有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)在固定式大規(guī)模氫氣存儲(chǔ)中的應(yīng)用

固定式大規(guī)模氫氣存儲(chǔ)是伴隨著綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而逐步出現(xiàn)的，用于解決綠氫的生產(chǎn)與消納中的波動(dòng)在時(shí)間上不匹配的問(wèn)題。綠氫一般由風(fēng)、光等可再生能源制備，每天、每小時(shí)甚至每分鐘的制氫量都有巨大的波動(dòng)變化，而氫氣的使用例如合成氨、合成甲醇、氫化工（航煤加氫、氫冶金）等一般無(wú)法做到同樣靈活的消納，因此需要大規(guī)模的儲(chǔ)氫作為綠氫生產(chǎn)和化工裝置等用戶之間進(jìn)行銜接的樞紐。

大規(guī)模氫氣存儲(chǔ)的挑戰(zhàn)

目前，一體化綠氫化工項(xiàng)目中儲(chǔ)氫這一樞紐的規(guī)模正越來(lái)越大。據(jù)了解，已經(jīng)建成的庫(kù)車(chē)綠氫項(xiàng)目?jī)?chǔ)氫21萬(wàn)標(biāo)方，伊犁綠電制氫項(xiàng)目?jī)?chǔ)氫40萬(wàn)標(biāo)方，阿拉善航空燃料項(xiàng)目?jī)?chǔ)氫78萬(wàn)標(biāo)方，興安盟綠色甲醇項(xiàng)目?jī)?chǔ)氫量更是達(dá)到了118噸，接近130萬(wàn)方。而從法規(guī)的角度，氫氣存儲(chǔ)超過(guò)5噸儲(chǔ)量就會(huì)被認(rèn)定為易燃易爆重大危險(xiǎn)源。2022年11月，國(guó)家住建部就GB 50177-2005發(fā)布了《氫氣站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見(jiàn)稿）》，其中關(guān)于防火間距的要求項(xiàng)下，僅針對(duì)50萬(wàn)標(biāo)方以下的儲(chǔ)量進(jìn)行了規(guī)定，大于50萬(wàn)標(biāo)方則沒(méi)有給出任何規(guī)范說(shuō)明。

在傳統(tǒng)的儲(chǔ)氫路線中，氣態(tài)球罐的特點(diǎn)是單個(gè)球罐的建造和管理相對(duì)成熟，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充放氫氣速度快，控制靈活。但由于氫氣密度極低，因此需要大量?jī)?chǔ)氫球罐以及較大占地面積才能提供較大的儲(chǔ)氫容量。以50萬(wàn)方氫氣存儲(chǔ)為例，使用1.5MPa 2000m3的球罐，考慮有效儲(chǔ)量，需要25組，占地近50畝。

氣態(tài)球罐不是本質(zhì)安全的儲(chǔ)氫方式。其在設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于質(zhì)量和管理體系有極高的要求，意外事件和人為失誤也可能導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)于儲(chǔ)氫罐的風(fēng)險(xiǎn)事故，煙臺(tái)市化工總廠就發(fā)生過(guò)1000立方米的氫氣罐泄漏燃燒的案例，其起因就是由于罐體銹蝕穿孔，同時(shí)工作人員違規(guī)操作。當(dāng)儲(chǔ)氫規(guī)模擴(kuò)大到十幾組甚至幾十組大型球罐集群的規(guī)模后，風(fēng)險(xiǎn)可能大幅度疊加。也正因?yàn)槿绱耍糠猪?xiàng)目在進(jìn)行設(shè)計(jì)和申報(bào)時(shí)，對(duì)于使用大規(guī)模氫氣球罐集群遇到了法規(guī)上的沖突，以及政府相關(guān)部門(mén)審批的阻力。

有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)可以更好地應(yīng)對(duì)相關(guān)的挑戰(zhàn)

有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)的特點(diǎn)是將氫氣轉(zhuǎn)化成為了本質(zhì)安全的儲(chǔ)氫液。含氮雜環(huán)類(lèi)儲(chǔ)氫液可在常溫常壓下穩(wěn)定儲(chǔ)存，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易燃不易爆，無(wú)毒，安全性能優(yōu)異。經(jīng)權(quán)威第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)檢測(cè)，儲(chǔ)氫液火災(zāi)安全等級(jí)為丙B類(lèi)，安全性能優(yōu)于燃料油（柴油）。

由于該技術(shù)實(shí)質(zhì)上已經(jīng)將氫氣轉(zhuǎn)換為含氮雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)，因此不受GB 50177氫氣存儲(chǔ)3萬(wàn)方/50萬(wàn)方儲(chǔ)量的限制；儲(chǔ)氫液亦不屬于危化品，大規(guī)模儲(chǔ)氫時(shí)不會(huì)被認(rèn)定為重大危險(xiǎn)源。

有機(jī)液體儲(chǔ)氫質(zhì)量密度大于5%，體積密度大大優(yōu)于氣態(tài)儲(chǔ)氫，在大規(guī)模儲(chǔ)氫的場(chǎng)景下，有機(jī)液體儲(chǔ)氫與中低壓氣態(tài)球罐相比，占地面積僅為其10%-20%。

如下圖所示，具體項(xiàng)目中的安全評(píng)價(jià)上，使用有機(jī)液體儲(chǔ)氫的優(yōu)勢(shì)明顯。就政府審批而言，尤其對(duì)于廠址鄰近園區(qū)和人員稠密地區(qū)的項(xiàng)目，政府的審批難度將大幅降低。

有機(jī)液體儲(chǔ)氫系統(tǒng)在大容量?jī)?chǔ)氫場(chǎng)景下更具經(jīng)濟(jì)性

有機(jī)液體儲(chǔ)氫系統(tǒng)的一次性投資有如下特點(diǎn)：儲(chǔ)氫量越大越經(jīng)濟(jì)。其核心原因在于有機(jī)液體儲(chǔ)氫系統(tǒng)中，盡管儲(chǔ)放氫裝置占據(jù)一部分初始投資，儲(chǔ)氫容量相關(guān)的成本來(lái)自于儲(chǔ)氫液和儲(chǔ)罐，而這兩項(xiàng)的投資成本遠(yuǎn)低于其他儲(chǔ)氫路線。因此，隨著儲(chǔ)氫量的增加，有機(jī)液體儲(chǔ)氫系統(tǒng)的成本增加更為平緩，在大規(guī)模儲(chǔ)氫的情況下，總投資成本具備明顯優(yōu)勢(shì)。

圖：有機(jī)液體儲(chǔ)氫系統(tǒng)與氣態(tài)球罐儲(chǔ)氫成本對(duì)比：大規(guī)模時(shí)具備優(yōu)勢(shì)

基于這個(gè)特點(diǎn)，同時(shí)又由于不受氫氣存儲(chǔ)法規(guī)的限制，項(xiàng)目在使用有機(jī)液體儲(chǔ)氫系統(tǒng)時(shí)，可以將儲(chǔ)氫規(guī)模設(shè)計(jì)到最理想的儲(chǔ)量范圍。儲(chǔ)氫量的擴(kuò)大，可以使得下游化工系統(tǒng)的運(yùn)行小時(shí)數(shù)增加，負(fù)荷調(diào)節(jié)頻次降低，同時(shí)可以大量減少昂貴的下網(wǎng)電的使用，從而降低終產(chǎn)品的單位成本，并且免除下網(wǎng)電帶來(lái)的額外碳排放的不利影響。

圖：某項(xiàng)目中不同的儲(chǔ)氫容量對(duì)應(yīng)的下網(wǎng)電使用成本

除此之外，有機(jī)液體儲(chǔ)氫系統(tǒng)可以給項(xiàng)目帶來(lái)額外的經(jīng)濟(jì)收益。在部分月份，綠氫的生產(chǎn)總量明顯超過(guò)下游化工的需求（包括化工檢修月份），這時(shí)通過(guò)有機(jī)液體儲(chǔ)氫可以將這部分氫氣進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)存儲(chǔ)，一方面用于其他月份的氫氣供給，另一方面還可以使用普通槽罐車(chē)將氫氣進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸，將氫氣銷(xiāo)給數(shù)百公里范圍內(nèi)的用戶，從而產(chǎn)生額外的經(jīng)濟(jì)效益。

目前，海望氫能首套有機(jī)液體儲(chǔ)氫裝置已經(jīng)于2023年10月在東北某地成功運(yùn)行，并通過(guò)了權(quán)威第三方機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)考核和成果鑒定。相信隨著產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)能夠?yàn)楦嗟捻?xiàng)目帶來(lái)價(jià)值。