2024年高效安全固态氢储运技术与应用报告

中国有研科技集团 有研工程技术研究院有限公司 1氢储运技术挑战 氢能来源广泛、可储、可输，可补充现有能源网络，形成高效的多能互补系统制氢储氢运氢、用氢 可再生能源规模储能、分布式供能以及氢能交通需要高效氢储运技术 1.氢储运技术挑战 在2060碳中和目标推动下，庞大的氢能需求量需依靠完善的氢储运供应链 氢能大规模商业化发展需要高效、安全、低成本的储运氢技术 1.氢储运技术挑战氢特性 ·重量轻、密度小：密度小0.08999/L，通过压缩实现高效储运有极限 液化温度低：液化温度-253℃，对液氢储罐要求高，功耗大效率低 原子半径小：易从容器中溢出，易与金属容器反应，产生氢脆使容器破坏带来安全问题性质活泼：氧气非常活泼，易燃、易爆。 氢的理化特性是氢高效安全的规模储运的重大技术挑战 1.氢储运技术挑战 现有氢储运技术对实现氢的高效安全储运皆有技术局限性 ·体积能量高·能效高·安全性好 氢储运目前以高压气氢为主要技术、液态和固态技术在推广中 1.氢储运技术挑战 固态储氢材料包括物理吸附和化学吸附材料，具体包括：金属氢化物，化学氢化物，碳纳米材料等 2.固态氢储运技术特点 金属储氢 固态储氢（1）储氢密度（2）压4安全性好：（3）释氢纯度高：（4）温度/压力与燃料电池高效匹配 2.固态氢储运技术特点 2.固态氢储运技术特点 低压固态储氢的安全性分析 抗冲击振动一安全 ·固态储氢系统高安全、可靠 2.固态氢储运技术特点 （1）本征安全 氢以的固态储存，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，加注成本低 加氢压力只有4MPa左右，可灵活采用管道、管束车等多种方式加注，大幅降用氢成本 （3）体积储氧密度大占用空间小 固态储氢系统的体积储氢密度可达35MPa高压瓶组的2-3倍，且可设计成矩形和不规则形状，方便空间布置 （4）供氢纯度高，可提高燃料电池寿命 （5）与燃料电池氢热耦合，可提高系统能效 固态储氢系统对燃料电池供氢时，其放氢吸热，可作为燃料电池散热系统的一部分，降低系统散热能 3固态氢储运技术应用 固态氢储运技术应用 3.固态氢储运技术应用一新型电力系统储能有研工研院 固态储氢在分布式发电系统应用，通过热电联供氢能实现多种能源网络优化互补态 现可再生能源消纳和储能 南方电网规模储能系统 基于固态氢储能的可再生能源制氢一固态储氢一燃料电池发电系统 3.固态氢储运技术应用-新型电力系统 水电制氢跨季固态规模储氢一然料电池发电应用示范（50kg储氢系统） 大规模长时规模氢储能的1000Nm3级（约3MWh）低成本储氢装置储氢总量约720kg，满足2.5MW发电系统满功率运行4小时以上。 3.固态氢储运技术应用-备用电源 备用电源：基于固态氢源的燃料电池备用电源供氢系统 40Nm氢容量固态储氢系统与5KW燃料电池耦合，在移动通信基站实现示范运行： 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% 3.固态氢储运技术应用-储能系统 储热系统 基于镁基储氢材料的储热系统 镁基氢化物储热系统储热1000MJ，储热密度为熔盐的10倍 3.固态氢储运技术应用-移动式储氢（车辆船舶） 5MPa氢压下充氢，20分钟可充满；内以1000L/min的速度放氢，续航>300km， 燃然料电池叉车储氢量1.2kg/满足1天叉车工作用氢需求， 70g储氢量，可使自行车行驶80km 我国拥有内河船舶约十余万艘、沿海船舶逾万艘，船用市场前景广阔。 3.固态氢储运技术应用-移动式储氢（车辆、船舶） 低压固态储氢燃料电池应急发电车 固态储氢：≤5MPa，储氢容量100kg总重8000kg，放氢速率3329NL/min 燃料电池：200kW，备电时间8h 3.固态氢储运技术应用一轨道机车用固态储氢装置有研工研院CRIMAT 》针对机车应用环境和使用条件，具备与燃料电池氢热耦合的换热结构和高密度抗振抗冲击能力， >单台装置高于0.8MPa的放氢压力下可连续放氢35.36kg，系统的有效总储氢量为141.44kg。 3.固态氢储运技术应用-加氢站用固态储/压缩供氢技术 利用固态储氢吸放氢平台随温度升高而升高特性，实现其在加氢站无机械压缩储氢/氢压缩一体化 金属氢化物热升压放气压力恒定，可实现储氢/压缩一体化 储氢量550Nm3可实现连续加氢加注压力等级70MPa 体积储盟密度高，占地面积小 采用热驱动实现氢气的静态增压，无机械运动部件：可实现低压储存，高压加注 系统常温储存压力低，安全性高，与周围设施安全间距小 3.固态氢储运技术应用-加氢站用固态储/压缩供氢技术 三级压缩可实现20/35/70MPa加注，可实现>1KgH2/min连续加氢 实现低压储存高压加注提高系统的安全性与加氨站现有分级加注技术兼容，并与可再生能源制氧压力匹配采用水基换热介质，系统工作温度在80C以内，提高系统能效和安全性 3.固态氢储运技术应用-气体纯化，回收 突破了大容量高效率纯化材料设计与制备，高效高氢渗透率钯膜管制备、长寿命纯化装置设计等核心关键技术，研制出T1-乙r系氙纯化材料、陶瓷基钯膜管和多系列超高纯气体纯化器。氢气、氨气、情性气体纯化器，流量范围涵盖500sccm~50Nm/h. 多系列超纯气体纯化装置 主要技术指标 Ti-Zr系氟纯化材料，氨气吸附容量≥50sccm/g，氧气吸附容量≥20sccm/g纯化后杂质含量≤10ppb每瓷基钯合金膜营：重氮分离系数≥105，氢甲烷分离系数2×105，纯化后N2≤0.TPPm，CH≤0.05ppm 4.有研工研院氢能研发基础 固态储供氢技术研究有40年的研究历史，突破了材料、装置设计制备评价技术形成从储复氢材料研发到系统设计制造装置一整套技术 4.有研工研院氢能研发基础-氢能技术研发与测试平台 宝家标准牵头3顶参与4项，有力推动了固态氢储运技术的推广应用GRIMAT知崇礼车正手至道 结语 可再生能源规模储能、分布式供能以及氢能交通系统需要高效氢储运技术 氢储运目前以高压气氢为主要技术、液态和固态技术在推广中 固态储氢具有体积储氢密度大，本征安全、加氢便捷，循环寿命长，供氢压力稳定、纯度高等特点，同时与燃然料电池氢热耦合，可提高系统能效 固态储氢在风光制氢绿色化工，电力氢储能、加氢站，氢能车辆等领域应用前景可期。