中國儲能網訊：站用儲氫容器是加氫站核心裝備之一，與加氫站建設發(fā)展密切相關。2023年國內加氫站建設速度放緩，但相關企業(yè)推進站用儲氫容器技術進步的步伐卻并未停止。中集氫能、浙江藍能、中材科技（蘇州）、東方鍋爐、蘭石重裝、湖南響箭等在站用儲氫容器的研發(fā)推廣上陸續(xù)傳來一定進展。
他們都有哪些新進展？國內站用儲氫容器目前處于怎樣的發(fā)展水平？以哪種技術路線為主？未來會向哪個方向迭代？還有哪些亟待解決的問題？本文展開詳細介紹：
國內企業(yè)站用儲氫容器新進展
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主流。根據高工氫電產業(yè)研究所（GGII）《中國加氫站數據庫》信息，截至2023年底，國內累計建成加氫站408座，其中2023年新建成加氫站達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增設站用儲氫容器，這就意味著，站用儲氫容器作為一個細分賽道仍是不容忽視的重要市場，并在未來隨著加氫站建設數量增加，會是一個巨大增量空間。
2023年期間，國內企業(yè)在站用儲氫容器的研發(fā)生產與應用上實現一定突破：
中集氫能是國內大容積鋼制無縫氣瓶容器的開創(chuàng)者。2023年，由該公司研制的首個ASME標準103MPa出口用鋼質無縫儲氫容器實現成功發(fā)貨。該容器可應用于國際上70MPa加氫站或者其他高壓儲氫場景。該容器首次采用ASME規(guī)范材料，承載壓力高，瓶壁厚，設計和制造難度非常大。經過各部門、各工序的實驗驗證和難點攻關，各項性能均達到國際先進水平。
浙江藍能90MPa儲氫瓶組與行業(yè)知名企業(yè)簽訂銷售合同及意向協(xié)議。該產品主要技術及性能指標均達到國外先進水平，其中儲氫瓶式容器壓力、直徑、容積三老組合為目前國內處最大，具備國產替代優(yōu)勢。目前該產品已通過中國機械工業(yè)聯合會鑒定，具有自主知識產權，填補了國內空白。
湖南響箭與中石化廣州工程公司聯合研發(fā)的“設計壓力達到50MPa和98MPa、單罐儲氫量達到7.5m3~15m3以上”的兩款層板包扎式儲氫罐設計方案通過了專家組的評審。
蘭石重裝研制的50MPa 和 98MPa高壓儲氫容器順利下線并已進入市場化推廣階段。研制過程中，該公司攻克了單位體積高密度、大容量儲氫等難題，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）、東方鍋爐在站用儲氫容器方面也有展開探索并取得一定進展。中材科技（蘇州）站用儲氫容器產品已完成產品相關實驗且取得制造許可，現已經取得相應等級的特種設備制造許可并實現批量應用，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)標準等。東方鍋爐牽頭實施的四川省重大科技專項課題“加氫站用高壓儲氫罐研發(fā)”，開發(fā)了多層包扎式高壓儲氫罐設計、材料研究、制造工藝、檢測方案等全套技術，現已經實現成功應用。
站用儲氫容器技術水平與進階方向
國內站用儲氫容器按照容器結構分為：鋼制旋壓大容積無縫容器、多層儲氫容器（鋼帶錯饒式儲氫罐、層板包扎式儲氫罐）、碳纖維纏繞儲氫容器。目前市場應用主流是鋼制旋壓大容積無縫容器，其特點是生產技術成熟，成本低且交貨快，代表企業(yè)中集氫能、浙江藍能。鋼帶錯饒式儲氫罐曾有過一定數量的市場應用，但由于壓力分級與容積組合不易、制造工藝復雜，交貨周期長，制造成本高、場地適應能力弱、運維成本高、定期檢驗困難等明顯缺點，2023年市場應用已經非常少。
而碳纖維纏繞儲氫容器，中集氫能承接國家863項目是世界上第一家采用無縫鋼制容器加碳纖維復合材料全纏繞增強技術的公司，也是首個70MPa的碳纖維纏繞儲氫瓶組，且取得多項發(fā)明與實用新型專利，不過這類儲氫容器成本較高且國內沒有形成標準，中集氫能沒有在推廣，目前市場尚無應用案例。
從壓力范圍看，目前國內加氫站的加注工作壓力通常分為兩個等級：35MPa和70MPa。35 MPa加氫站用儲氫容器的設計壓力一般使用45 MPa、47 MPa、50 MPa；70 MPa加氫站用儲氫容器的設計壓力一般使用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)均已開發(fā)出80~103MPa的儲氫容器，他們紛紛認為未來會持續(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，未來隨著加氫站的加注量增長，單瓶容積肯定會往大的容積方向發(fā)展的，直徑也會相應加大。”中集氫能相關負責人告訴高工氫電。
站用儲氫容器作為用于公共場所的一種高壓儲氫方式，有它的特殊性，其應用的基本要求是耐高壓、未爆先漏、耐疲勞、在線檢漏等。這幾方面體現在容器上一般是通過材料來保證與實現。從臨氫材料端說，現在市場常用的站用儲氫材料有三種：不銹鋼316L、Cr-Mo鋼、6061。目前國內鋼制旋壓大容積無縫容器以Cr-Mo鋼為主。在對儲氫容器用材料的基礎數據研究上，國內目前是處于儲備和發(fā)展的過程中，距離國際有一點差距，不過已有企業(yè)在迎頭追趕?，F階段，Cr-Mo鋼臨氫影響（氫脆）、容器高壓出口端的結構設計和密封材料的選型，是國內企業(yè)在重點關注的方向。
站用儲氫容器市場空間與技術挑戰(zhàn)
基于氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，浙江藍能預計到2030年我國加氫站數量將達到1000座。從這個角度看，站用儲氫容器市場空間毋庸置疑。不過從技術層面看，目前國內站用儲氫容器還有幾個有待解決的問題：
比如存在設計計算風險：按JB4732《鋼制壓力容器—分析設計標準》進行疲勞設計，未考慮高壓氫氣對疲勞的損傷影響；4130X材料是否適合設計疲勞曲線有待考證。
加氫示范站對應經驗不適合：加氫示范站儲氫容器沖放次數少，一般在800次以內，不適合作為儲氫容器對比試驗依據，不能據此證明此類容器不會發(fā)生疲勞失效。再就是氣瓶與容器使用壽命評定方式不同：氣瓶設計壽命15000次，為液壓試驗驗證，未考慮氫氣影響；使用頻繁的商用站儲氫容器壓力波動次數可能會超過10萬次，氣瓶的壽命難以達到。
另外，瓶式容器與氣瓶主導失效模式不同：氣瓶失效模式為塑性垮塌，容器失效模式為疲勞失效；氣瓶、長管拖車氣瓶用于加氫站儲氫時，應充分考慮氣瓶和容器的差異，特別是壓力波動的影響。此外，行業(yè)也亟需一套成熟的站用儲氫容器全壽命周期檢測技術，來提高容器安全水平。站用儲氫容器現行的技術標準偏老舊，國產材料其實已實現了進一步的提升，相關法規(guī)也亟需緊跟形勢進一步修訂等。再就是面向高壓力、大容積的站用儲氫容器發(fā)展方向，產品在制造工藝、容積大小、疲勞壽命等方面也會面臨新的挑戰(zhàn)。
國內站用儲氫容器技術上整體在艱難爬坡，道阻且長。未來哪些企業(yè)能在這些挑戰(zhàn)上率先突圍，誰將有望在未來市場爆發(fā)時走在前列，占據制高點。
