氫能源全產業鏈包括生產、儲存、運輸、應用等幾方面，而決定氫能是否廣泛應用的關鍵是安全可靠的儲氫技術。

氫氣儲運是連接氫氣生產端和需求端的關鍵橋梁，氫儲運技術的發展水平直接影響著整個行業的進步。

在氫能的廣泛應用中，高壓氣態儲氫技術扮演著至關重要的角色，尤其是在燃料電池汽車領域，其地位更是舉足輕重。

那么什么是高壓氣態儲氫？

高壓氣態儲氫有哪幾種類型？

高壓氣態儲氫發展到現在到了什么階段？

高壓氣態儲氫定義與歷史

高壓氣態儲氫是指在高壓條件下壓縮氫氣，將壓縮后的高密度氫氣存儲于耐高壓容器中，從而實現氫氣的有效儲存和按需釋放。

在最初發展期，高壓氣態儲氫技術的歷史可以追溯到20世紀中葉。隨著對氫能研究的深入，科學家們發現，通過高壓壓縮的方式，可以在常溫常壓下存儲氣態的氫氣。這種儲氫方法因其設備結構簡單、壓縮氫氣制備能耗低、充裝和排放速度快、溫度適應范圍廣等優點，逐漸成為最常用、最成熟的儲氫技術。

技術成熟期在20世紀末至21世紀初，高壓氣態儲氫技術得到了快速發展，并在燃料電池汽車上得到廣泛應用。在這個時期，各國政府和企業加大對氫能領域的研發和支持力度，推動了高壓氣態儲氫技術的進步和商業化應用。

高壓氣態儲氫工作原理

高壓氣態儲氫技術是一種高效的氫氣儲存與運輸方式，其工作原理在于通過壓縮機將氫氣壓縮至高壓狀態，以便安全地存儲在容器中。這一過程既可以直接進行高壓一次性壓縮，也可以采用分步壓縮策略，根據實際需求靈活調整。

在高壓氣態儲氫整個過程中，壓縮機占重要的位置，目前壓縮機可分為兩種，其結構和工作原理具體如下：

1）壓縮機

隔膜式壓縮機是高壓氣態儲氫中常用的一種類型，它利用隔膜的往復運動來壓縮氣體。在氫氣壓縮過程中，壓縮機需具備高功率輸出和高效的冷卻系統。高功率確保了足夠的壓縮能力，而高效的冷卻系統則負責及時移除壓縮過程中產生的大量熱量，防止設備過熱及氫氣性質的變化。對于分步壓縮策略，雖然初始壓力較低，但精確的控制和監測系統至關重要，以確保整個壓縮過程的穩定性和安全性。

液驅壓縮機是一種利用液壓油作為驅動介質的壓縮機，其主要工作原理是通過液壓泵提供液壓油，將液體壓力轉化為機械能，從而驅動壓縮機內部的活塞進行往復運動。這種壓縮機主要分為單級壓縮和雙級壓縮，其工作過程包括氣體的吸入和壓縮并排出。

2）設計與制造

先進的壓縮機設計采用高性能材料和精密制造工藝，以提高運行效率和可靠性。這些材料能夠承受高壓、高溫及氫氣特有的化學環境，確保壓縮機的長期穩定運行。同時，冷卻系統的優化也是提升壓縮機性能的關鍵因素之一。

3）監測與控制系統

在壓縮和增壓過程中，一系列傳感器和控制系統被用于實時監測關鍵參數，如壓力、溫度和流量。這些數據不僅為操作人員提供了系統的即時狀態反饋，還為實現壓縮過程的優化和能源利用效率的提升提供了數據支持。通過智能控制算法，系統能自動調整壓縮機的工作狀態，以適應不同的儲氫需求。

4）儲氫容器設計

儲氫容器作為氫氣的最終存儲單元，其設計需充分考慮高壓環境下的安全性、穩定性和耐久性。容器通常采用高強度金屬材料或復合材料制成，這些材料具有優異的承壓能力和良好的密封性能，能夠有效防止氫氣泄漏。此外，儲氫容器還需經過嚴格的壓力測試和安全評估，以確保其在各種工況下的安全可靠。

高壓氣態儲氫裝備類型

高壓氣態儲氫技術通常采用儲氫氣罐作為容器，高壓氣態儲氫的制備、運輸、加氫站儲存及車載等多個環節均需要使用儲氫瓶。目前，儲氫瓶可分為I～V型五種類型：

I型瓶（鋼或者鋁合金瓶，無纖維纏繞）；II型瓶（鋼瓶，部分包裹纏纖維）；III型瓶（鋁或鋁合金內膽，纏纖維）;IV型瓶（復合塑料內膽，纏纖維）;V型瓶（無內膽纖維全纏繞瓶）

伴隨氫燃料電池和電動汽車的迅速發展與產業化，Ⅳ型儲氫氣瓶因其質量輕、耐疲勞等特點正成為全世界的研究熱點。

Ⅳ型儲氫瓶的結構主要包括以下部分：

（1）內膽：瓶壁最內層與氫氣直接接觸的是阻氣層，厚度約為2~3mm，材料是PA6、PA612、PA11、HDPE等，起阻隔氫氣的作用。

（2）中間層：也稱耐壓層，是CFRP碳纖維增強復合材料，由碳纖維和環氧樹脂構成，在保證耐壓等級的前提下，盡量減小該層厚度以提高儲氫效率。

（3）表層：表層是保護層，厚度約為2~3mm，材料是GFRP玻纖增強復合材料，由玻璃纖維和環氧樹脂構成。

儲氫瓶合格指標

了解了高壓儲氫裝備的類型，對于高壓儲氫瓶的合格指標，國家也有相關政策規定。2023年發布的標準GB/T 42612-2023《車用壓縮氫氣塑料內膽碳纖維全纏繞氣瓶》規定了高壓儲氫瓶的各項型式試驗的要求及合格指標，該標準于2024年6月1日正式實施。

該標準明確了車用壓縮氫氣塑料內膽碳纖維纏繞氣瓶的設計、制造、測試、檢驗及儲運等全方位要求，為行業提供了詳盡技術規范，促進了儲氫瓶標準體系的完善，對氫能技術及產業的快速發展具有重要推動作用。

車用壓縮氫氣塑料內膽碳纖維全纏繞氣瓶試驗方法及合格指標圖源：特嗨氫能檢測圖片

高壓氣態儲氫優點

高壓氣態儲氫作為一種常見的儲氫方式，具有多方面的優勢，這些優勢使得它成為了燃料電池汽車和其它氫能應用中的一個重要選項。以下是其主要的優點：

1、 較高的儲氫密度盡管高壓氣態儲氫的質量體積密度相比其他儲氫方法較小，但它可以通過提高壓力來增加單位體積的氫氣密度，從而提高儲氫效率。

2、較快的充放氫速度高壓氣態儲氫具有較快的充放氫速度，這意味著它可以快速地補充氫氣，這對于燃料電池汽車的日常使用非常有利。

3、 較低的能耗與液態儲氫相比，高壓氣態儲氫的能耗較低，因為它不需要將氫氣冷卻到極低的溫度，這在一定程度上降低了能源消耗和運行成本。

4、 較廣的溫度適應性高壓氣態儲氫能夠在常溫下工作，甚至在零下幾十度的低溫環境下也能正常運行，這使得它在各種氣候條件下都能穩定地發揮作用。

5、較少受工作環境影響與其他儲氫方式相比，高壓氣態儲氫受工作環境的影響較小，這使得它更適合在不同的應用場景中使用。

高壓氣態儲氫仍存在的問題

高壓儲氫技術雖然具有一些優勢，但在實際應用中仍面臨一些主要問題：

1、儲氫效率問題：高壓儲氫的質量體積密度相對較低，這意味著在相同體積下，氫氣的質量較少，這限制了其在需要大量氫氣的應用中的使用效率。

2、安全性問題：由于氫氣的爆炸極限較高，高壓儲氫系統需要嚴格的安全措施來防止氫氣泄漏和爆炸的風險。此外，高壓環境可能導致儲氫容器的金屬發生化學反應，即所謂的“氫脆”現象，這增加了系統的安全性風險。

3、存儲密度和成本問題：為了提高氫氣的體積能量密度，通常需要降低壓力，但這會導致存儲密度的提升存在邊際遞減的趨勢，并且成本會大幅增大。例如，從35MPa的壓力升級到70MPa，存儲系統的容量雖然可以增加，但成本也會顯著增加。

4、技術和監管要求：高壓儲氫技術對儲氫瓶的材料和制造工藝有較高要求，這增加了生產成本。此外，儲氫瓶需要定期進行自檢和第三方檢驗，以確保其安全性和可靠性，這增加了維護成本和復雜性。

高壓氣態儲氫應用前景

高壓氣態儲氫作為一種高效的氫能儲運方式，其應用場景主要集中在加氫站、氫能運氫車、氫燃料電池車以及應急電源、備用電源和氫儲能等方面。

固定式儲氫罐：目前，固定式儲氫罐主要用于加氫站、制氫站。根據近期各省市出臺的氫能規劃政策，固定式儲氫罐市場需求較大，但競爭對手較少，市場前景廣闊。根據氫氣加注壓力，加氫站分為35MPa和70MPa兩類。我國絕大多數在用或在建的是35MPa加氫站。為了適應燃料電池汽車供氫系統壓力逐漸從35MPa增加到70MPa的需求，加氫站的加注壓力提高到70MPa已到了十分緊迫的地步。隨著氫能產業發展，加氫站、制氫站的建設增多，儲罐需求也將增加，高壓、高容量的儲罐需求將逐步釋放。

車載儲氫氣瓶：在高壓儲氫技術中，目前最為成熟且成本較低的技術是鋼制氫瓶和鋼制壓力容器，但是鋼制氫氣瓶由于較高的重量，不適宜汽車用，因此車用高壓儲氫瓶的國際主流技術通過以鋁合金/燃料作為內膽，外層則用碳纖維進行包覆（即所謂的Ⅲ型、Ⅳ型瓶），提升氫瓶的結構強度并盡可能減輕整體質量。國內車載儲氫氣瓶的企業較多，特別是Ⅲ型。隨著氫燃料車的發展，車載儲氫瓶是競爭最大的領域。

管束集裝箱：現階段，我國普遍采用20MPa氣態高壓儲氫與管束集裝箱運輸的方式。在加氫站日需求量500kg以下，運輸距離在200公里以內經濟性較高。

高壓氣態儲氫技術作為氫能產業鏈中的核心環節，其應用領域正不斷拓展，不僅應用于氫能源汽車領域，還將逐漸拓展到電力、工業等領域，以滿足日益多樣化的能源需求。

高壓氣態儲氫相關企業

高壓氣態儲氫應用廣泛，在氫能產業鏈中，儲運環節的成本占據了相當大的比重，氫氣儲運成本的高低直接影響到氫能應用的經濟性和普及度。因此，降低氫氣儲運成本成為了行業內的共識和努力方向。目前國內已有很多企業通過技術創新、優化布局和政策支持等措施，降低氫氣的儲運成本,轉載網絡、侵權告刪！