氢具有资源丰富、清洁、可储存、可循环、可持续等优点,是一种潜在的理想能源载体。随着燃料电池技术的不断完善,氢气的使用范围将进一步扩大。氢能的利用已得到各国政府汽车公司、能源公司和环境组织的高度重视。氢能制备、氢能储运氢能使用、氢能教育、氢能标准这5个环节是实现氢能利用不可缺少的条件。安全经济的氢气储运技术是氢能利用推向实用化、产业化的关键。氢能源在交通运输方面的发展最有前景。现阶段,燃料电池汽车的发展可以代表氢能经济发展的进程。美国商务部对氢能发展的技术评估表明,氢的储运是燃料电池汽车(Fuel Cell VehicleFCV)发展面临的主要技术障碍之一,是氢能经济发展需要优先考虑的问题。
不同的使用场合对储氢的商业要求也不一样。用于燃料电池汽车的车用储氢容器要尽可能地减少自重和占用空间,并能提供一定的燃料量,满足行程要求。美国能源部(Department ofEnergy)认为:车用高压储氢的单位质量储氢密度至少应达到6%,即60kg(H)/m。为满足一般汽车续航483~644km的要求,一次装氢量大约需要7kg;公共车续航160~240km,大约需氢3kg。氢气输运设备要求损耗能量较小,一次性承载较大量的氢气,同时输送设备要具有处置突发意外情况的安全装置等。
现有储氢方式的对比
现有的储氢方式较多,但从技术条件和目前的发展现状看,高压储氢、液氢储运和金属氢化物储氢3种方式更适用于商用要求。表1是对这三种储氢方式的简要比较。
3种储氢技术的比较
储氢方式 | 单位质量储氢密度/% | 单位体积储氢密度/kg.m-3 | 优点 | 缺点 | |
高压储氢 | >3 | 20(35MPa) | 技术成熟,设备结构简单、成本较低 | 单位质量储氢密度有待提高,单位体积储氢密度不高。 | |
液氢储运 | >5.1 | 36.6 | 接近实用化目标要求 | 设备结构复杂,液氢制取成本较高,存在热漏损问题 | |
金属氢化物储氢 | 1.0-2.6 | 25-40 | 单位体积储氢密度高,安全性能好,吸放氢气时需要热量交换,但能耗不高,可长期存储 | 合金很重,单位质量储氢密度不高,合金的细粉化和中毒问题有待解决 |
氢气在储运过程中的风险
1、 氢气的易泄漏性、易燃性和易爆性
由于氢气的密度很小,高压氢气储运设备中的氢气极易泄漏。如果在开放空间,对安全有利,但是一旦散逸受阻,大量氢气积聚,可能造成人员窒息。泄漏氢气在空间中扩散,达到一定浓度的时候遇火就会燃烧,甚至爆炸。此外,氢气是一种无色、无味、无毒的气体,人体一般不能自动感知到氢气的存在,燃烧的氢气在白天是不可见的。
2、 压力危险
高压氢气储运设备一般都在几十个MPa下使用,储存着大量的能量。因超温、充装过量等原因,设备有可能强度不足而发生超压爆炸。车用储氢容器和高压氢气运输设备,需要频繁重复充装,不但原有的裂纹类缺陷有可能扩展,而且可能在使用过程中萌发出新的裂纹,导致疲劳破坏。
3、 充装危险
高压氢气储运设备在充装气体的时候,气体介质在压力降低时会放出大量的热量,通过热的传递过程,使得设备的各连接部分温度升高。温度过高可能会使充装气体的人员受到损害,同时也改变了设备承压材料的本构关系,影响到承压能力。
儒亚科技(北京)有限公司引进瑞士的高压氢气源设备采用金属氢化物储氢的方式,并克服金属氢化物储氢的难题,在低压下实现大容量体积的储存,在使用时可以将氢气的压力输出到最高70MPa,氢气纯度达到99.9999%或更高。
1、实验室级高压氢气源
实验室级高压氢气源
产品特点:
• 非工作条件下H2压力接近周围环境压力
• 6分钟内快速达到20MPa
• 90升型号的氢源最大输出流量:单个压缩站800ml/min
• 180升型号的氢源最大输出流量:通过扩展模块,流量可达1600ml/min
• 输出压力 在10 bar(145 psi)到200bar(2900psi)或者到700bar(10,000psi)可选
• 可选项:电解器、低压气路管线、压力调节阀
2、工业级高压氢气源
在实验室级高压氢气源的基础上提高储氢量,产品特点:
• 储氢密度高
• 不需要提前加热或冷却
• 优良的安全性能,可防止在大厦等大型建筑内
• 在低压下储存大量氢气,无需压缩机
• 标准模块为12.5kg,放氢压力0-70MPa可选,放氢流速为150Nl/min,氢气纯度为99.9995%,预估寿命30年。
3、工业氢气源发电系统
将工业级高压氢气源和发电机结合在一起,利用氢能进行发电。可以将过程能源如潮汐能、风能、太阳能等多余的电能通过电解产生的氢气储存起来,储存的氢气可以运往加氢站,或者与发电机进行结合,作为备用发电系统备用。前提条件是要具备充足的氢气源头或者富余的电能。
产品特点
• 兆瓦级别的发电能力:我们的标准模块配置在一个20英尺ISO集装箱内,占地面积极小,存储高达4.5 MWh的电能。
• 长寿命:氢气的存储基于完全可逆的过程,没有循环限制或老化。
• 安全:我们经过验证并获得专利的固态储氢技术具有优异的安全性能,可以在几乎任何环境下安装,甚至在室内.
• 环境友好:与电池相比,由于我们系统的低消耗能量和长寿命,碳足迹大大减少。
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