有機液體儲氫技術在固定式大規(guī)模氫氣存儲中的應用

固定式大規(guī)模氫氣存儲是伴隨著綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而逐步出現(xiàn)的，用于解決綠氫的生產(chǎn)與消納中的波動在時間上不匹配的問題。綠氫一般由風、光等可再生能源制備，每天、每小時甚至每分鐘的制氫量都有巨大的波動變化，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）等一般無法做到同樣靈活的消納，因此需要大規(guī)模的儲氫作為綠氫生產(chǎn)和化工裝置等用戶之間進行銜接的樞紐。

大規(guī)模氫氣存儲的挑戰(zhàn)

目前，一體化綠氫化工項目中儲氫這一樞紐的規(guī)模正越來越大。據(jù)了解，已經(jīng)建成的庫車綠氫項目儲氫21萬標方，伊犁綠電制氫項目儲氫40萬標方，阿拉善航空燃料項目儲氫78萬標方，興安盟綠色甲醇項目儲氫量更是達到了118噸，接近130萬方。而從法規(guī)的角度，氫氣存儲超過5噸儲量就會被認定為易燃易爆重大危險源。2022年11月，國家住建部就GB 50177-2005發(fā)布了《氫氣站設計標準（征求意見稿）》，其中關于防火間距的要求項下，僅針對50萬標方以下的儲量進行了規(guī)定，大于50萬標方則沒有給出任何規(guī)范說明。

在傳統(tǒng)的儲氫路線中，氣態(tài)球罐的特點是單個球罐的建造和管理相對成熟，其結構簡單，充放氫氣速度快，控制靈活。但由于氫氣密度極低，因此需要大量儲氫球罐以及較大占地面積才能提供較大的儲氫容量。以50萬方氫氣存儲為例，使用1.5MPa 2000m3的球罐，考慮有效儲量，需要25組，占地近50畝。

氣態(tài)球罐不是本質(zhì)安全的儲氫方式。其在設計、制造和運行過程中對于質(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致安全風險。關于儲氫罐的風險事故，煙臺市化工總廠就發(fā)生過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，同時工作人員違規(guī)操作。當儲氫規(guī)模擴大到十幾組甚至幾十組大型球罐集群的規(guī)模后，風險可能大幅度疊加。也正因為如此，部分項目在進行設計和申報時，對于使用大規(guī)模氫氣球罐集群遇到了法規(guī)上的沖突，以及政府相關部門審批的阻力。

有機液體儲氫技術可以更好地應對相關的挑戰(zhàn)

有機液體儲氫技術的特點是將氫氣轉化成為了本質(zhì)安全的儲氫液。含氮雜環(huán)類儲氫液可在常溫常壓下穩(wěn)定儲存，化學性質(zhì)穩(wěn)定，不易燃不易爆，無毒，安全性能優(yōu)異。經(jīng)權威第三方認證機構檢測，儲氫液火災安全等級為丙B類，安全性能優(yōu)于燃料油（柴油）。

由于該技術實質(zhì)上已經(jīng)將氫氣轉換為含氮雜環(huán)類物質(zhì)進行存儲，因此不受GB 50177氫氣存儲3萬方/50萬方儲量的限制；儲氫液亦不屬于危化品，大規(guī)模儲氫時不會被認定為重大危險源。

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

如下圖所示，具體項目中的安全評價上，使用有機液體儲氫的優(yōu)勢明顯。就政府審批而言，尤其對于廠址鄰近園區(qū)和人員稠密地區(qū)的項目，政府的審批難度將大幅降低。

有機液體儲氫系統(tǒng)在大容量儲氫場景下更具經(jīng)濟性

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

圖：有機液體儲氫系統(tǒng)與氣態(tài)球罐儲氫成本對比：大規(guī)模時具備優(yōu)勢

基于這個特點，同時又由于不受氫氣存儲法規(guī)的限制，項目在使用有機液體儲氫系統(tǒng)時，可以將儲氫規(guī)模設計到最理想的儲量范圍。儲氫量的擴大，可以使得下游化工系統(tǒng)的運行小時數(shù)增加，負荷調(diào)節(jié)頻次降低，同時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)電帶來的額外碳排放的不利影響。

圖：某項目中不同的儲氫容量對應的下網(wǎng)電使用成本

除此之外，有機液體儲氫系統(tǒng)可以給項目帶來額外的經(jīng)濟收益。在部分月份，綠氫的生產(chǎn)總量明顯超過下游化工的需求（包括化工檢修月份），這時通過有機液體儲氫可以將這部分氫氣進行長時存儲，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將氫氣進行長距離運輸，將氫氣銷給數(shù)百公里范圍內(nèi)的用戶，從而產(chǎn)生額外的經(jīng)濟效益。

目前，海望氫能首套有機液體儲氫裝置已經(jīng)于2023年10月在東北某地成功運行，并通過了權威第三方機構的現(xiàn)場考核和成果鑒定。相信隨著產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，有機液體儲氫技術能夠為更多的項目帶來價值。