3H2目標(biāo)逼近，以提高可再生能源電解水制氫的競(jìng)爭(zhēng)力。

 

第二，氫能的發(fā)展必須考慮在本地的消納能力，應(yīng)發(fā)展本地氫能應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，提高本地氫能消納能力，形成氫能新產(chǎn)業(yè)。

 

 

 

 

儲(chǔ)罐儲(chǔ)氫適合氫能短期和小規(guī)模儲(chǔ)存。

 

其中，高壓儲(chǔ)氫是現(xiàn)階段的主要應(yīng)用方式。我國(guó)常用20MPa鋼瓶固定儲(chǔ)氫，我國(guó)的20MPa鋼瓶產(chǎn)量占世界總量的70%，產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)良好。

 

同時(shí)，我國(guó)也發(fā)展了鋼帶纏繞高壓儲(chǔ)氫容器用于加氫站的站內(nèi)儲(chǔ)氫，最高壓力可達(dá)87.5MPa。目前，98MPa高壓儲(chǔ)氫裝置已經(jīng)中標(biāo)上海舜華和如皋加氫站。

 

目前國(guó)內(nèi)車載儲(chǔ)氫主要是35MPa碳纖維纏繞Ⅲ型瓶，70MPa碳纖維纏繞Ⅲ型瓶少量裝車運(yùn)行中。

 

而出于對(duì)安全的擔(dān)憂，根據(jù)相關(guān)法律規(guī)定，我國(guó)仍不準(zhǔn)許使用Ⅳ型氣瓶。

 

液態(tài)儲(chǔ)氫方面，低溫液氫在航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用，有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫和液氨儲(chǔ)運(yùn)氫正處于研發(fā)示范階段。

 

固態(tài)儲(chǔ)氫方面，成熟材料體系正在示范應(yīng)用中，新材料體系研發(fā)在繼續(xù)。

 

 

我國(guó)稀土資源豐富，但利用不平衡，包頭和四川的稀土富產(chǎn)La、Ce，但La、Ce長(zhǎng)期大量積壓約10萬(wàn)余噸。

 

開發(fā)低成本的非鎳或低鎳基稀土儲(chǔ)氫材料，應(yīng)用于高密度高安全的固態(tài)低壓儲(chǔ)氫，將稀土資源與風(fēng)光資源相結(jié)合，儲(chǔ)氫于稀土儲(chǔ)罐中，可走出一條具有我國(guó)特色的氫能產(chǎn)業(yè)之路。

 

而這條路是否可行，關(guān)鍵在于成本，必須大幅降低合金的鎳含量，使用廉價(jià)的賤金屬替代鎳，保證合金的低成本和價(jià)格穩(wěn)定。

 

蔣利軍建議，充分利用毗鄰內(nèi)蒙的La、Ce稀土資源，開發(fā)低成本稀土儲(chǔ)氫技術(shù)，建立制氫現(xiàn)場(chǎng)高密度高安全大規(guī)模稀土儲(chǔ)氫示范，發(fā)展具有我國(guó)特色的稀土規(guī)模儲(chǔ)氫產(chǎn)業(yè)。

 

近年來(lái)，我國(guó)進(jìn)行了固態(tài)儲(chǔ)氫的示范應(yīng)用。例如，風(fēng)-氫-電一體化能源系統(tǒng)儲(chǔ)氫容量達(dá)500Nm3，儲(chǔ)氫密度55kgH2/m3，可再生能源分布式發(fā)電儲(chǔ)氫容量為25Nm3。

 

燃料電池客車用固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)方面，低壓充氫只需4-5MPa，充氫時(shí)間只需20分鐘，完全滿足燃料電池動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求，一次充氫續(xù)駛里程達(dá)400公里。

 

而且，低壓儲(chǔ)氫大大降低了對(duì)加氫站的要求，目前200公斤高壓加氫站成本需1500萬(wàn)元，低壓加氫站成本則可控制在200-300萬(wàn)元。

 

 

地質(zhì)儲(chǔ)存是氫能大規(guī)模和長(zhǎng)期儲(chǔ)存的最佳選擇。

 

國(guó)際上，根據(jù)現(xiàn)有的地理?xiàng)l件，選擇鹽穴、廢棄礦井、油氣井和含水層大規(guī)模長(zhǎng)期儲(chǔ)存壓縮氫氣的方式。這種儲(chǔ)氫成本最低，約0.6美元/kgH2，效率約為98%。

 

從具體國(guó)家來(lái)看，美國(guó)具有最大的可儲(chǔ)存1-2萬(wàn)噸氫的鹽穴，英國(guó)有3個(gè)鹽穴可以儲(chǔ)存1千噸氫氣，德國(guó)計(jì)劃于2023年建設(shè)1個(gè)3.5千噸氫氣的鹽穴儲(chǔ)存示范項(xiàng)目。

 

 

有機(jī)液體儲(chǔ)氫以甲苯、二芐基甲苯、新型稠雜環(huán)有機(jī)分子作為儲(chǔ)氫介質(zhì)，在加氫、脫氫催化劑作用下，高溫實(shí)現(xiàn)氫的可逆吸放，常溫實(shí)現(xiàn)氫的儲(chǔ)運(yùn)。

 

新型稠雜環(huán)有機(jī)液體儲(chǔ)氫材料的重量?jī)?chǔ)氫率達(dá)到6wt%，體積儲(chǔ)氫密度達(dá)到60kgH2/m3，可在140℃、80bar下加氫，160℃下脫氫。