高压气态储氢：应用广泛的储氢技术

氢能作为一种清洁能源，具有可持续、可再生、污染少和能量密度高等优势，在全球碳达峰和碳减排战略布局中的重要地位日益凸显。如今，全球氢能产业链的上游制氢、中游储运和下游应用三个领域相关技术不断发展，寻求安全、高效、经济的储氢技术是氢能规模化应用的重中之重，其中高压气态储氢是发展最成熟、应用最广泛的氢能储运技术。

气态储氢

高压气态储氢是指在高压条件下压缩氢气，将压缩后的高密度氢气存储于耐高压容器中的存储技术。

氢气压缩方式主要有两种，一种是通过压缩机将氢气直接压缩到装入储氢容器所需压力，这种方式所使用的储氢容器体积较大；另外一种是先以较低压力压缩氢气后进行存储，加注时再启动氢压缩机对储氢容器按需增压，进而达到目标压力。

与液态储氢、固态储氢相比，高压气态储氢具有设备结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快、温度适应范围广等优点，是目前发展最成熟、最常用的储氢技术，预计在未来较长的时间内仍将占据氢能储存技术的主导地位。

储能容器

通过高压压缩，氢气以不同压力被压缩并装入储氢容器中。现已开发并用于氢气运输和储存容器共有4种不同类型，分别为纯钢制金属瓶(I型)、钢制内胆纤维环向缠绕瓶(II型)、铝内胆纤维全缠绕瓶(III型)及塑料内胆纤维缠绕瓶(IV型)。

四种氢瓶材质

I型瓶是由对氢气有一定抗腐蚀能力的金属构成，它的优点是制造容易、价格便宜，但由于金属强度有限以及金属密度较大，传统金属容器的单位质量储氢密度较低。

Ⅱ型和Ⅲ型瓶可有效提高容器的承载能力及单位质量储氢密度。该类容器中金属内衬仅起密封氢气的作用，而压力载荷由外层缠绕的纤维承担。随着纤维质量的提高和缠绕工艺的不断改进， 此类容器的承载能力进一步提高，单位质量储氢密度也随之提高。

IV型瓶采用工程热塑料材料替换金属材料作为内衬材料，同时采用金属涂覆层提高氢气阻隔效果，缠绕层由碳纤维强化树脂层及玻璃纤维强化树脂层组成，可进一步降低储氢容器的质量。

四种氢瓶对比

应用场景

根据实际的使用场景，可以将高压储氢容器分为运输用储氢容器、车载储氢容器和加氢站用储氢容器。

运输用储氢容器

高压氢气的运输设备主要用于将氢气从产地运输到使用地或加氢站。氢气量少的使用高压钢瓶盛装氢气并搭配厢车进行运输；量大的则使用长管拖车。

目前市场上，氢气钢瓶一般为I型瓶，容积为40L或50L ，压力为15MPa或20MPa，常温下储氢量约0.5~0.9kg。为加大储氢量，通常用16支气瓶组成集装格，总储氢量约为8~14kg，主要是工业用途或实验室用氢。

联悦氢气钢瓶

长管拖车，由独立的长管拖挂车和牵引车头组成。目前在我国使用的长管拖车上常安装7~11支大容积无缝钢胆气瓶（Ⅰ型瓶或Ⅱ型瓶），储存压力为20MPa，可充装氢气约350~600kg。长管拖车运输氢气的成本随距离的增加而增加，一般适合200公里以内的氢气运输。目前，长管拖车是技术最成熟、商业化程度最高的氢气储运产品，联悦拥有长管拖车超过150台。

联悦长管拖车

加氢站用储氢容器

对于加氢站，现阶段国内主要以高压气态氢气的形式为氢燃料电池车辆提供氢燃料，主要使用高压瓶式容器和钢带错绕式储氢罐。目前加氢站主要有两种压力要求，一种是满足35MPa加氢要求的加氢站，一种是满足70MPa加氢要求的加氢站，国内以35MPa为主，国外以70MPa为主。

高压瓶式容器

当前35 MPa加氢站用储氢容器的设计压力一般取45~50 MPa，但随着70 MPa加注压力需求的提高，各大企业均已开发出80~100 MPa的储氢容器，并推进向更大容积、更大直径发展。

钢带错绕式储氢罐

车载储氢容器

车载储氢容器，主要是用于以燃料电池汽车为代表的车载供氢系统。车载气瓶的体积、重量均受到安装场景的限制，因此，轻量化、高压力、高储氢质量比和长寿命是车载储氢容器的要求。III型瓶和IV型瓶具有重容比小、单位质量储氢密度高等优点，是最佳的车载储氢容器，已广泛用于氢燃料电池汽车。

车载IV储氢罐

车载储氢瓶的工作压力一般为35~70 MPa，国内车载高压储氢系统主要采用35MPa III型瓶，国外以70 MPa IV型瓶为主。车载储氢系统也逐步向大容积、多瓶组的趋势发展。

行业标准

近年来，国内的高压气态储氢技术有了长足的发展，为了保障高压气态氢气储存装备的使用安全，截止目前我国已发布相关国家标准和团体标准大约有20多项。

我国发布相关标准

在氢气运输领域，很长时间以来我国长管拖车采用的标准为20MPa，运输成本每百公里大约10-15元/kg，2022年标准跃升到30MPa，这将极大提升长管拖车的氢气运输量和降低运输成本。

在车载储氢方面，我国主要采用的35MPa的Ⅲ型瓶，2023年5月23日正式发布国家标准GB/T 42612-2023《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》，于2024年6月1日正式实施，将推动车载储氢瓶的快速发展。

总结

在世界各国对开发利用氢能源的重视背景下，储氢已然成为氢能利用产业的关键环节。高压气态储氢作为目前唯一商用的储氢技术，已经得到了长足的发展。

随着产业化技术的不断突破，气瓶性能不断提升，成本不断降低，高压储氢气瓶正朝着轻质高压、低成本、高质量/体积储氢密度方向发展。具有广泛应用场景的高压储氢技术，在即将到来的氢能时代中必将发挥重要作用。

参考文章：

《高压储氢容器研究进展》李建

《氢与氢能》李星国

《高压气态储氢的应用及发展建议》产业观察者

《高压气态氢储运关键装备发展情况与趋势分析》氢能产业通