中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：站用儲(chǔ)氫容器是加氫站核心裝備之一，與加氫站建設(shè)發(fā)展密切相關(guān)。2023年國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)速度放緩，但相關(guān)企業(yè)推進(jìn)站用儲(chǔ)氫容器技術(shù)進(jìn)步的步伐卻并未停止。中集氫能、浙江藍(lán)能、中材科技（蘇州）、東方鍋爐、蘭石重裝、湖南響箭等在站用儲(chǔ)氫容器的研發(fā)推廣上陸續(xù)傳來(lái)一定進(jìn)展。
他們都有哪些新進(jìn)展？國(guó)內(nèi)站用儲(chǔ)氫容器目前處于怎樣的發(fā)展水平？以哪種技術(shù)路線為主？未來(lái)會(huì)向哪個(gè)方向迭代？還有哪些亟待解決的問(wèn)題？本文展開(kāi)詳細(xì)介紹：
國(guó)內(nèi)企業(yè)站用儲(chǔ)氫容器新進(jìn)展
加氫站按照形態(tài)分為固定式和撬裝式，目前固定式依然是建設(shè)主流。根據(jù)高工氫電產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）《中國(guó)加氫站數(shù)據(jù)庫(kù)》信息，截至2023年底，國(guó)內(nèi)累計(jì)建成加氫站408座，其中2023年新建成加氫站達(dá)65座。建成加氫站中，固定式加氫站約占2/3，是主流建站模式。固定式加氫站基本都會(huì)增設(shè)站用儲(chǔ)氫容器，這就意味著，站用儲(chǔ)氫容器作為一個(gè)細(xì)分賽道仍是不容忽視的重要市場(chǎng)，并在未來(lái)隨著加氫站建設(shè)數(shù)量增加，會(huì)是一個(gè)巨大增量空間。
2023年期間，國(guó)內(nèi)企業(yè)在站用儲(chǔ)氫容器的研發(fā)生產(chǎn)與應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)一定突破：
中集氫能是國(guó)內(nèi)大容積鋼制無(wú)縫氣瓶容器的開(kāi)創(chuàng)者。2023年，由該公司研制的首個(gè)ASME標(biāo)準(zhǔn)103MPa出口用鋼質(zhì)無(wú)縫儲(chǔ)氫容器實(shí)現(xiàn)成功發(fā)貨。該容器可應(yīng)用于國(guó)際上70MPa加氫站或者其他高壓儲(chǔ)氫場(chǎng)景。該容器首次采用ASME規(guī)范材料，承載壓力高，瓶壁厚，設(shè)計(jì)和制造難度非常大。經(jīng)過(guò)各部門(mén)、各工序的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和難點(diǎn)攻關(guān)，各項(xiàng)性能均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
浙江藍(lán)能90MPa儲(chǔ)氫瓶組與行業(yè)知名企業(yè)簽訂銷(xiāo)售合同及意向協(xié)議。該產(chǎn)品主要技術(shù)及性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平，其中儲(chǔ)氫瓶式容器壓力、直徑、容積三老組合為目前國(guó)內(nèi)處最大，具備國(guó)產(chǎn)替代優(yōu)勢(shì)。目前該產(chǎn)品已通過(guò)中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)鑒定，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。
湖南響箭與中石化廣州工程公司聯(lián)合研發(fā)的“設(shè)計(jì)壓力達(dá)到50MPa和98MPa、單罐儲(chǔ)氫量達(dá)到7.5m3~15m3以上”的兩款層板包扎式儲(chǔ)氫罐設(shè)計(jì)方案通過(guò)了專(zhuān)家組的評(píng)審。
蘭石重裝研制的50MPa 和 98MPa高壓儲(chǔ)氫容器順利下線并已進(jìn)入市場(chǎng)化推廣階段。研制過(guò)程中，該公司攻克了單位體積高密度、大容量?jī)?chǔ)氫等難題，可有效滿足行業(yè)加氫站額定工作壓力35MPa和70MPa兩種工況需求。
另外，中材科技（蘇州）、東方鍋爐在站用儲(chǔ)氫容器方面也有展開(kāi)探索并取得一定進(jìn)展。中材科技（蘇州）站用儲(chǔ)氫容器產(chǎn)品已完成產(chǎn)品相關(guān)實(shí)驗(yàn)且取得制造許可，現(xiàn)已經(jīng)取得相應(yīng)等級(jí)的特種設(shè)備制造許可并實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用，之前其還自己編制發(fā)布了《壓縮氫氣瓶式容器組》的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。東方鍋爐牽頭實(shí)施的四川省重大科技專(zhuān)項(xiàng)課題“加氫站用高壓儲(chǔ)氫罐研發(fā)”，開(kāi)發(fā)了多層包扎式高壓儲(chǔ)氫罐設(shè)計(jì)、材料研究、制造工藝、檢測(cè)方案等全套技術(shù)，現(xiàn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)成功應(yīng)用。
站用儲(chǔ)氫容器技術(shù)水平與進(jìn)階方向
國(guó)內(nèi)站用儲(chǔ)氫容器按照容器結(jié)構(gòu)分為：鋼制旋壓大容積無(wú)縫容器、多層儲(chǔ)氫容器（鋼帶錯(cuò)饒式儲(chǔ)氫罐、層板包扎式儲(chǔ)氫罐）、碳纖維纏繞儲(chǔ)氫容器。目前市場(chǎng)應(yīng)用主流是鋼制旋壓大容積無(wú)縫容器，其特點(diǎn)是生產(chǎn)技術(shù)成熟，成本低且交貨快，代表企業(yè)中集氫能、浙江藍(lán)能。鋼帶錯(cuò)饒式儲(chǔ)氫罐曾有過(guò)一定數(shù)量的市場(chǎng)應(yīng)用，但由于壓力分級(jí)與容積組合不易、制造工藝復(fù)雜，交貨周期長(zhǎng)，制造成本高、場(chǎng)地適應(yīng)能力弱、運(yùn)維成本高、定期檢驗(yàn)困難等明顯缺點(diǎn)，2023年市場(chǎng)應(yīng)用已經(jīng)非常少。
而碳纖維纏繞儲(chǔ)氫容器，中集氫能承接國(guó)家863項(xiàng)目是世界上第一家采用無(wú)縫鋼制容器加碳纖維復(fù)合材料全纏繞增強(qiáng)技術(shù)的公司，也是首個(gè)70MPa的碳纖維纏繞儲(chǔ)氫瓶組，且取得多項(xiàng)發(fā)明與實(shí)用新型專(zhuān)利，不過(guò)這類(lèi)儲(chǔ)氫容器成本較高且國(guó)內(nèi)沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)，中集氫能沒(méi)有在推廣，目前市場(chǎng)尚無(wú)應(yīng)用案例。
從壓力范圍看，目前國(guó)內(nèi)加氫站的加注工作壓力通常分為兩個(gè)等級(jí)：35MPa和70MPa。35 MPa加氫站用儲(chǔ)氫容器的設(shè)計(jì)壓力一般使用45 MPa、47 MPa、50 MPa；70 MPa加氫站用儲(chǔ)氫容器的設(shè)計(jì)壓力一般使用82 MPa、87.5 MPa、98 MPa、103 MPa。從上述2023年企業(yè)消息看，目前各大企業(yè)均已開(kāi)發(fā)出80~103MPa的儲(chǔ)氫容器，他們紛紛認(rèn)為未來(lái)會(huì)持續(xù)向更高壓力、更大容積、更大直徑方向發(fā)展。
“2023年鋼制大容積無(wú)縫瓶組容器單瓶容積以1立方為主，1.5立方也有一些，未來(lái)隨著加氫站的加注量增長(zhǎng)，單瓶容積肯定會(huì)往大的容積方向發(fā)展的，直徑也會(huì)相應(yīng)加大。”中集氫能相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴高工氫電。
站用儲(chǔ)氫容器作為用于公共場(chǎng)所的一種高壓儲(chǔ)氫方式，有它的特殊性，其應(yīng)用的基本要求是耐高壓、未爆先漏、耐疲勞、在線檢漏等。這幾方面體現(xiàn)在容器上一般是通過(guò)材料來(lái)保證與實(shí)現(xiàn)。從臨氫材料端說(shuō)，現(xiàn)在市場(chǎng)常用的站用儲(chǔ)氫材料有三種：不銹鋼316L、Cr-Mo鋼、6061。目前國(guó)內(nèi)鋼制旋壓大容積無(wú)縫容器以Cr-Mo鋼為主。在對(duì)儲(chǔ)氫容器用材料的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)研究上，國(guó)內(nèi)目前是處于儲(chǔ)備和發(fā)展的過(guò)程中，距離國(guó)際有一點(diǎn)差距，不過(guò)已有企業(yè)在迎頭追趕?，F(xiàn)階段，Cr-Mo鋼臨氫影響（氫脆）、容器高壓出口端的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和密封材料的選型，是國(guó)內(nèi)企業(yè)在重點(diǎn)關(guān)注的方向。
站用儲(chǔ)氫容器市場(chǎng)空間與技術(shù)挑戰(zhàn)
基于氫能是未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分，浙江藍(lán)能預(yù)計(jì)到2030年我國(guó)加氫站數(shù)量將達(dá)到1000座。從這個(gè)角度看，站用儲(chǔ)氫容器市場(chǎng)空間毋庸置疑。不過(guò)從技術(shù)層面看，目前國(guó)內(nèi)站用儲(chǔ)氫容器還有幾個(gè)有待解決的問(wèn)題：
比如存在設(shè)計(jì)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)：按JB4732《鋼制壓力容器—分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行疲勞設(shè)計(jì)，未考慮高壓氫氣對(duì)疲勞的損傷影響；4130X材料是否適合設(shè)計(jì)疲勞曲線有待考證。
加氫示范站對(duì)應(yīng)經(jīng)驗(yàn)不適合：加氫示范站儲(chǔ)氫容器沖放次數(shù)少，一般在800次以內(nèi)，不適合作為儲(chǔ)氫容器對(duì)比試驗(yàn)依據(jù)，不能據(jù)此證明此類(lèi)容器不會(huì)發(fā)生疲勞失效。再就是氣瓶與容器使用壽命評(píng)定方式不同：氣瓶設(shè)計(jì)壽命15000次，為液壓試驗(yàn)驗(yàn)證，未考慮氫氣影響；使用頻繁的商用站儲(chǔ)氫容器壓力波動(dòng)次數(shù)可能會(huì)超過(guò)10萬(wàn)次，氣瓶的壽命難以達(dá)到。
另外，瓶式容器與氣瓶主導(dǎo)失效模式不同：氣瓶失效模式為塑性垮塌，容器失效模式為疲勞失效；氣瓶、長(zhǎng)管拖車(chē)氣瓶用于加氫站儲(chǔ)氫時(shí)，應(yīng)充分考慮氣瓶和容器的差異，特別是壓力波動(dòng)的影響。此外，行業(yè)也亟需一套成熟的站用儲(chǔ)氫容器全壽命周期檢測(cè)技術(shù)，來(lái)提高容器安全水平。站用儲(chǔ)氫容器現(xiàn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏老舊，國(guó)產(chǎn)材料其實(shí)已實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的提升，相關(guān)法規(guī)也亟需緊跟形勢(shì)進(jìn)一步修訂等。再就是面向高壓力、大容積的站用儲(chǔ)氫容器發(fā)展方向，產(chǎn)品在制造工藝、容積大小、疲勞壽命等方面也會(huì)面臨新的挑戰(zhàn)。
國(guó)內(nèi)站用儲(chǔ)氫容器技術(shù)上整體在艱難爬坡，道阻且長(zhǎng)。未來(lái)哪些企業(yè)能在這些挑戰(zhàn)上率先突圍，誰(shuí)將有望在未來(lái)市場(chǎng)爆發(fā)時(shí)走在前列，占據(jù)制高點(diǎn)。
