有机液体储氢技术在固定式大规模氢气存储中的应用

固定式大规模氢气存储是伴随着绿氢产业的发展而逐步出现的，用于解决绿氢的生产与消纳中的波动在时间上不匹配的问题。绿氢一般由风、光等可再生能源制备，每天、每小时甚至每分钟的制氢量都有巨大的波动变化，而氢气的使用例如合成氨、合成甲醇、氢化工（航煤加氢、氢冶金）等一般无法做到同样灵活的消纳，因此需要大规模的储氢作为绿氢生产和化工装置等用户之间进行衔接的枢纽。

大规模氢气存储的挑战

目前，一体化绿氢化工项目中储氢这一枢纽的规模正越来越大。据了解，已经建成的库车绿氢项目储氢21万标方，伊犁绿电制氢项目储氢40万标方，阿拉善航空燃料项目储氢78万标方，兴安盟绿色甲醇项目储氢量更是达到了118吨，接近130万方。而从法规的角度，氢气存储超过5吨储量就会被认定为易燃易爆重大危险源。2022年11月，国家住建部就GB 50177-2005发布了《氢气站设计标准（征求意见稿）》，其中关于防火间距的要求项下，仅针对50万标方以下的储量进行了规定，大于50万标方则没有给出任何规范说明。

在传统的储氢路线中，气态球罐的特点是单个球罐的建造和管理相对成熟，其结构简单，充放氢气速度快，控制灵活。但由于氢气密度极低，因此需要大量储氢球罐以及较大占地面积才能提供较大的储氢容量。以50万方氢气存储为例，使用1.5MPa 2000m3的球罐，考虑有效储量，需要25组，占地近50亩。

气态球罐不是本质安全的储氢方式。其在设计、制造和运行过程中对于质量和管理体系有极高的要求，意外事件和人为失误也可能导致安全风险。关于储氢罐的风险事故，烟台市化工总厂就发生过1000立方米的氢气罐泄漏燃烧的案例，其起因就是由于罐体锈蚀穿孔，同时工作人员违规操作。当储氢规模扩大到十几组甚至几十组大型球罐集群的规模后，风险可能大幅度叠加。也正因为如此，部分项目在进行设计和申报时，对于使用大规模氢气球罐集群遇到了法规上的冲突，以及政府相关部门审批的阻力。

有机液体储氢技术可以更好地应对相关的挑战

有机液体储氢技术的特点是将氢气转化成为了本质安全的储氢液。含氮杂环类储氢液可在常温常压下稳定储存，化学性质稳定，不易燃不易爆，无毒，安全性能优异。经权威第三方认证机构检测，储氢液火灾安全等级为丙B类，安全性能优于燃料油（柴油）。

由于该技术实质上已经将氢气转换为含氮杂环类物质进行存储，因此不受GB 50177氢气存储3万方/50万方储量的限制；储氢液亦不属于危化品，大规模储氢时不会被认定为重大危险源。

有机液体储氢质量密度大于5%，体积密度大大优于气态储氢，在大规模储氢的场景下，有机液体储氢与中低压气态球罐相比，占地面积仅为其10%-20%。

如下图所示，具体项目中的安全评价上，使用有机液体储氢的优势明显。就政府审批而言，尤其对于厂址邻近园区和人员稠密地区的项目，政府的审批难度将大幅降低。

有机液体储氢系统在大容量储氢场景下更具经济性

有机液体储氢系统的一次性投资有如下特点：储氢量越大越经济。其核心原因在于有机液体储氢系统中，尽管储放氢装置占据一部分初始投资，储氢容量相关的成本来自于储氢液和储罐，而这两项的投资成本远低于其他储氢路线。因此，随着储氢量的增加，有机液体储氢系统的成本增加更为平缓，在大规模储氢的情况下，总投资成本具备明显优势。

图：有机液体储氢系统与气态球罐储氢成本对比：大规模时具备优势

基于这个特点，同时又由于不受氢气存储法规的限制，项目在使用有机液体储氢系统时，可以将储氢规模设计到最理想的储量范围。储氢量的扩大，可以使得下游化工系统的运行小时数增加，负荷调节频次降低，同时可以大量减少昂贵的下网电的使用，从而降低终产品的单位成本，并且免除下网电带来的额外碳排放的不利影响。

图：某项目中不同的储氢容量对应的下网电使用成本

除此之外，有机液体储氢系统可以给项目带来额外的经济收益。在部分月份，绿氢的生产总量明显超过下游化工的需求（包括化工检修月份），这时通过有机液体储氢可以将这部分氢气进行长时存储，一方面用于其他月份的氢气供给，另一方面还可以使用普通槽罐车将氢气进行长距离运输，将氢气销给数百公里范围内的用户，从而产生额外的经济效益。

目前，海望氢能首套有机液体储氢装置已经于2023年10月在东北某地成功运行，并通过了权威第三方机构的现场考核和成果鉴定。相信随着产业的进一步发展，有机液体储氢技术能够为更多的项目带来价值。