绿氢对灰氢的工业替代应用是降碳的有效方法,为解决波动性绿氢生产与工业稳定用氢的矛盾,必须使用规模绿氢缓存装备。当前高压储氢装置最为成熟,且初期购置成本较低,因此已落地的绿氢工业示范项目大多选用了1.5 MPa的中压球罐作为绿氢规模缓存装备。为提高规模储氢的安全性,吉林电力股份有限公司大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目率先建立4.8 t固态储氢系统。
固态储氢具有“两高一低”的特点,高安全和高体积储氢密度是它的本征优势,同时由于低压应用,无需高压配置,也带来了低成本供氢的优势。固态储氢的研发和示范应用已有50余年的历史,曾先后在燃料电池乘用车、两轮车、轨道车、叉车、铲车、游艇、潜艇等移动式场景,燃料电池热电联供、风光制氢的现场规模储氢及加氢站等固定式场景中得到示范应用。
迄今为止,固态储氢虽已在不依赖空气推进(Air-Independent Propulsion, AIP)潜艇上得到了规模应用,但在民用方面仍未得到商业化应用,其主要原因在于固态储氢仍主要面临着两方面的挑战。一是经济性偏差,与高压储氢方式相比,固态储氢的一次性购入价偏高;二是标准滞后,固态储氢装置在中国尚属特种设备范畴,按照特种设备管理规定,特设新产品须按相应标准通过认证方可商用,但由于当前固态储氢标准尚不完备,致使固态储氢产品难以上市应用。
固态储氢工业应用,成本是关键,必须大力降低固态储氢成本。重点开发基于中国优势资源的稀土、钛和镁系的低成本、高容量、长寿命的储氢材料及其回收技术,保证资源可持续,同时降低固态储氢装置制造成本。重量储氢率偏低一直是固态储氢应用于车载储氢的软肋,但工业的固定式应用对此并不敏感,而是更关注安全和成本。应充分发挥固态储氢的安全优势,综合考量固态储氢产品的全生命周期内的购置和使用成本。储氢装置既是承压装置,又是反应装置,为同时满足氢压和材料吸氢膨胀带来的承压要求,以及工业应用中快速吸放氢的传热传质要求,目前一般采用列管式结构,导致制造成本偏高。要打破常规,大胆创新,根据不同应用场景要求,开发新材料和装置新结构,提高固态储氢装置的经济竞争力。
固态储氢工业应用,标准须先行。燃料电池两轮车的示范应用曾因标准缺失,而被临时叫停,直到地方标准出台后,这些产品才获应用。目前,中国仅有6项固态储氢国家标准,固态储氢产品标准偏少。当前一些机构制定相关团体标准的热情高涨,这无疑为加快固态储氢产品的实际应用注入了新鲜活力,但仍应特别注意保证标准质量,防止鱼目混珠。同时还需通过技术和标准创新,在保证安全性的前提下,另辟蹊径,加快固态储氢的应用。在这一方面,日本的经验值得借鉴。为充分发挥固态储氢的高安全性优势,日本的成功开发出了满足非危险品要求的储氢元件,打破了人们长期以来将其视为危化品的认知,同时将装置压力限制在1.0 MPa以下,使其可不纳入日本的高压容器管理范畴,为固态储氢进入社区和建筑的推广应用提供了便利条件。
在业界的共同努力下,固态储氢近年已在燃料电池两轮车、叉车、分布式热电联供和规模储氢等方面逐渐得到了一定规模的应用。相信通过技术、标准和商业模式的进一步创新,固态储氢一定会在氢能的商业化应用中发挥重要作用。