氫能作為一種清潔能源，具有可持續(xù)、可再生、污染少和能量密度高等優(yōu)勢，在全球碳達峰和碳減排戰(zhàn)略布局中的重要地位日益凸顯。如今，全球氫能產(chǎn)業(yè)鏈的上游制氫、中游儲運和下游應用三個領域相關技術(shù)不斷發(fā)展，尋求安全、高效、經(jīng)濟的儲氫技術(shù)是氫能規(guī)?；瘧玫闹刂兄?，其中高壓氣態(tài)儲氫是發(fā)展最成熟、應用最廣泛的氫能儲運技術(shù)。

氣態(tài)儲氫

高壓氣態(tài)儲氫是指在高壓條件下壓縮氫氣，將壓縮后的高密度氫氣存儲于耐高壓容器中的存儲技術(shù)。

氫氣壓縮方式主要有兩種，一種是通過壓縮機將氫氣直接壓縮到裝入儲氫容器所需壓力，這種方式所使用的儲氫容器體積較大；另外一種是先以較低壓力壓縮氫氣后進行存儲，加注時再啟動氫壓縮機對儲氫容器按需增壓，進而達到目標壓力。

與液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫相比，高壓氣態(tài)儲氫具有設備結(jié)構(gòu)簡單、壓縮氫氣制備能耗低、充裝和排放速度快、溫度適應范圍廣等優(yōu)點，是目前發(fā)展最成熟、最常用的儲氫技術(shù)，預計在未來較長的時間內(nèi)仍將占據(jù)氫能儲存技術(shù)的主導地位。

儲能容器

通過高壓壓縮，氫氣以不同壓力被壓縮并裝入儲氫容器中?，F(xiàn)已開發(fā)并用于氫氣運輸和儲存容器共有4種不同類型，分別為純鋼制金屬瓶(I型)、鋼制內(nèi)膽纖維環(huán)向纏繞瓶(II型)、鋁內(nèi)膽纖維全纏繞瓶(III型)及塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶(IV型)。

I型瓶是由對氫氣有一定抗腐蝕能力的金屬構(gòu)成，它的優(yōu)點是制造容易、價格便宜，但由于金屬強度有限以及金屬密度較大，傳統(tǒng)金屬容器的單位質(zhì)量儲氫密度較低。

Ⅱ型和Ⅲ型瓶可有效提高容器的承載能力及單位質(zhì)量儲氫密度。該類容器中金屬內(nèi)襯僅起密封氫氣的作用，而壓力載荷由外層纏繞的纖維承擔。隨著纖維質(zhì)量的提高和纏繞工藝的不斷改進， 此類容器的承載能力進一步提高，單位質(zhì)量儲氫密度也隨之提高。

IV型瓶采用工程熱塑料材料替換金屬材料作為內(nèi)襯材料，同時采用金屬涂覆層提高氫氣阻隔效果，纏繞層由碳纖維強化樹脂層及玻璃纖維強化樹脂層組成，可進一步降低儲氫容器的質(zhì)量。

應用場景

根據(jù)實際的使用場景，可以將高壓儲氫容器分為運輸用儲氫容器、車載儲氫容器和加氫站用儲氫容器。

運輸用儲氫容器

高壓氫氣的運輸設備主要用于將氫氣從產(chǎn)地運輸?shù)绞褂玫鼗蚣託湔尽?strong>氫氣量少的使用高壓鋼瓶盛裝氫氣并搭配廂車進行運輸；量大的則使用長管拖車。

目前市場上，氫氣鋼瓶一般為I型瓶，容積為40L或50L ，壓力為15MPa或20MPa，常溫下儲氫量約0.5~0.9kg。為加大儲氫量，通常用16支氣瓶組成集裝格，總儲氫量約為8~14kg，主要是工業(yè)用途或?qū)嶒炇矣脷洹?/p>

長管拖車，由獨立的長管拖掛車和牽引車頭組成。目前在我國使用的長管拖車上常安裝7~11支大容積無縫鋼膽氣瓶（Ⅰ型瓶或Ⅱ型瓶），儲存壓力為20MPa，可充裝氫氣約350~600kg。長管拖車運輸氫氣的成本隨距離的增加而增加，一般適合200公里以內(nèi)的氫氣運輸。目前，長管拖車是技術(shù)最成熟、商業(yè)化程度最高的氫氣儲運產(chǎn)品，聯(lián)悅擁有長管拖車超過150臺。

加氫站用儲氫容器

對于加氫站，現(xiàn)階段國內(nèi)主要以高壓氣態(tài)氫氣的形式為氫燃料電池車輛提供氫燃料，主要使用高壓瓶式容器和鋼帶錯繞式儲氫罐。目前加氫站主要有兩種壓力要求，一種是滿足35MPa加氫要求的加氫站，一種是滿足70MPa加氫要求的加氫站，國內(nèi)以35MPa為主，國外以70MPa為主。

當前35 MPa加氫站用儲氫容器的設計壓力一般取45~50 MPa，但隨著70 MPa加注壓力需求的提高，各大企業(yè)均已開發(fā)出80~100 MPa的儲氫容器，并推進向更大容積、更大直徑發(fā)展。

車載儲氫容器

車載儲氫容器，主要是用于以燃料電池汽車為代表的車載供氫系統(tǒng)。車載氣瓶的體積、重量均受到安裝場景的限制，因此，輕量化、高壓力、高儲氫質(zhì)量比和長壽命是車載儲氫容器的要求。III型瓶和IV型瓶具有重容比小、單位質(zhì)量儲氫密度高等優(yōu)點，是最佳的車載儲氫容器，已廣泛用于氫燃料電池汽車。

車載儲氫瓶的工作壓力一般為35~70 MPa，國內(nèi)車載高壓儲氫系統(tǒng)主要采用35MPa III型瓶，國外以70 MPa IV型瓶為主。車載儲氫系統(tǒng)也逐步向大容積、多瓶組的趨勢發(fā)展。

行業(yè)標準

近年來，國內(nèi)的高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)有了長足的發(fā)展，為了保障高壓氣態(tài)氫氣儲存裝備的使用安全，截止目前我國已發(fā)布相關國家標準和團體標準大約有20多項。

在氫氣運輸領域，很長時間以來我國長管拖車采用的標準為20MPa，運輸成本每百公里大約10-15元/kg，2022年標準躍升到30MPa，這將極大提升長管拖車的氫氣運輸量和降低運輸成本。

在車載儲氫方面，我國主要采用的35MPa的Ⅲ型瓶，2023年5月23日正式發(fā)布國家標準GB/T 42612-2023《車用壓縮氫氣塑料內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》，于2024年6月1日正式實施，將推動車載儲氫瓶的快速發(fā)展。

總結(jié)

在世界各國對開發(fā)利用氫能源的重視背景下，儲氫已然成為氫能利用產(chǎn)業(yè)的關鍵環(huán)節(jié)。高壓氣態(tài)儲氫作為目前唯一商用的儲氫技術(shù)，已經(jīng)得到了長足的發(fā)展。

隨著產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的不斷突破，氣瓶性能不斷提升，成本不斷降低，高壓儲氫氣瓶正朝著輕質(zhì)高壓、低成本、高質(zhì)量/體積儲氫密度方向發(fā)展。具有廣泛應用場景的高壓儲氫技術(shù)，在即將到來的氫能時代中必將發(fā)揮重要作用。

參考文章：

1. 《高壓儲氫容器研究進展》李建

2. 《氫與氫能》李星國

3. 《高壓氣態(tài)儲氫的應用及發(fā)展建議》產(chǎn)業(yè)觀察者

4. 《高壓氣態(tài)氫儲運關鍵裝備發(fā)展情況與趨勢分析》氫能產(chǎn)業(yè)通