氢储运行业现状及发展趋势

氢能无污染、热值高,被誉为“终极能源”,氢能产业的发展是我国实现能源转型从而达到碳中和目标的重中之重。氢储运是连接氢能产业上下游的关键环节,目前我国氢储运技术相对国外发展滞后,阻碍了我国氢能产业蓬勃发展。立足于氢气储存和运输两个方面,从氢储运环节实际应用出发,回顾近年来国内外氢气气态储运、液态储运、固态储运技术产业应用。综述管道运氢、液态甲醇储运、液态氨气储运等有望大规模应用在氢储运领域的新兴技术及研究进展,总结了固态储氢、有机液态储氢等前沿储氢技术研究进展及研究焦点,分析目前已商用的高压气态储运、低温液态储运技术的国内外技术发展差距和产业应用差距。针对当前国内外氢气储运行业发展水平差距,指出我国氢储运行业发展存在的问题并给出发展建议。

高压氢和液氢储运氢能耗及成本分析

氢能作为一种高能量密度、清洁无污染的高效二次能源,被认为是理想的绿色能源。大规模制氢及储运氢能够显著降低氢气市场化应用的能耗及成本。通过对高压氢、液氢储氢技术在海陆运输中的能耗及能效进行分析。分析结果表明:高压氢在短距离运输具有一定优势,其能耗和成本随着运输距离增大著提高;高压氢在20 MPa储存和运输,其能耗及成本随运输距离增大而明显增大。液氢由于液化能耗高且能效低,且整个过程中都伴随着氢气的蒸发损耗,因此不适合跨海及陆地长距离输送。

不锈钢在氢储运中的应用及选材

叙述了当下氢能发展的整体发展需求,分析了氢储运的特点及选材,阐述了如何控制不锈钢抗氢脆材料的关键点。从马氏体相变、镍当量、δ-铁素体相、氧化膜、加工状态、析出物等六个方面研究,表明了奥氏体不锈钢选材需关注的焦点以及分析了不锈钢抗氢脆材料的优缺点等。

氢燃料的制储运及其在燃气轮机中的应用

氢燃料具有来源广泛、燃烧无碳排放等优点,燃气轮机作为工业、电力等领域不可或缺的设备,将氢燃料用于燃气轮机可有效降低碳排放并解决可再生能源发电的波动问题。为向我国节能减排提供技术参考,本文围绕氢燃料的制、储、运以及在燃气轮机中的应用这四个环节进行综述,对比总结了各环节技术原理及优缺点。灰氢虽制备技术成熟、成本较低,但碳排放最高,随着CCUS(碳捕集、利用与封存)技术及绿氢制备技术的发展,蓝氢、绿氢将逐步取代灰氢。高压气态储氢、低温液态储氢是目前最成熟的储氢方式,储氢密度较高的固态、液态储氢是未来储氢技术发展的主流,但其目前存在的主要挑战为储氢材料吸放氢条件苛刻,需研制高效催化剂。液态船舶及管道掺氢运输是前景较好的输氢方式。氢燃气轮机分为掺氢、纯氢燃气轮机,目前示范项目基本为掺氢燃气轮机,扩散型掺氢燃烧器可燃烧掺氢比例高达90%的燃料,预混型掺氢燃烧器掺氢比例较低,纯氢燃烧器大多还处于试验阶段,但从长期来看,纯氢燃烧器是未来氢燃气轮机发展的主要方向。

国内氢能市场现状及制氢、储运氢技术研究应用进展

氢能作为21世纪最具发展潜力的清洁二次能源,具有资源丰富、来源广泛、能量值高、清洁高效、利用形式多样、可作为储能介质等诸多优点,是实现我国在能源、交通、石化等多领域深度脱碳的重要媒介,也是我国构建多元化能源体系的重要支撑。本文介绍了氢能系统、我国氢能市场及政策的相关情况,重点讨论了氢气制备及储运技术,详细介绍了各类制氢、储运氢技术,对各类技术优缺点及市场应用情况做出对比分析。结论认为氢能产业发展初期应以灰氢打开市场,绿氢、蓝氢为辅,2023年后逐步替代灰氢实现绿氢为主、蓝氢为辅的生产格局。在储运氢领域应实现多种方式联合发展,共同构建氢能网络,同时积极探索固态、液态储氢,突破卡脖子技术,为下游氢能产业链的高效率发展提供有力支撑。

全球氢能源研究进展与中国氢产业链现状分析

研究发展新型低碳能源产业链是推动碳中和进程、保障能源安全的重要途径之一。本文以WOS数据库26169篇文献为数据源,借助CiteSpace构建“氢能产业链”研究知识图谱,分析全球氢能源及产业链研究演进、研究热点以及前沿趋势,并结合国内氢能源产业发展建设情况进行分析。结果表明:全球对氢能源产业的研究关注度日益提升,中国、美国、日本、韩国、西欧等能源消耗大国及经济体量大国是该领域的研究地区,中国在研究数量、研究人员、研究影响力方面处于领先地位。同时,本文从制氢、氢储运、加氢(站)、氢燃料电池全产业链出发,分析中国氢产业现有技术水平和主流应用方式。但中国目前实际氢能源产业链相对落后,受制于技术难题、成本等制约因素,氢能源产业发展市场化、规模化发展不足,需要政府、企业、社会多方发力,协调推动产业链构建。

中国石化氢能标准建设实践

氢能的有效利用是实现碳达峰、碳中和目标的重要途径,标准是氢能产业规范、安全、健康、可持续发展的基石。文章介绍了中国石化在氢能系统安全、氢制备与纯化、氢储运、氢装备、加氢站系统、氢气质量检测及分析方法等领域的标准布局及制修订工作,提出提升标准体系的系统性、快速补充产业推广短板、大力推动产业链降本、加强国际合作等建议。期待未来能与相关机构和企业深入合作,为氢能标准体系和产业竞争力做出应有的贡献。

有机液体储运氢技术经济分析与比较

对3种原料成本较低的有机液体储放氢体系(甲苯/甲基环己烷、苯/环己烷、萘/十氢萘)进行了加/脱氢工艺流程模拟,估算了加/脱氢环节的工程成本,发现原料费用是加氢环节成本的决定性因素,而脱氢环节成本取决于公用工程费用,其中萘/十氢萘体系的氢气储存单价最低。3种体系的运输成本分析结果表明,萘/十氢萘体系的氢运输成本也最低。与当前主流储运氢方式(气氢拖车、液氢罐车和气氢管道)进行了技术经济性比较,发现利用有机液体储运氢500 km时的氢气总成本(含加/脱氢及运输)为8.86元/kg,低于同样距离运输的气氢拖车和液氢罐车等的储运成本。因此,在需要大规模长距离运输、海运、长期储存等情况下,有机液体储运氢技术有着明显的经济性优势。

氢能工业现状、技术进展、挑战及前景

在中国实现“碳达峰、碳中和”战略目标的要求下,作为一种可再生清洁高效二次能源,氢气能源得益于资源丰富、来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染、利用形式多样、可作为储能介质及安全性好等优点,将成为助力能源、交通、石化等多个领域实现深度脱碳的现实途径,也将成为我国构建现代清洁能源体系重要的接替能源,加快氢能发展步伐已成为全球共识。为了给氢能相关产业加快发展和能源公司加速转型提供理论支持,并为构建“氢能中国”提供依据和参考,阐述了氢产业链中制备、储运、应用等重点环节主要关键技术进展,分析了氢能工业化现状与发展趋势,探讨了氢工业发展所面临的挑战,展望了氢能产业的发展与未来。综合研究认为:①我国的氢能技术将走向成熟并进入产业化之路,氢能工业全产业链体系正在逐步形成,将逐渐实现由灰氢、蓝氢到绿氢的跨越式发展;②加快推进制氢、储氢、运氢、氢燃料电池、加氢站及其他用氢场景等氢能全产业链整体发展,注重与油气工业深入融合协同,将有效推进氢气工业体系快速高质量发展;③推进和实施“北氢东输”“西氢东输”“海氢上岸”等重大工程,利用加油气站等基础设施,可以在产氢、加氢等产业链节点发挥油气公司的先天优势,实现“油、气、氢、电”四站合建应用,形成全国整体的氢能资源保障系统,加快谋划推进“氢能中国”战略。

我国绿氢供应体系建设思考与建议

在碳中和战略目标引领下,能源生产消费方式转向绿色低碳,将推动氢能供应体系逐步以绿氢为基础进行重塑;绿氢将成为新能源供给消纳体系的重要组成部分,因而加强绿氢供应体系建设有助于能源生产消费方式变革。本文在阐述绿氢供应体系建设必要性的基础上,剖析了绿氢供应体系建设面临的挑战,如绿氢资源与需求空间分布不匹配、绿氢生产与消费时间特性不匹配、现有体制机制及标准与绿氢供应体系不匹配;凝练了强化氢储运关键基础问题研究、加快氢储运技术装备攻关、提升氢储运装备安全检测技术水平等重点研究方向,力求以氢储运环节的高质量发展支撑绿氢供应体系建设。研究提出,采用氢电融合发展的系统性思维,统筹构建我国绿氢供应体系;氢储运是连接上游电解水制氢、下游氢消纳应用的关键环节,在调节绿氢供需时空错配、实现绿氢灵活供应方面发挥重要作用。为此建议,注重顶层设计、统筹规划布局,建设基础设施、化解时空错配矛盾,开展试点示范、驱动技术创新,完善体制机制、营造发展环境,以此促进绿氢供应体系高质量建设。

氢能事业的发展与前景展望

在能源行业面临时代转型的大背景下,为了进一步为能源发展的方向进行指导,站在能源央企角度,通过归纳概括、举例、对比、逻辑推理等方法,紧密结合国家能源治理,把握能源发展多元化趋势,将碳成本作为切入点,以发展氢能事业为主线,论述国家与能源行业两个层级以及新能源和传统能源之间的关系,对能源生产和消费新格局做出预判,意在突出能源行业向多元化时代转变以及中国实现双碳目标的进程中能源央企所能发挥的引领作用。

双碳目标下铁路储运氢气现状及展望

为促进氢能发展,助力实现双碳目标,对铁路储运氢气进行探究。通过分析工业和交通运输等领域对氢气的需求,对比不同氢气储运方式的储运条件、储氢密度和储运规模等因素,探究现有氢气储运方式存在的问题,研究发现运输距离超过400 km的陆地大规模氢气储运方式仍处于空白阶段,这极大限制了氢能产业发展;基于铁路运输特点和氢气储运现状,提出利用铁路进行陆地大规模、远距离储运氢气。针对铁路储运液氢,进行前瞻性分析,探究影响铁路储运液氢经济和安全的因素,研究提出运输距离超过400 km时,铁路储运液氢比公路更具优势;运输距离超过1000 km时,铁路储运液氢平准化成本为1.35元/kg。通过对铁路储运液氢前瞻性和可行性分析,研究提出需进一步健全液氢储运标准体系、攻克技术难题、完善基础设施建设,以更好推进我国建设清洁低碳、安全高效的新型能源体系。

2023年镁基储氢材料研究热点回眸

2023年,镁基储氢材料及其固态储运氢技术研发与应用发展迅猛,热点频现,出现了诸多显著成果。在材料设计开发方面,通过多种改性手段有效改善了镁基储氢材料的热/动力学性能,实现了材料在近室温条件下吸氢,200℃以下放氢,循环寿命也在不断提升。在工程应用方面,全球首台吨级镁基固态储运氢车问世,多个示范应用项目与材料生产线开始落地建设。社会各界都在关注并积极推动镁基储氢材料与系统的研发,努力探索潜在的产业应用。根据镁基储氢材料的催化改性、纳米化改性、合金化改性、系统装置开发和示范应用五大方向,总结了2023年国内外镁基储氢材料的重要进展,探讨了镁基储氢材料在氢储运、氢储能和固体氧化物燃料电池发电等领域的应用场景,展望了镁基储氢材料在2024年所面临的机遇与挑战。

镁基固态储氢材料研究进展

镁基储氢材料具有储氢量高、镁资源丰富以及成本低廉等优点,被认为是极具应用前景的一类固态储氢材料。利用镁基储氢材料供氢主要有热分解放氢和水解产氢2种途径。MgH_(2)的热分解放氢焓值高(75 kJ/mol H),造成其放氢温度较高、动力学差;MgH_(2)的水解过程中,由于常温水解产物Mg(OH)逐渐包裹在MgH_(2)表面,阻隔了MgH_(2)与水的接触,从而导致水解产氢效率较低。近年来,大量研究工作聚焦于改善MgH_(2)的热解/水解供氢性能及实际应用,已经取得了大量成果。针对目前国内外镁基固态储氢材料的研发,总结了材料/结构改性、反应条件对镁基储氢材料的热解/水解性能的影响,重点阐述了固态镁基储氢材料组成成分-微观结构-储放氢性能之间的关系,并对镁基储氢系统及实际应用场景进行了归纳。未来通过镁基固态储运氢技术的发展,将实现氢气的高安全、高效及大规模储运,助力中国氢能产业的发展。

金属储氢材料的性能边界条件分析

规模化储运氢是未来氢产业化的发展趋势。国内目前常采用高压氢气作为储运的形式，其最高操作为20MPa。更高压力的气氢、液氢等方式未在国内取得民用资格。同时其他的有可能的储运氢方式，如金属氢化物、化学液态载体都被广泛的研究和讨论。因此探讨何种材料适用于规模化储运氢是必要的。在能耗分析的基础上，建立一种确定规模化储运氢材料性能边界条件的方法。以20MPa高压氢的储运能耗为标准，计算了不同释氢反应生成焓值时，材料储氢比的边界值。结果表明，储氢材料释氯压力达到0．5MPa以上，且当运输距离越长时，金属储氢材料有更高的优势，当距离大于800km时，除合金外大多数单质和复合金属氢化物都可以满足要求。当以正在试验中25，35MPa的气氢为参考，从能耗的角度，运输距离达到1500km以上，金属储氢材料才有明显的优势。未来在规模化储运氢材料的选择上，应考虑接近能耗要求的材料。