構建氫能多形態儲運體系-瞭望周刊社

構建氫能多形態儲運體系

2025-12-02 15:05:56 來源: 瞭望 2025年第48期

  

➤當前儲運成本約佔氫能終端成本的30%~40%,成為制約氫能經濟性的關鍵因素

➤高壓氣態儲氫技術仍需升級以提升經濟性,液態儲氫技術有待突破以驗證可靠性,固態儲氫技術則需加速從實驗室走向産業化

➤積極推進與周邊省區的跨區域合作,通過基礎設施互聯互通、政策標準協同互認、市場體系共建共享,實現氫能資源的優化配置

  文 |《瞭望》新聞周刊記者 安路蒙

  

  氫能作為一種清潔、高效、可再生的能源載體,在全球能源結構低碳轉型背景下正發揮着日益重要的作用。

  內蒙古自治區憑藉豐富的可再生能源資源和得天獨厚的區位優勢,成為我國氫能産業發展的高地。近年來,內蒙古深入實施科技“突圍”工程,先後&&系列政策文件,全鏈條攻堅打造全國綠氫示範高地,初步構建了覆蓋“制、儲、運、加、用”五大環節的全産業鏈布局。

  作為連接制氫與用氫的關鍵環節,氫能儲運的技術瓶頸和成本難題,成為制約産業規模化發展的一大挑戰。

  氫能儲運主要包括三種技術路線,分別是高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫和固態材料儲氫。高壓氣態儲氫技術相對成熟,已進入商業化應用階段,但在儲氫密度和運輸成本方面存在局限;液態儲氫具有高密度優勢,但能耗高、技術門檻高;固態儲氫以其高安全性和高密度特性,被視為未來的顛覆性技術,目前仍處於研發示範階段。

  當前儲運成本約佔氫能終端成本的30%~40%,成為制約氫能經濟性的關鍵因素。

  近年來,內蒙古積極探索構建“氣—液—固”多形態儲運體系,推動不同技術路線的優勢互補與協同發展,着力破解産業發展瓶頸,助力氫能産業高質量發展。

  多條輸氫管道加快建設

  在包頭市達爾罕茂明安聯合旗草原深處,20萬千瓦風光基地發出的綠電,通過輸電線路直達15公里外的內蒙古華電氫能科技有限公司的制氫車間。電解槽內,含有電解質的水溶液在電流下發生化學反應,經提純、吸附、乾燥等工序,制取出純度達99.999%的綠氫。

  生産出來的綠氫賣給誰?答案是,同一園區內的下游工廠。去年11月,由該公司實施的工業天然氣摻燒綠氫示範項目點火成功,同一園區內的內蒙古金鄂博氟化工有限責任公司的工業鍋爐用上了摻有20%綠氫的天然氣。

  “把綠氫摻到天然氣中,用於無水氫氟酸工業生産,不僅提升了燃燒和傳熱效率,還降低了二氧化碳、一氧化碳等排放。”內蒙古華電氫能科技有限公司執行董事王新宇説。

  這是內蒙古制氫項目快速發展的縮影。內蒙古自治區能源局有關負責人介紹,截至目前,內蒙古已建成7個風光制氫一體化項目,制氫規模6萬噸/年,居全國領先地位。

  隨着制氫規模的快速增長,如何高效、經濟地將氫氣從生産基地運輸到使用終端,成為現實問題。高壓氣態儲氫是目前最為成熟、應用最廣泛的儲運技術,該技術通過將氫氣壓縮至高壓狀態(通常為20~50MPa)進行存儲和運輸,主要採用長管拖車作為運輸工具,在早期氫能市場的形成與發展中扮演着重要角色。

  不過,內蒙古地域遼闊、氫能資源與市場分佈不均衡。據行業數據顯示,採用20MPa高壓長管拖車運氫,當運輸距離超過200公里時,運輸成本將佔氫氣總成本的50%以上,經濟性大幅降低。

  結合長距離管道輸送技術,構建“高壓拖車+輸氫管道”的混合儲運模式,成為內蒙古的現實選擇。

  內蒙古&&綠氫管道省級規劃,創新構建“一幹雙環四齣口”管網架構。其中,達爾罕茂明安聯合旗至包頭市區綠氫管道已開工建設,赤峰市敖漢至元寶山綠氫管道和烏蘭察布市至京津冀地區輸氫管道內蒙古段已批復,年內將相繼開工。

  眼下,包頭市正加速推進達茂旗至市區195公里純氫長輸管道建設。“項目計劃年底實現主體完工,建成後將大幅降低下游企業用氫成本,為綠氫規模化應用掃清障礙。”包頭市發展和改革委員會黨組書記、主任石鐘琴説。

位於內蒙古包頭市的國家稀土功能材料創新中心研發的全國首&套固態儲氫系統示範裝置    受訪者供圖

  液態儲運的前沿探索

  液態儲氫是通過將氫氣冷卻至-253℃以下的超低溫環境,使其轉化為液體狀態後進行儲存和運輸的技術路線。這種方式的最大優勢在於,其儲氫密度達到70g/L以上,是20MPa高壓氣態儲氫的6倍以上,適合長距離、大規模氫能運輸。

  然而,液態儲氫也面臨着技術和經濟挑戰。氫氣液化過程需要消耗大量能源,理論上液化1公斤氫氣需耗電12~15kWh,佔氫氣自身能量的30%左右,成本居高不下。同時,液氫儲存容器需要具備優異的絕熱性能,以防止液氫沸騰蒸發損失,這對材料選擇和容器設計提出極高要求。

  實現液氫技術規模化應用路線,建立以液氫為儲運介質的新能源電氫體系為突破方向。“這一體系是將風電、光伏綠電與液氫儲運相結合,可有效規避風光發電周期性和氫液化能耗高的問題。”航天氫能科技有限公司副總經理兼總工程師安剛説,在風光發電條件好、電價較低的地區,採用液氫儲運技術,將可再生能源制取的氫氣轉換為液氫後,運輸至氫氣需求量大、電價較高的地區。

  《中國氫能技術發展路線圖研究》預測,到2030年我國將開發完成液態儲氫技術,到2035年實現多元化儲氫産業鏈技術的自主可控。

  內蒙古作為國家重要能源基地,地域遼闊、資源稟賦優越,在液態儲氫技術發展方面具備天然優勢,可提前布局液態儲氫技術研發與示範。特別是在大規模氫氣液化裝置、高效絕熱材料、液氫儲運容器等關鍵領域開展攻關。

  技術突破後,內蒙古可將西部風光資源富集區生産的綠氫高效運輸至東部市場需求旺盛的地區,甚至為未來出口至國際市場的液氫貿易奠定基礎。值得注意的是,內蒙古已在部分地區布局電解水制氫、輸運裝備研發製造和測試基地,為液態儲氫技術的發展提供良好基礎。

  以今年上半年簽約的包頭市達茂旗30噸液氫工廠為例,該項目計劃投資約3億元,建成後將實現日産30噸、年産1萬噸液氫産能,覆蓋液化、儲氫、充裝全流程,國富氫能將主導液氫核心裝備研發與交付。

  江蘇國富氫能技術裝備股份有限公司董事長鄔品芳説,該項目基於國富氫能國家級示範項目(10TPD氫液化工廠)的技術積累,通過産業化升級實現國內首套30TPD液氫工廠的自主研發,産品將面向日本、韓國等國際市場及中國香港地區,同時為國內氫能高速公路網絡建設提供保障,打造液氫規模化應用的行業標杆。

  固態儲運的顛覆性潛力

  固態儲氫作為一項前沿技術,以其高安全性、高體積儲氫密度和低能耗特點,被視為氫能儲運領域的顛覆性技術方向。該技術基於金屬氫化物、碳材料等固體材料與氫氣發生物理/化學反應,將氫原子儲存於材料晶格內部,形成固態氫化物。

  業內認為,相較於高壓氣態和液態儲氫,固態儲氫具有常溫低壓操作、無需絕熱保溫、長期儲存無蒸發損失等優勢,同時有效避免氫氣泄漏、脆化等安全風險,在分佈式儲能、移動式電源等領域展現出獨特應用價值。

  內蒙古積極布局相關研發與示範項目。2025年7月,自治區科技“突圍”工程氫能專項——“綠氫的固態法儲運及應用技術攻關與示範”項目在烏海市正式啟動。

  該項目由內蒙古毅鏷新能源科技有限公司牽頭,聯合上海交通大學、內蒙古工業大學等6家單位協同攻關,圍繞運氫技術效率低、成本高、安全性差等問題,以“鎂基固態儲氫材料開發—材料低成本規模化生産—基於氫熱耦合的噸級儲運氫系統開發—儲運氫裝備在氫冶金中的示範應用”為研究思路,旨在開發具有我國資源特色的、高體積密度的鎂基固態儲氫材料及其規模化生産技術。

  項目啟動僅數月,團隊已在關鍵材料與工藝上實現三項突破:一是融合前沿計算材料學與實驗驗證,篩選出優勢鎂基合金成分體系,實現高儲氫密度與低成本的兼顧;二是通過對Ti(鈦)和Ni(鎳)等催化劑的精準設計與調控,確定可顯著提升充放氫速度的低成本催化劑配方,攻克高效催化技術;三是初步設計出“感應熔煉—熱處理—機械破碎—氣流磨制粉—壓片”的完整工藝流程,打通工業化工藝路徑,加快實現關鍵材料的規模化、穩定化生産。

  該項目牽頭單位&&,這些突破標誌着綠氫固態儲運技術向低成本、高安全性目標邁出關鍵一步,未來將在氫冶金等場景開展示範,為全國氫能産業提供“內蒙古方案”。

  除了重點項目研發外,固態儲氫技術正走進日常生活。位於包頭市的北方稀土冶煉分公司(華美公司),員工們騎着氫能電動兩輪車,駛入低壓固態加氫示範站,幾分鐘內,車輛搭載的固態儲氫瓶便補足能源。

  這一成果,得益於北方稀土貯氫公司在稀土固態儲氫材料研發上的突破。這種特殊材料能夠在低壓條件下高效、安全地吸放氫氣,是整個低壓固態儲氫技術的根基。北方稀土早在多年前就布局該領域,持續推動材料研發與産業化應用,2023年下線全國首&套固態儲氫系統示範裝置。

  多形態協同之路

  在氫能産業儲運環節,構建“氣—液—固”多形態儲運體系,是一項複雜的系統工程,也能推進氫能産業高質量發展。

  多位專家&&,當前高壓氣態儲氫技術仍需升級以提升經濟性,液態儲氫技術有待突破以驗證可靠性,固態儲氫技術則需加速從實驗室走向産業化。這三條技術路線並非簡單的替代關係,而是互補協同的共生關係。

  一方面,應根據氫能供應鏈的不同環節和終端應用的多樣化需求,科學配置儲運技術。

  高壓氣態儲運應聚焦於短距離、小規模的氫能配送網絡,特別是城市內部的交通、市政服務車輛等應用場景;液態儲運重點服務長距離、大規模的跨區域氫能調配,連接能源基地與消費市場;固態儲運則着眼於分佈式儲能、高安全性需求場景以及在氫冶金等特定工業領域的示範應用。

  另一方面,氫能儲運體系建設還要放在全國氫能發展大局中統籌規劃。

  業內人士&&,應積極推進與周邊省區的跨區域合作,通過基礎設施互聯互通、政策標準協同互認、市場體系共建共享,實現氫能資源的優化配置。特別是與北京、河北、遼寧等氫能消費大省(市)展開闔作,可重點開展高壓管道輸氫、液氫運輸等聯合示範項目。□