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氢储能技术发展与研究现状

氢能是能源转型升级的重要载体，是实现碳达峰碳中和的重要解决方案。氢气储运是连接氢气生产端和需求端的关键桥梁，低成本高效的氢气储运技术是实现氢气大规模应用的必要保障。

01.氢气储存技术

根据氢气的存储状态可将氢气储存方式分为常温高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢和固态储氢等。目前，常温高压气态储氢是当前我国最成熟的储氢技术，占绝对主导地位。低温液态储氢尚处起步阶段，是未来大规模用氢的良好解决方案。有机液态储氢处于技术研发阶段，是未来有发展潜力的氢气低价储运技术之一。固态储氢尚处示范阶段，具有实用化前景的是金属氢化物基储氢合金。

常温高压气态储氢是指将氢气压缩在储氢容器中，通过增压来提高氢气的容量，满足日常使用。这是一种应用广泛、灌装和使用操作简单的储氢方式，具有成本低、能耗低、充放速度快的特点。缺点是储氢密度低，安全性较差，只能适用于小规模、短距离的运输场景。

低温液态储氢属于物理储存，是一种深冷氢气存储技术。氢气经过压缩后，深冷到21K（约-253°C）以下，使之变为液氢，然后储存在专用的低温绝热液氢罐中，密度可达70.78kg/cm3，是标准情况下氢气密度的850倍左右，体积比容量大，适用于大规模、远距离的氢能储运。缺点是对储氢容器的绝热要求很高，液化和运输过程中能耗大。

有机液态储氢属于化学储存，利用有机液体（环己烷、甲基环己烷等）与氢气进行可逆加氢和脱氢反应，能够实现常温常压下氢气储运。这种储氢方式的优势在于储氢密度比较高、安全性高。缺点是需要配备相应的加氢脱氢装置，流程繁琐，效率较低，增加储氢成本，影响氢气纯度。

固态储氢是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等作为储氢载体，通过化学吸附和物理吸附的方式实现储氢，具有储氢密度高、储氢压力低、安全性好、放氢纯度高等优势。缺点是成本高，放氢需要较高温度下进行。

02.氢气输送技术

根据储氢状态氢气输送分为气态输送、液态输送和固态输送，气态和液态为目前的主流方式。根据运输工具，氢气输送主要有长管气态拖车、液氢槽罐车和管道（纯氢管道、天然气管道混输）输氢。

气态长管拖车输氢是当前较为成熟的运氢方式。国际上已有厂商采用45-55MPa的氢气瓶组进行氢气运输。国内目前只有20MPa钢制高压长管拖车和瓶组，储氢密度低，未来将以30MPa及以上的高压力等级为主。

全球氢气液化装置50余座，总产能超过470吨/天，在北美应用较多。我国有4座氢液化装置投入使用，均在航天领域，总产能约5吨/天，占全球约1%。液氢在美欧的生产、储运、加注及应用等各项技术均已相对成熟。我国液氢产业各环节都比较薄弱，尤其是储运。我国液氢储运技术发展起步较晚且关键设备进口受限，制约着液氢的规模化应用。世界首条液氢运输船2020年在日本下水，从事澳大利亚到日本的液氢输远。随着液氢进出口贸易的增加，未来船舶运液氢有望成为主要运氢方式之一。

输氢管道在全球已建成约5000km，其中约85%分布在美国和欧洲，工作压力在4MPa-8MPa。我国输氢管道总长约400km，分布在环渤海湾、长三角、中原等地。我国输氢管道较短、设计压力较低，未来需要发展高压的长输管道，以实现大规模输氢。

03.氢气储运经济性

目前，技术上成熟、经济上可行的储运方式主要是气态氢储运。EVTank的研究结果显示，气氢拖车在300km以内运输具有成本优势，液氢罐车在中远距离运输具备优势，尤其在400km后液氢的成本优势大于管道运输（利用率20%）。管道输氢前期投资建设成本较高，其运输成本受运能利用率影响，运能利用率越高越经济。随着氢能产业规模的发展扩大，未来长距离、大规模的氢气运输中管道输氢有望成为最优运输方式。

04.氢储运未来发展趋势

《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》指出，以安全可控为前提，积极推进技术材料工艺创新，支持开展多种储运方式的探索和实践。提高高压气态储运效率，加快降低储运成本，有效提升高压气态储运商业化水平。推动低温液氢储运产业化应用，探索固态、深冷高压、有机液体等储运方式应用。开展掺氢天然气管道、纯氢管道等试点示范。逐步构建高密度、轻量化、低成本、多元化的氢能储运体系。