【氫能】破解國產氫能供需錯配 多路徑攻克儲運瓶頸

 長期以來,中國氫能產業發展面臨著嚴重的供需錯配問題,而“銜接”上游制氫與下游用氫的儲運環節,成為制約氫能大規模商業化應用的突出瓶頸。

日前證券時報·e公司記者走訪氫能代表企業發現,隨著政策密集發力和行業標準逐步完善,氫能儲運環節正在迎來系統性變革:儲運裝備逐步升級,完善氫能管網布局,積極探索液態、固態等新型儲運形式。

業內人士呼吁,希望國家針對氫能儲運環節提供專項支持,盡快完善行業規范,并推動碳氫市場協同發展,全方位減少氫能的綠色溢價。

儲運容器升級降本

“中國的氫能燃料電池產業已處在‘1到10’的過渡階段,但仍在商業化前期,關鍵環節的商業化價值還未體現出來。”作為國產車載儲氫瓶廠商代表,中材科技(蘇州)有限公司執行董事張元正向證券時報記者表示,氫能產業發展制約因素之一是氫氣的儲運成本。

作為中集集團旗下能化食品業務平臺,中集安瑞科是國內氫能全產業鏈布局的關鍵裝備制造商和工程服務商。據公司介紹,氫氣在常溫常壓下,具有分子式小、易散逸等特性,因此在制、儲、運、加、用的過程中,對技術和設備保障有很高的要求。

與傳統能源相比,氫氣生產和儲運需要投入較大的費用來確保高效和安全,目前階段整體成本仍較高。據華安證券預估,僅儲運氫環節就占氫氣總成本的30%—40%。

目前,國內氫能儲運以成本相對較低的高壓氣態為主要形式。而儲氫瓶作為重要的儲存容器,逐步從I、II、III型向質量密度更高、成本更低的碳纖維IV型瓶迭代。

2023年5月23日,國家標準《車用壓縮氫氣塑料內膽碳纖維全纏繞氣瓶》正式發布,意味著IV型瓶正式有標可依。

據測算,在同等35MPa壓力等級下,Ⅳ型儲氫瓶成本為2865美元,比Ⅲ型儲氫瓶反而下降27%,主要原因就在于III型瓶儲罐采用大量金屬鋁材料,而IV型瓶采用價格較低的高分子聚合物且用量較少,一般為塑料內膽。另外,包裹在內膽外部、增加強度的碳纖維占據IV型瓶主要成本,目前已經攻克了國產化難題,配套產業鏈體系已經形成。

“儲氫瓶的核心原材料碳纖維過往主要依賴進口,經過不懈努力,如今已經實現國產化。”張元正向記者表示,中材科技作為國內擁有70MPa IV型儲氫瓶生產資質并建成自動化生產線的企業,目前設計年產能達3萬只,正在聯合車企客戶做適配車型的定制化開發。

中集安瑞科也在積極布局Ⅳ型氫能車載瓶,公司與挪威Hexagon Purus合資建設的Ⅳ型儲氫瓶生產線已完工,進入生產許可取證和生產樣瓶階段。據介紹,合資工廠一期產能為2萬只儲氫瓶,總體廠區的規劃是10萬只,并預留擴產空間。“從2024年6月起,Ⅳ型瓶將可以在國內市場開始銷售,在此之前,我們加強氫能Ⅳ型車載瓶在東南亞等海外市場的營銷布局和業務拓展。”中集安瑞科方面向記者表示。

據悉,隨著更高壓力等級的Ⅳ型瓶在中國市場鋪開,配套設施也隨之跟進,當前新建的加氫站將適配壓力等級更高的加氫槍。

產業鏈適配高壓儲運

由于當前車載儲氫瓶成本仍然偏高,業內企業正持續探索儲氫瓶生產的創新工藝,以提升安全性,降低成本。

未勢能源科技有限公司董事長張天羽向記者介紹,關于儲氫瓶碳纖維復材層成型工藝,目前大多數工藝是碳纖維在纏繞工序中通過樹脂膠槽進行浸潤后纏繞,將碳纖維和樹脂作為纏繞的兩種獨立原材料,行業通常稱為濕法纏繞工藝。

“未勢能源已經在嘗試干法纏繞工藝,提前將碳纖維、樹脂通過預浸工藝生產為預浸帶,后將預浸帶作為纏繞的原材料進行氣瓶纏繞,通過干法纏繞工藝可實現更高的纏繞效率和更好的產品穩定性。”張天羽表示,瓶口位置密封性技術瓶頸較大,尤其是高壓氣瓶,是安全和氫氣泄漏的關鍵區,怎么實現瓶口閥、氣瓶閥座、塑料內膽的安全密封,已經成為儲氫瓶極其關鍵的技術。

隨著壓力的升高,儲氫密度也逐步提升,運輸成本逐步下降。中材科技方面預計,后續70MPa的Ⅳ型瓶將會明顯起量。另外,亞普股份也披露,公司已攻克70MPa IV型儲氫瓶技術難點,去年已經獲某主機廠批量訂單。

“隨著中國標準的完善、壓力等級的提升,高壓氫氣管束車的經濟運輸半徑也會隨之提升。”中集安瑞科高管向記者介紹,去年公司已經推出了國內首臺高壓30MPa管束車,相較20MPa高壓管束車,經濟運輸半徑翻倍,有效降低運氫成本;52MPa(運氫車)的運輸成本將會比20MPa進一步顯著下降。

目前,中集安瑞科生產的加氫站站用儲氫瓶組最高壓力等級可以達到103MPa。

儲氫瓶存儲壓力級別的提升對安全性提出更高要求。張天羽向記者表示:“氫燃料電池汽車安全性最核心的部件就是安全瓶(儲氫瓶),如果公稱工作壓力70MPa,我們水壓爆破測試會做到190MPa以上,通過觀察瓶子破裂形態,是撕裂、碎裂還是哪里有泄漏,以此來改進設計。”

隆眾資訊氫能分析師高琳向記者表示,氫氣的儲運是高效發展氫能的關鍵環節,目前國內在保障其安全性方面不斷出臺相關政策,4月30日,全國道路運輸標準化技術委員會在交通運輸部網站發布了《氫氣(含液氫)道路運輸技術規范》(計劃號:JT 2023—03)的征求意見稿,文件規定了氫氣在道路運輸、裝卸安全、應急處置等各方面的要求。

液態固態儲氫蓄勢待發

除了儲氫瓶,更大存儲容量的儲氫罐也在推動中。

去年7月,中集安瑞科中標了內蒙古華電包頭市達茂旗制氫項目的儲氫設施工程、采購、施工(EPC)項目,負責打造內蒙古首座大型綠氫儲存球罐群,為綠氫一體化綜合項目的儲氫環節打造應用示范項目。

“華電項目實現當年中標,當年交付。隨著今年綠氫項目落地,電解槽需求釋放,更大容量的儲運需求凸顯,預計今年國內將迎來儲氫球罐招標高峰。”中集安瑞科高管表示。2023年中集安瑞科的氫能業務實現收入7億元,同比增長近六成,新簽訂單8.31億元,同比增長37%。目前中集安瑞科具備1萬立方米中壓氫氣球罐的建造能力,滿足可再生能源制氫項目的大規模儲氫需求。

相比氣態存儲,液態儲氫是通過高壓、低溫(-253℃)將氫氣液化,能儲存更高密度、更大容量的氫,也更適合中距離(300公里以上的城際間)低用量運氫。據測算,液氫體積密度為80MPa下高壓氣態儲氫的2倍多,但制冷耗能大、儲存成本過高。目前低溫液態儲氫主要應用于軍事航天等對氫氣純度要求較高的領域,并需要用到大量壓縮機。

隨著我國氫氣液化技術和產能的不斷提升,民用液氫儲運也在逐步落地。

去年,中集安瑞科成功下線了國內首臺商用液氫罐車;今年,中集安瑞科已經開工建造國內首臺液氫球罐,牽頭并參與多項液氫團標和相應罐車行業技術標準制定。另外,去年中科富海1.5噸/天的液氫裝置成功出海,國富氫能打造的中國首臺套年產10噸級液氫裝置落地齊魯氫能。

A股上市公司中,杭氧集團氫能源裝備產業基地項目日前啟動,成為浙江省內第一個液氫關鍵裝備制造基地,主要生產適用于液氫領域的低溫液體泵及低溫閥、氫液化膨脹機、液氫槽罐車、氫氣壓縮機等氫能裝備。

此外,富瑞特裝披露,公司氫燃料電池車用液氫供氣系統產品已完成樣品研發制造工作,力爭盡快完成進一步的產品性能檢測工作。公司募投項目“氫燃料電池車用液氫供氣系統及配套氫閥研發項目”達到預計可使用狀態日期,將延遲調整至2024年6月30日。

“目前國內液氫產業鏈進展較快,但在制取、裝備等環節尚不成熟,標準法規還有待完善。此外,液態和氣態氫氣儲運擁有各自應用場景,不存在取代關系。”張元正向記者表示。

另外,壓力較低、體積儲氫密度更高的固態儲氫領域也獲關注。固態儲氫是以物理吸附或化學氫化物儲存,目前技術以鎂基、釩基、稀土等合金使用為主。2022年3月份發布的《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》中就包括了固態儲氫,意味著國家將對固態儲氫(包括復合儲氫)進行重點研究。

去年,由上海氫楓能源技術有限公司與上海交通大學氫科學中心合作的噸級鎂基固態儲運氫車已經下線。上市公司中,寶武鎂業去年鎂基儲氫材料已經試制出產品,經客戶試用后,將逐步形成批量供應。

據介紹,鋼廠通過固態儲氫可以極大提升用氫的安全性,并能實現規模儲存與運輸,還能有效利用鋼廠的余熱供能,將極大推動鋼鐵從碳冶金走向氫冶金發展。

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