登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
2.1 氢气增压分析
准确的热力学模型是流程计算的前提, Soave-Redlich-Kwong(SRK)方程[7]对氢气、空气、氮气等低沸点气体具有较好的表述能力, 故本文采用该模型计算氢气的密度、比热、焓值等物性。
图2是SRK方程计算的标准氢密度与REFPROP 9.1数据对比, 该数据库收录了大量的氢气实验数据, 可以作为参照数据, 可见在本文计算工况内, 与REFPROP符合良好, 计算精度满足要求。
图3为氢气多级压缩过程(氢气流量5 kg/h)压缩机及风机功耗, 总功耗随着压缩级数增加而显著降低, 五级压缩与六级压缩总功耗已相差3%以内, 且五级压缩总功耗为单级压缩总功耗的47%, 考虑到系统复杂度,及总功耗, 优选五级压缩. 计算过程中, 各级压比相等。
2.2 氢气冷却制冷效率分析
氢气冷却过程中, 在临界温度以上, 热负荷与温度近线性分布, 为典型的分布式负荷, 在临界温度以下,液化负荷水平分布(忽略压降), 如图4所示.
另外, 氢气自室温300 K降至20 K过程中, 显热占比0.88, 潜热占比0.12。
氢气降温过程中, 为降低能耗, 显然需要制冷机蒸发温度与氢气温度匹配, 理想情况下, 蒸发温度与氢气温度保持一恒定温差, 为了提高效率, 需要温差尽可能的小, 但考虑到换热等因素, 温差又不能过小。
实际情况中, 单一制冷机很难在大温跨下实现较为一致的换热温差, 因此为了达到此目的, 可采用多段温区制冷,类似于天然气液化中的阶式级联制冷循环, 当然混合工质制冷循环或气体膨胀制冷循环也能在一定程度上实现此目的. 因此, 考虑到换热器性能, 理想情况下, 蒸发温度与氢气温度始终保持一定温差。
此时, 若不考虑采用何种制冷方法, 对每一微元负荷dq积分, 所能实现的最小制冷功率为
式中, ηq为制冷效率, dq为温度T下热负荷, Q为总热负荷, Tevap为制冷机冷源温度, Troom为室温, ξ为相对卡诺效率, 本文统一取为30%. 氢气热负荷与温度近线性分布, 温度与热负荷的关系可表达为
将式(2)带入式(1)可推导氢气冷却功率为
2.3 低温高压储氢密度及能耗分析
采用SRK方程, 计算了压力区间5~70 MPa, 温度区间35~300 K内压缩氢气密度, 以及0.4 MPa下液氢密度(液氢储存及生产常在此压力下), 如图5所示. 即使在70 MPa下, 氢气密度也仅为39.1 kg/m3, 显然, 在室温下, 仅采用提高压力方式, 已很难提高体积储氢密度.液氢(20 K@0.4 MPa)具有较大的密度71.0 kg/m3, 如果以此为参照, 压力在15 MPa以上的低温高压储氢方式均可以实现比液氢更大的密度。
当然, 考虑到相同储氢容器材料下, 低温高压储氢方式耐受的压力要低于室温高压储氢方式, 将低温高压储氢压力限制在50 MPa以内较为合适, 在此情况下, 已有规模应用的储氢容器材料。即使是采用较低的储存压力, 如25 MPa, 氢气在120 K以下均可实现比室温高压储氢更高的储氢密度。
当然, 单一地追求氢气密度可能是得不偿失的, 尤其是大规模储氢或长时间储氢情况下, 还必须考虑实现高密度储氢的耗能情况. 如图6所示, 列出了不同条件下, 单位功耗下可实现的氢气密度, 定义此值为ψ=氢气密度/总功耗。
由图可见, 在室温下, 在5~70 MPa区间内, ψ值是随压力增大而增大的, 因此, 不考虑安全性和材料, 室温下采用高压力储氢在耗能上也是更优的选择。而液氢储存方式, 由于在低温下制冷效率的急剧下降, 尽管液氢具有较高的密度, 但所消耗的能量也更为巨大, 导致ψ值低于25 MPa下室温高压储氢方式. 值得注意的是, 这还是未考虑正仲氢转换的热量。
尽管氢气液化过程中, 潜热占12%左右, 但由于温度保持20 K低温, 这12%潜热所需要的制冷功率与88%显热所需制冷功率相当(本文条件下, 显热耗能54%, 潜热耗能46%)。
因此, 低温高压储氢由于不需要潜热耗能, 在单位耗能方面具有明显优势. 除在某些特例(极高压力、极低温度), 所有压力下的ψ值均高于室温高压储氢方式, 尽管后者能量消耗最低。
同时还可以发现, 除在较低压力下(10 MPa以下), 高压下低温高压储氢方式均存在一个ψ极大值, 极值出现在120 K以下, 且压力越高, 对应极值对应温度越高. 同样, 对比70 MPa下室温高压储氢, 在25 MPa以上, 均存在ψ值更高的区域, 如果将压力限制到35 MPa以内, 只需将氢气储存于150 K以下。
2.4理想储氢区域及燃料电池储氢应用
本文着重分析下80~160 K温区内低温高压储氢情况, 在此温区涵盖空分及液化天然气温区, 具有成熟、可靠且高效率的大型制冷装置, 如混合工质制冷、阶式级联制冷及气体膨胀制冷等, 液氮制冷也具有较好的经济性, 未来还可能突破大型热声制冷等方式.
显然在此温区, 实现低温高压大容量储氢具有更高的可行性。图7覆盖区域为综合密度及能耗优化的储氢区域,并在表1中给出室温70 MPa氢气、液氢及50 MPa压力以下低温高压储氢最优参数。
定义ω=储氢耗能/氢气热值, 室温70 MPa高压储氢较液化储氢具有更优的ω值和ψ值, 但是储氢密度较低.推荐的低温高压储氢方案图 7在储氢压力、储氢密度及ψ值都明显优于室温70 MPa高压储氢, 而ω值也明显优于液化储氢。更为重要的是, ω极值处温度在70~110 K, 制冷机具有较高效率. 值得注意的是, 如果能提高低温下储氢压力, 储氢温度可以进一步提高。
在燃料电池储氢应用场合, 主要关心加氢站储氢及车载储氢. 在这两类应用中, 相对于液氢储存和室温高压储氢, 低温高压储氢在保温方面面临潜在的更大挑战. 温度升高, 室温高压储氢储存压力影响较小, 液氢可以通过部分气化吸收漏热而压力不至于升高, 而低温高压储氢对漏热较为敏感,如在Case7中, 温度上升可能到10K, 压力会上升到36 MPa. 所幸的是, 在此类应用场合, 氢气会频繁消耗, 从而抵消因温升带来的压力上升. 另外, 还可以在储氢模块中增加蓄冷模块,用以抵消漏热损失. 甚至, 在某些场合, 低温高压氢气可储存于特制的液氮容器中, 液氮温度77 K, 可满足绝大多数低温高压储氢需求.
3.结论
低温高压储氢方式有望在大容量、低成本、长时间、高密度储氢需求中应用。通过本文分析可以得出以下结论:
(1) 综合储氢密度及储氢能耗, 低温高压储氢优于室温70 MPa储氢及液化储氢;
(2) 10 MPa以上低温高压储氢存在单位储氢能耗下的储氢密度极大值, 极值出现在120 K以下, 且压力越高, 极值对应温度越高;
(3) 推荐储氢参数为50 MPa, 100 K; 45 MPa,100 K; 40 MPa, 90 K; 35 MPa, 80 K; 30 MPa, 70 K, 其储氢密度在62.3~65.3 kg/m3之间。
参考文献:
1.Liu Y F, Li C, Gao M X, et al. Progress in high-capacity hydrogen storagematerials (in Chinese). Chin J Nat, 2011, 33: 19−26 [刘永锋, 李超, 高明霞, 等. 高容量储氢材料的研究进展. 自然杂志, 2011, 33: 19−26]
2.Ding F C, Yi Y F. Hydrogen Storage and Manufactuing Technology (in Chinese). Beijing: Chemical Industry Press, 2006 [丁福臣, 易玉峰. 制氢储氢技术. 北京: 化学工业出版社, 2006]
3.Jena P. Materials for hydrogen storage: Past, present, and future. J Phys Chem Lett, 2011, 2: 206–211
4.Sørensen B S G. Hydrogen and Fuel Cells: Emerging Technologies and Applications. Pittsburgh: Academic Press, 2018
5.Gao J L, Yuan Z M, Shang H W, et al. Research progress on storage technology and stored energy application of hydrogen (in Chinese). Met Funct Mater, 2016, 23: 1−11 [高金良, 袁泽明, 尚宏伟, 等. 氢储存技术及其储能应用研究进展. 金属功能材料, 2016, 23: 1−11]
6.Viswanathan B. Energy Sources: Fundamentals of Chemical Conversion Processes and Applications. Oxford: Newnes, 2016
7.Soave G. Equilibrium constants from a modified Redlich-Kwong equation of state. Chem Eng Sci, 1972, 27: 1197–1203
8.Lemmon E W, Huber M L, McLinden M O. REFPROP 9.1. NIST Standard Reference Database, 2013
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星氢能网获悉,3月23日,工程技术研究院自主研发的低渗强密封水泥浆在亚洲首个深地盐穴储氢项目首口井成功应用,固井质量合格率为99.24%,为氢气的安全存储打造了坚实的井筒密封屏障,也填补了国内储氢井固井的空白。氢能是我国能源转型升级的重要战略选择,但氢能存储仍是产业链的短板,盐穴储氢
来源:《中国电力》2025年第2期引文:许文俊,马刚,姚云婷,等.考虑绿证-碳交易机制与混氢天然气的工业园区多能优化调度[J].中国电力,2025,58(2):154-163.编者按目前,全球变暖和能源短缺问题引起了世界各国的广泛关注,中国为此提出“双碳”目标。工业生产作为碳排放和能源消耗的主要来源,实现工业园区
3月31日上午,山东省济宁市与青岛市的重要代表分别访问了上海电气集团,旨在加强与该集团在高端装备制造、绿色低碳等领域的合作,共同探索地方经济高质量发展的新路径。济宁市场张海波表示,加快建设绿色低碳高质量发展先行区,推动传统新兴未来产业齐头并进。上海电气作为国内高端装备制造业的龙头企
北极星风力发电网获悉,3月17日,株洲市资源集团与中车株洲电力机车研究有限公司“风光储氢充”新能源资源开发合作框架协议举行签约仪式。根据协议,株洲市资源集团将与中车株洲所共同开展风光储氢实证基地项目建设,项目初步规划装机容量11万千瓦,其中风电1万千瓦、光伏10万千瓦,配套建设1.5万千瓦/
北极星氢能网获悉,有投资者在投资者互动平台提问圣元环保,公司氢能源业务预计什么能产生经济效益?当前研发是否面临较大瓶颈!请介绍一下近期氢能源业务的工作情况。圣元环保3月28日在投资者互动平台表示,公司在氢能源业务方面有序稳步推进各项工作,当前主要做好技术研发储备和示范性产品开发,并
北极星氢能网获悉,有投资者在投资者互动平台提问厚普股份:以固氢为核心的氢能两轮车、摩托车、观光车、叉车、环卫车、工程车都已快速兴起,2024年已开始批量销售,2025年更是10倍的增长!公司在固氢应用上是否有大幅增长和为2025年满足客户需要而进行扩产?再就是客户四川氢绿科技的现有3万辆产能,2
罗宇龙委员:您提出的《关于发展氢能产业助力全省工业高质量发展的建议》(第0390号提案)收悉。感谢您对四川省氢能产业发展的关心,您提出的建议很有指导意义。我厅高度重视,经商科技厅等相关部门,现答复如下。一、关于“依托丰富的可再生能源,打造绿氢制备供应基地”的建议近年来,我省正大力发挥
北极星氢能网获悉,日前,内蒙古自治区科学技术厅发布2025年科技突围专项技术榜单,榜单分为人工智能+、低空经济、生物技术、氢能四个方向。其中氢能榜单共6项,涉及科技专项资金补贴共6000万元。具体榜单如下:
北极星氢能网获悉,3月26日,由股东方中电工研(徐州)氢能源科技有限公司(以下简称“中电工研”)与国家电投集团联合投资建设的“大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目”迎来重大进展——全球首个48000标方钛系固态储氢撬块成功交付!这一里程碑标志着我国在绿氢储运技术领域实现跨越式突破,为全球最
北极星氢能网获悉,3月26日,据外媒报道RuxEnergy和BureauVeritasMarineOffshore启动了一项全球联合开发的项目,对使用纳米多孔材料进行大规模氢气储存和运输的低温压力容器进行认证。该项目名为“氢气储存和运输低温压力容器认证”,活动汇集来自法国、澳大利亚、新加坡和英国的30名专家,旨在减少大
北极星氢能网获悉,3月21日,宝鸡市经济合作局发布年产500台套制氢储氢成套装备项目招商,建设地点位于陕西省宝鸡市金台区,拟用地面积60亩、总建筑面积5万m,总投资4亿元。项目详情如下:位于金河工业走廊,依托金台区石油装备产业基础,把握氢能产业高速发展机遇,发挥宝石机械、宝石钢管油气集输储
北极星氢能网获悉,近日全球首款可换氢燃料电池10吨叉车在舟山片区六横区块成功完成组装调试,即将交付使用。据悉,这款叉车由国氢(舟山六横)新能源科技有限公司自主研发,填补了全球大吨位氢燃料电池叉车领域的空白。与传统燃油和锂电池叉车相比,可换氢燃料电池叉车的燃料成本较柴油降低1/4,能量
近日,由国机集团中联西北院承揽的秦龙电力秦元热力基于氢能的多能互补综合能源供能系统示范项目建设完成,实现了光伏发电、电化学储能、电解水制氢、高压气态储氢、氢燃料电池发电的综合能源功能系统示范项目投运一次成功。该项目作为陕西省乃至国内领先的氢能综合应用示范工程,满足建设单位生产办公
北极星氢能网获悉,近日,中国船舶712所自主研制的200千瓦级船用氢燃料电池系统正式装车发货,该系统从核心材料到组件均为独立研发,拥有完整的自主知识产权,并获得中国船级社认证。该系统配备两台100千瓦氢燃料电池,采用高压储氢罐,总储氢量120千克,将为氢电拖轮提供高效电能,发电效率达55%。与
近日,兰石重装在互动交流平台中表示,公司布局“制、储、运、用(加)”氢能产业,现已制造质子交换膜电解(PEM)制氢装置、碱性电解水制氢装置、全系列低中压储氢容器、微通道换热器(PCHE)等产品,是国内少数研制98Mpa高压气态系列储氢容器的企业,相关制氢储氢装备已经在绿氢一体化项目中实现推广
日前,国家市场监管总局发布质量强链工作阶段性成果,由大连市牵头主导的辽宁省氢能产业链供应链质量联动提升工作,成功入选全国首批百个质量强链重点项目。氢能产业链供应链质量联动提升工作以大连市市场监管局为链长单位、洺源科技(大连)有限公司为链主单位,组织181家链上企业、技术机构和25家科
北极星氢能网获悉,近日,在大连市市场监督管理局的指导和帮助下,经过两年多的筹建,大连检验检测认证集团锅检院公司氢能检测中心(以下简称中心)特殊环境实验室进行了首次高压储氢瓶火烧试验并取得成功,标志着国内首个也是唯一一个室内模拟火灾环境的气瓶专业防爆实验室正式投入运行,将为燃烧泄放
北极星氢能网获悉,近日,新疆俊瑞策勒县新能源规模化制绿氢项目设计采购施工一体化总承包招标公告。公告显示,该项目规模为年产1.44万吨绿氢,电解槽40套,高压储氢瓶40组等。该项目招标人为新疆俊瑞智江氢能科技有限公司。本次招标如下:
北极星氢能网获悉,近日,大连检验检测认证集团大连氢能检测中心(以下简称中心)特殊环境实验室进行了首次高压储氢瓶火烧试验并取得圆满成功,标志着国内首个室内模拟火灾环境的专业防爆实验室正式投入运行。火烧试验是气瓶型式试验的关键项目之一,用于模拟验证气瓶在遭遇火灾的极端环境工况时能够保
极星氢能网获悉,2月22日,德国福伊特集团与无锡产业集团旗下的威孚高科签署IV型高压储氢系统战略合作协议,双方将携手开展储氢瓶技术研发创新、规模化生产和推广应用,项目投资总额约1.2亿欧元。无锡市长赵建军表示,当前无锡正纵深推进“465”现代产业集群和“3010”重点产业链建设,全力抢拓氢能和
北极星氢能网获悉,近日,新疆俊瑞温宿规模化制绿氢项目设计采购施工一体化总承包招标公告发布,本次招标额为3700万元。据了解,该项目建设规模为年产1.44万吨绿氢,包括电解槽40套,高压储氢瓶40组。详情如下:
北极星氢能网获悉,12月7日,国务院发布《全面对接国际高标准经贸规则推进中国(上海)自由贸易试验区高水平制度型开放总体方案》,其中指出:支持临港新片区加快氢能核心技术攻关与标准体系建设,允许依法依规建设制氢加氢一体站,开展滩涂小规模风电制氢,完善高压储氢系统。原文如下:国务院关于印
北极星氢能网获悉,有投资者在投资者互动平台提问厚普股份:以固氢为核心的氢能两轮车、摩托车、观光车、叉车、环卫车、工程车都已快速兴起,2024年已开始批量销售,2025年更是10倍的增长!公司在固氢应用上是否有大幅增长和为2025年满足客户需要而进行扩产?再就是客户四川氢绿科技的现有3万辆产能,2
罗宇龙委员:您提出的《关于发展氢能产业助力全省工业高质量发展的建议》(第0390号提案)收悉。感谢您对四川省氢能产业发展的关心,您提出的建议很有指导意义。我厅高度重视,经商科技厅等相关部门,现答复如下。一、关于“依托丰富的可再生能源,打造绿氢制备供应基地”的建议近年来,我省正大力发挥
1月7日,中国石化沧州分公司有机液体储氢技术工业应用项目工程施工一标段中标结果公示,中标人沧州渤海石化工程有限公司,投标人报价1.50%,合同估算金额805万元。招标范围:沧州分公司有机液体储氢技术工业应用项目的建筑安装工程施工总承包。
11月27日,上海海关公布,在监管保障下,全球首例大型固态储氢设备从上海外高桥港区四期码头装船出口东南亚,这标志着我国在解决氢气长距离、大规模运输等问题上取得重大突破。据中国氢能联盟预测,到2030年,我国氢气的年需求量将达到3715万吨,在终端能源消费中占比约为5%。到2060年,氢气的年需求量
北极星氢能网获悉,8月26日,北京发改委官网发布了《关于公示北京市绿色低碳先进技术推荐目录(2024年)的通知》(以下简称《通知》)。《通知》提到,为推进北京市构建市场导向的绿色技术创新体系工作,根据《北京市关于进一步完善市场导向的绿色技术创新体系若干措施》(京发改〔2021〕1411号)、《
北极星氢能网获悉,中国化学3月18日在回复投资者提问时表示,中国化学近年来以“三年五年规划,十年三十年愿景目标”中长期发展战略和“十四五”规划为引领,聚焦主业实业,大力推动企业转型升级高质量发展。按照党中央、国务院决策部署,全力以赴加快发展前瞻性战略性新兴产业,积极布局新材料、工业
近日,氢枫(中国)与宝武镁业举行镁基固态储氢战略合作签约仪式,双方将聚焦镁基固态储氢技术和镁基固态储氢应用等进行战略合作。业内人士认为,经过近几年的探索,镁基固态储氢已成为最具前景的氢能储运技术之一,目前正逐步走向小规模应用。加速镁基固态储氢技术的产业化应用,将有效缓解氢能在储运
近日,在国家稀土功能材料创新中心,装着固态储氢装置的氢燃料叉车正在装卸货物,这标志着固态储氢技术在移动载具领域实现成功应用。“该叉车首次实现固态储氢热管理与燃料电池热管理联动,大幅降低工作过程中固态储氢装置的供热能耗,使供氢系统稳定性大幅增加。”国家稀土功能材料创新中心氢能首席专
2021年,“碳达峰”和“碳中和”在两会上作为中国的战略目标,首次被写入政府工作报告,彰显了中国坚持走低碳发展道路的决心。在加速能源行业转型的背景下,氢能凭借零污染、能量高、资源丰富、用途广泛等优点,受到了国家的高度重视,并积极引导、支持其发展。中国氢能联盟预计2020~2025年间,中国氢
北极星氢能网获悉,日前,全国首台基于固态储氢技术的应急电源车在广州试运行。该项目是广州供电局科技项目“基于固态储氢技术的氢能应急电源车集成研究”的研发成果,项目旨在攻克氢能应急电源车整车设计、配置优化、运行控制、系统集成等关键核心技术。据介绍,该氢能应急电源车相较于以往传统的应急
界各地的能源公司都在竞相开发氢气储存技术,认为这将有助于减少对天然气的依赖,提高能源安全美国能源部已经确定了美国一些它认为最适合进行洞穴储氢开发的地区英国和欧盟也在进行储氢项目,英国和欧盟都在拼命寻找管道天然气的替代品中国石化新闻网讯据油价网12月23日报道,在全球范围内,能源公司和
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!