氫氣儲存方式多樣、安全可控

2018.12.06

氫能以其清潔、高效的特點被公認為未來最有潛力的能源載體,安全、高效的儲存技術是實現氫能利用的關鍵。在氫氣儲存方面,目前是如何實現安全使用的?

氫氣的儲存主要有高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、金屬氫化物儲氫和有機液體儲氫。在我國,高壓氣態儲氫應用最為廣泛。

1




高壓氣態儲氫應用在我國最為廣泛


高壓氣態儲氫以氣罐為儲存容器,通過高壓壓縮的方式存儲氣態氫。其優點是成本低、能耗相對小,可以通過減壓閥調節氫氣的釋放速度,充放氣速度快,動態響應好,能在瞬間開關氫氣。根據應用方式的不同,高壓氣態儲氫分為車用高壓氣態儲氫和固定式高壓氣態儲氫。


車用高壓氣態儲氫主要應用于車載系統,大多使用金屬內膽碳纖維全纏繞氣瓶(III型)和塑料內膽碳纖維全纏繞氣瓶(IV型)。



2

固定式高壓氣態儲氫主要應用在固定場所,如制氫廠、加氫站以及其他需要儲存高壓氫氣的地方。目前主要使用大直徑儲氫長管和鋼帶錯繞式儲氫罐來儲氫。


大直徑儲氫長管方面,石家莊安瑞科公司研制出20-45MPa儲氫瓶組,已成功用于國內眾多加氫站。長管氣瓶材料為鉻鉬鋼4130X,強度高,具有良好的抗氫脆能力。

鋼帶錯繞式儲氫罐目前有45Mpa和98Mpa兩種型號,江蘇常熟的豐田加氫站中目前使用的是98MPa立式高壓儲罐。

3



低溫液態儲氫是未來重要發展方向


低溫液態儲氫是將氫氣壓縮后冷卻到-252 ℃以下,使之液化并存放在絕熱真空儲存器中。與高壓氣態儲氫相比,低溫液態儲氫的質量和體積的儲氫密度都有大幅度提高,通常低溫液態儲氫質量儲氫密度可以達到5.7%。僅從質量和體積儲氫密度分析,低溫液態儲氫是比較理想的儲氫技術,是未來重要的發展方向,它的運輸能力是高壓氣態氫氣運輸的十倍以上,可配合大規模風電、水電、光電電解水制氫儲運。

4


在歐美日等國家,液氫應用相對比較成熟,在運輸、加氫站和車載中都有應用。我國液氫目前主要應用在航天領域,以及少數的電子行業。航天101所在液氫的制備、儲運、應用上都有成熟的經驗。

我國相關部門正在研究制定液氫民用標準,車用液氫技術研究正在進行中,液氫將應用在一些長途、重型商用車,以及加氫站中。


金屬氫化物儲氫適用于重量不敏感領域


金屬氫化物儲氫是利用過渡金屬或稀土材料與氫反應,以金屬氫化物形式吸附氫,然后加熱氫化物釋放氫。金屬氫化物質量儲氫密度在2%~4.5 %,由于儲氫合金安全、無污染、可重復利用等優點,目前主要應用于潛艇、船舶等需要配重及港口等對重量不敏感的大型器械方面。


有機液體儲氫方便運輸和儲存


有機液體儲氫是利用不飽和芳香烴、烯炔烴等作為儲氫載體,與氫氣發生可逆化學反應來實現儲放氫,質量儲氫密度達到7%左右,在到達用戶端時,載氫液體通過催化反應器釋放氫氣供氫燃料電池使用。經脫氫后儲氫載體再回流到儲罐中,并到加氫站置換新的載氫液體有機儲氫。

液體有機儲氫材料最大的特點就是常溫下為液態,能夠十分方便地運輸和儲存。整個使用過程中完全通過熱交換降低能耗,且沒有溫室氣體排放,安全保障。


35MPa和70MPa高壓儲氫瓶相應國標已發布并實施


我國應用最為廣泛的氫氣儲存方式是高壓氣態儲氫。高壓氣態儲氫氣瓶的設計、生產和使用必須要有相應的標準規范,以保障其安全性。

目前,我國已經完成能夠適用于35MPa和70MPa的高壓儲氫瓶的相應標準GB/T 35544-2017《車用壓縮氫氣鋁合金內膽碳纖維全纏繞氣瓶》,于2017年12月29日發布,2018年7月1日開始實施。

標準規定了車用壓縮氫氣鋁內膽碳纖維全纏繞氣瓶的型式和參數、技術要求、試驗方法、檢驗規則、標注、包裝運輸和存儲等要求,保障了高壓儲氫氣瓶的安全性。


車載高壓氣態儲氫現有防護措施能有效解決泄漏、爆炸等問題


車載高壓氣態儲氫安全防護措施主要有過溫報警、起火防護、過壓保護、過流保護和氫氣泄露監控等。


過溫報警:儲氫瓶上安裝的溫度傳感器用來檢測瓶內氣體溫度,傳感器將溫度信號發送到駕駛室儀表盤上,從而判斷瓶內氫氣是否超溫。


起火防護:當儲氫瓶處于起火環境中時,溫度傳感器和壓力傳感器會檢測到瓶內氣體溫度和壓力的異常并切斷氫氣供應。同時,瓶閥上安裝有壓力泄放裝置。


過壓保護:當儲氫瓶中氫氣壓力過高時,能通過壓力泄放裝置自動泄壓,保證儲氫瓶在安全的工作壓力范圍之內。


過流保護:當供氫管道斷裂,溢流閥開啟,進行過流保護,截斷氣體泄漏。

氫氣泄漏監控:儲氫瓶電磁閥與氫氣泄漏報警系統聯動,當泄漏氫氣濃度達到保護值時將自動關閉,從而切斷氫氣供應。


綜合以上,現有的防護措施能有效的解決高壓車載儲氫瓶的氫氣泄漏、爆炸等問題。


固定式高壓氣態儲氫按照儲氫裝置不同有著不同的安全防護措施


其中,大直徑儲氫長管需要從氣瓶質量、爆破片裝置、壓力表、溫度計和安全聯鎖裝置等方面做好防護。


氣瓶質量:氣瓶內外表面均經過噴丸處理,并用內窺攝像系統逐只進行內部全面檢查,確保內部質量。氣瓶成形及水壓試驗后逐只進行磁粉檢測,確保不得有任何裂紋狀缺陷存在,且氣瓶的兩端螺紋均經磁粉檢測,確保連接螺紋質量可靠。


爆破片裝置:爆破片裝在氣瓶的兩端,較安全閥體積小、重量輕,但密封可靠,同時其泄放面積較同體積的安全閥泄放面積要大得多。


壓力表:氣瓶充卸氣管路上設置有壓力表,量程取1.5-3倍的工作壓力,精度1.5級。壓力表采用防震型,其前端設置壓力表閥,便于更換拆卸。


溫度計:考慮到工作環境溫度及充氣時氣體溫度升高、卸氣時氣體溫度降低等因素,溫度計測量范圍應覆蓋最低和最高工作溫度,測量范圍應取-40-80。溫度計多采用雙金屬型,讀數方便,堅固耐用,且采用防護套管與介質隔開,易于更換拆卸。

安全聯鎖裝置:裝卸氣過程中,即操作倉門打開狀態,嚴禁拖車啟動運行,否則會造成裝卸軟管等連接部位拉斷、氣體泄漏等嚴重事故。


鋼帶錯繞式儲氣罐則安全性高,氣罐使用溫度-40~60℃,儲存壓力45-95MPa。采用抗氫脆、抗氫腐蝕的奧氏體不銹鋼,同時擁有抑爆抗爆、缺陷分散、運行狀態在線診斷等優點,儲氣罐安裝安全閥、壓力傳感器、溫度傳感器、氫氣泄漏探頭,通過對氣罐的遠程在線監控,可時時監測儲罐安全狀態。

總體而言,目前,35MPa氣態儲氫主要應用于城市內車輛,如城市公交車、物流車、團體班車;70MPa已經研發成功,主要應用于乘用車;液態儲氫技術成熟,在我國主要應用于軍事領域,民用推廣實現后,可解決長途、重載、大功率商用車的用氫需求;有機液體儲氫技術突破后,可應用于大部分用氫領域;固體儲氫適用于對重量不敏感的領域。


—— End ——



  京ICP備15044040號-1  ? 2018 潤谷東方(北京)國際投資有限責任公司. 保留所有權利
妻子不去赚钱