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汽车|制氢、储运、加氢产业链知识大全( 三 )


表3 典型制氢工艺中各类能源转换效率与CO?排放
制氢工艺
原料
能源
能量密度
（MW/km2）
能量转化率
（%）
CO?排放量
（kg/GJ)
重整
烃类
天然气
750
76
69
煤化物
煤炭
煤炭
750
59
193
生物质
太阳能
120
0.24
25
电解
水
核能
500
28
17
水力
5
70
15
潮汐
1
70
20
风能
4
70
18
太阳能
120
10.5
27
光催化
水
太阳能
120
4
27
热化学循环
水
核能
500
50
28
我国可再生能源丰富 ， 每年弃水弃风的电量都可以用于电解水 。 我国拥有水电资源3.78亿千瓦 ， 年发电量达到2800亿千瓦时 。 水电由于丰水器和调峰需要 ， 产生了大量的弃水电能 。 我国风力资源也非常丰富 ， 可利用风能约2.53亿千瓦时 ， 相当于水力资源的2/3 。 但风电由于其不稳定的特性 ， 较难上网 ， 因此每年弃风限电的电量规模庞大 。 如果将这部分能源充分利用起来 ， 有利于电解水制氢的发展 。
中游储运
氢是所有元素中最轻的 ， 在常温常压下为气态 ， 密度仅为0.0899kg/m3 ， 是水的万分之一 ， 因此其高密度储存一直是一个世界级难题 。 氢能的存储有以下方式：低温液态储氢、高压气态储氢、固态储氢和有机液态储氢等 ， 这几种储氢方式有各自的优点和缺点 。 氢输运又分为气氢输送、液氢输送和固氢输送 。
汽车|制氢、储运、加氢产业链知识大全
本文图片

图5 典型储氢技术
一、低温液态储氢不经济
液态氢的密度是气体氢的845倍 。 液态氢的体积能量密度比压缩状态下的氢气高出数倍 ， 如果氢气能以液态形式存在 ， 那它替换传统能源将水到渠成 ， 储运简单安全体积占比小 。 但事实上 ， 要把气态的氢变成液态的并不容易 ， 液化1kg的氢气需要耗电4-10千瓦时 ， 液氢的存储也需要耐超低温和保持超低温的特殊容器 ， 储存容器需要抗冻、抗压以及必须严格绝热 。 所以这种方法极不经济 ， 仅适用于不太计较成本问题且短时间内需迅速耗氢的航天航空领域 。
二、高压气态储氢产业应用最为成熟 ， 致命缺点是体积比容量小
高压气态储氢是目前最常用并且发展比较成熟的储氢技术 ， 其储存方式是采用高压将氢气压缩到一个耐高压的容器里 。 目前所使用的容器是钢瓶 ， 它的优点是结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快 。 但是存在泄露爆炸隐患 ， 安全性能较差 。
该技术还有一个致命的弱点就是体积比容量低 ， DOE的目标体积储氢容量70g/L ， 而钢瓶目前所能达到最高的体积比容量也仅有25g/L 。 而且要达能耐受高压并保证安全性 ， 现在国际上主要采用碳纤维钢瓶 ， 碳纤维材料价格非常昂贵 ， 所以它并非是理想的选择 ， 可以作为过渡阶段使用 。
表4 储氢气瓶分类
类型
简称
优势
生产商
钢瓶
I型
重容比大 ， 安全性差
纤维环向缠绕钢瓶
II型
金属内胆纤维全缠绕复合材料气瓶
III型
重容比小 ， 单位质量储氢密度高 ， 安全性相对高
美国的Quantum公司和Lincoln Composites公司、加拿大的Dynetek工业公司、法国的Mahytec公司
塑料内胆纤维全缠绕复合材料气瓶
IV型
三、固态储氢 ， 储氢密度大 ， 极具发展潜力
固态储氢方式能有效克服高压气态和低温液态两种储氢方式的不足 ， 且储氢体积密度大、操作容易、运输方便、成本低、安全等 ， 特别适合于对体积要求较严格的场合 ， 如在燃料电池汽车上的使用 ， 是最具发展潜力的一种储氢方式 。 固态储氢就是利用氢气与储氢材料之间发生物理或者化学变化从而转化为固溶体或者氢化物的形式来进行氢气储存的一种储氢方式 。


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