储氢技术的研究现状及进展

全球人口增长、能源危机和环境恶化对清洁能源的需求日益增加，各国都在致力于发展新型清洁能源，氢能已上升到了战略高度，储氢技术是发展氢能全产业链的关键环节，对氢能的发展具有重要意义。基于此，研究总结了氢能的发展现状，并归纳出固态储氢、低温液态储氢、高压气态储氢和有机液体储氢等储氢技术国内外的研究进展，并分析了各自的特点和优势。分析得出：固态储氢的储氢容量高，是非常理想的储氢技术；低温液态储氢目前是中国能源发展重点研究方向，具有巨大的潜在市场；高压气态储氢是中国目前应用最广泛的储氢技术；有机液体储氢的发展潜力巨大，方便安全，可以实现大规模存储。未来以氢能为代表的新能源将占据市场主体，助推中国实现“双碳”目标。     

储氢材料的研究概况与发展方向

作为一种清洁的新型能源,氢能的有效利用成为了当前的研究重点,氢能应用的关键是氢的有效储存。综述了目前所采用或正在研究的主要储氢材料,包括金属氢化物储氢、碳纳米管、配位氢化物储氢、水合物储氢,分析了他们的优缺点,同时指出其相关发展趋势。     

氢能地下储存技术进展和挑战

在“双碳”目标下绿色无污染、高能量密度的氢能已成为能源产业未来发展的重要趋势,地下储氢是一项很有前景的大规模氢能储存技术。通过综述地下储氢概念的提出和矿场实践研究现状,深入剖析了盐穴储氢、含水层储氢、枯竭油气藏储氢及废弃矿井储氢的储存模式及特征,从多角度对比分析了各自优缺点。天然气的地下储存可为储氢提供技术经验,但二者又存在明显区别。通过系统研究地下储氢的可行性,详细阐述了地下储氢在盖层密封性、井筒密封完整性及储层化学反应等方面存在的难点和挑战。基于以上研究和分析,指出了地下储氢发展存在的难题,展望了地下储氢的未来发展前景,提出了加强盖层地质力学完整性、井筒完整性研究以及加快储层岩石、流体与氢气的地球化学和微生物反应评估等对策建议,以期为中国氢能地下储存提供参考。     

低应力内衬绕带式高压储氢容器研制

氢的安全储运是整个氢能利用的关键环节之一,而氢的储运目前仍然以高压储氢为主,高压储氢容器是氢的储运关键核心设备.文章从高压储氢容器的环向强度、轴向强度、筒体预应力控制、耐氢腐蚀性能等方面用工程实例加以分析,以供设计人员参考.     

基于化学吸附机制的固态储氢技术研究与展望

氢储运技术是影响氢能规模化、商业化应用的关键核心技术，也是影响世界清洁能源产业未来发展格局的重要因素。对比当前几种氢储运技术，固态储氢技术以其高质量密度、高安全性，在氢储运领域占有重要地位。基于化学吸附机制储氢原理，介绍了不同固态储氢材料的研究进展和现状，并从原材料、技术成熟度、研究项目和专利数量等，展望了未来国内固态储氢技术的发展前景。     

地下储氢库发展现状及气藏型储氢库高效建库十大技术挑战

地下储氢技术利用地下构造空间实现氢气大规模高压气态储存，具有安全性高、成本低、规模大、周期长的优势，但中国地下储氢库研究起步较晚，尚无地下构造空间储氢实践，亟待形成完整的地下储氢库高效建库方案。为此，在总结国内外用于地下储氢构造空间的类型，回顾地下储氢技术发展历史与现状的基础上，系统梳理了气藏型储氢库高效建库亟待解决的十大技术挑战，研究结果表明：(1)气藏型地下储氢库的潜在库址与新能源发电资源具有高度的空间重合，便于绿电就地消纳，最适宜我国大规模发展；(2)气藏型地下储氢库高效建库需重点解决十大技术挑战，即完整性与选址地质评价、氢气与储层介质的反应机理、氢损耗及氢纯度对储氢效率的影响、垫层气类型与占比优选、注采渗流理论与库容设计、氢用特种管材及管道工程关键技术、建库及注采工程关键技术装备、运行期监测与动态分析、风险评估与应急处置方案、生命周期评估等。结论认为：(1)中国发展地下储氢库具有潜在枯竭/衰竭气藏库址众多的资源优势，复杂地质条件储气库创新实践的技术优势，氢能产业链上下游协同发展的产业优势和未来市场应用前景广阔的规模优势，具备实现工业化发展的条件和基础；(2)针对气藏型储氢库建库...     

新型固体储氢材料的研究进展

在碳中和的背景下,开发和利用可再生清洁能源已成为全球共识。氢气由于其燃烧时只产生水且热值高、无污染而被认为是较理想的清洁能源,受到全球广泛关注,但安全有效地储存和运输氢气的方法与技术仍然面临重大挑战。通过文献调研,简要介绍了几种固体储氢的新型材料和方法,包括纳米结构多孔碳储氢、生物质合成多孔碳储氢、天然矿物及其加工材料储氢、笼型水合物储氢和沸石-冰储氢等,分析了上述储氢材料和方法的优缺点,对未来可用的良好的储氢材料进行了展望,以期为解决储氢、运氢问题提供新思路。     

四丁基溴化铵水合物储存氢气的研究

利用高压搅拌式水合物实验装置,进行了四丁基溴化铵(TBAB)水合物储氢的研究。在恒容条件下,考察了水浴温度、初始压力对水合物储氢特性的影响,并比较了TBAB水合物和四氢呋喃(THF)水合物的储氢性能。实验结果表明,在初始压力7.2 MPa、x(TBAB)=0.6%的条件下,水浴温度越低,生成水合物的诱导时间越短,储氢密度越大,水浴温度为0.5℃时储氢密度最大(为0.095%);在水浴温度0.5℃、x(TBAB)=0.6%的条件下,初始压力越大,生成水合物的诱导时间越短,储氢密度越大,在初始压力为8.4 MPa时储氢密度最大(为0.109%);在水浴温度为0.5℃、初始压力7.2 MPa的条件下,THF水合物的储氢密度仅为0.014%,远低于TBAB水合物的储氢密度(0.095%),TBAB水合物的储氢性能更好。     

国内外氢能产业政策与技术经济性分析

氢能作为21世纪人类可持续发展最具潜力的二次清洁能源,受到全球范围的高度重视。分析了国内外氢能产业政策、技术与经济性等发展现状：当前国外主要发达国家结合自身禀赋,形成了深度脱碳、能源独立和资源出口等“氢经济”战略模式,并加速电解水制氢、高密度气液固储氢、大规模地下储氢和长寿命氢燃料电池等氢能核心技术的布局;我国氢能产业发展尚处于初期阶段,上游制氢以灰氢为主,中游的氢储运技术与经济性存在瓶颈,下游氢能应用产业刚刚起步,需要结合不同地区资源状况与产业特点推动氢能差异化和多元化发展,通过研究机构与龙头企业联手引领突破技术与经济壁垒和政府出台政策引导扶持,加快构建具有中国特色的氢能“制-储-运-加-用”产业链与规模化发展。     

氢气的制取与固体储集研究进展

氢气是一种优质燃料,也是一种清洁和可持续的能源。目前全球氢能发展已迈入新的阶段,欧美日韩和我国都在加紧战略布局。为了加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系,通过文献调研的方式研究了氢气在地下的生成机制及分布、氢气的人工制取及储集尤其是固体储氢等若干问题。研究结果表明:(1)氢气在地下的生成机制目前尚未明确,被认为主要与超镁铁质岩的蛇纹石化有关,此外也与水的辐射分解、断层机械摩擦等有关,氢气浓度高的气田主要分布在大陆裂谷系、火山岩广泛分布的沉积盆地等;(2)目前工业制氢主要采用甲烷气制氢和电解水制氢,而最理想的方法则应为太阳能制氢和生物制氢,但在目前的技术条件下还难以达成,实验室在一定的温度、压力条件下可以通过橄榄岩的蛇纹石化得到氢气;(3)固体储氢是通过吸附氢气或使氢气与材料反应来达到储氢目的的方式,然后通过加热或减压方式来释放氢气;(4)固态储氢密度可达相同温度、压力条件下气态储氢的1 000倍左右,能很好地解决传统储氢密度低的问题且吸放氢速度适宜,具有安全性高的优点,目前的固态储氢材料主要有碳质储氢材料、合金储氢材料和络合物储氢材料等。结论认为,氢能产业目前在我国尚处于起步阶段,技术和成本是决定制氢和储氢的关键因素;基于现状,应将氢能与可再生能源技术有机结合,以实现"灰氢"到"绿氢"的转化。     

氢气储运技术的发展现状与展望

随着世界能源危机和环境污染的不断加剧,推动清洁能源革命已成为世界能源产业未来发展的重要趋势。近年来,中国对新能源产业的发展日益重视,尤其是对氢能产业的开发力度日益增大。在未来,氢能有望在推动中国能源结构改革、保障国家能源安全等方面扮演越来越重要的角色,并可能在能源、化工、交通等领域引起一系列变革。在氢能产业发展过程中,高效、低成本的氢气储运技术是实现大规模用氢的必要保障。目前,氢气的典型储运方式主要包括高压气态储运、低温液态储运、有机液态储运和固态储运技术等。综述了各储氢技术的研究现状,并在对不同氢气储运技术进行综合对比分析的基础上,对中国未来氢气储运技术的发展方向做出展望。     

2种零维碳材料对Li-Mg-B-H体系储氢性能的影响

固态储氢材料中,Li-Mg-B-H体系因放氢路径简单以及具有较高的理论储氢量成为研究的热点,但仍面临着吸放氢反应过程中放氢温度高,放氢动力学性能差等问题。以金属Mg粉作为初始原料,添加2种不同种类的零维碳材料,通过氢化燃烧的方法制备了均匀分散的纳米镁基粒子;进一步采用高能球磨的方法,与LiBH₄复合构建复合储氢材料2LiBH₄-MgH₂@C。研究发现,以上两步法构建的复合储氢材料的储氢性能得到了极大的改善。进一步通过研究吸/放氢动力学、热力学以及循环性能,探索了不同种类的零维碳材料对Li-Mg-B-H体系储氢性能的影响以及作用机制。研究表明,2种零维碳材料的添加不仅为反应粒子提供活性位点,促进储氢粒子的附着、锚定以及成核,同时能够在吸/放氢过程中有效抑制储氢粒子的团聚,进而对复合储氢材料的吸放氢性能起到了积极的促进作用。     

地下含水层储存氢气的可行性分析

目的氢气的安全、高效储存对清洁能源工业化发展具有重要意义;地下含水层分布广泛、储存潜力巨大,是安全、高效地下储存氢气的潜在体。对地下含水层储存氢气的可行性进行了分析。 方法通过调研国内外关于地下含水层储存氢气的文献,在明确氢气的物理化学性质对含水层影响的基础上,分析了现有氢气地下储存的案例,探索了多种因素对含水层储存氢气的影响。 结果碳酸盐和硫酸盐胶结物含量低的砂岩以及盖层不含方解石的地质条件更适合氢气地下储存,在富有黏土矿物的储层中储存氢气是有利的;氢气地下储存应考虑微生物的影响;二氧化碳和氮气都可以作为缓冲气体,在中国进行“双碳”目标重大战略决策的当下,应该着重进行二氧化碳作为缓冲气体的研究。 结论目前,没有地下含水层储存纯氢的实例,但是相关的数值模拟研究和影响因素分析论证了含水层中储存氢气的可行性。      

海上风力机耦合储能双浮动结构动力响应特性

针对目前海洋工程中弱连接双浮体系统约束较少导致的结构运动响应过大的问题,基于“一机一储”式结构概念,提出一种具有多约束的海上漂浮式风力机耦合氢储能双浮动结构。采用Ansys软件对一般海况下多约束双浮动结构的动力响应特性进行仿真分析,结果表明：耦合氢储能装置的风储双浮动结构在纵荡、纵摇和垂荡等3个主自由度方向运动响应较小;氢储能单元垂荡最大运动幅值仅为储能单元高度的7.21%。在一般海况下具有多约束的风力机耦合氢储能双浮动结构具有优良的运动性能。     

碳复合纳米材料储氢性能研究进展

简述了以碳材料为基体或添加剂的碳复合储氢材料的研究进展,包括碳纳米纤维、石墨纳米纤维、单壁碳纳米管及多壁碳纳米管;并对碳复合纳米储氢材料的未来研究工作进行了展望。     

储氢材料及其在含能材料中的应用

详细介绍了储氢材料品种，其中包括苯和甲苯有机液体氢化物，氢化硼和氢化铝络合物，超级活性炭，碳纳米纤维和碳纳米管的纳米碳材料，镧（稀土）系列、钛铁系列、镁系列等金属及合金氢化物，多孔聚合物等；并简单介绍了这些储氢材料的制备方法、在含能材料中应用时存在的问题及改进方向。重点介绍了多孔聚合物储氢材料的特点及合成方法，提出金属氢化物和多孔聚合物应作为储氢材料在含能材料中应用的重点研究对象。     

油砂沥青供氢热裂化改质油的储存稳定性研究

通过考察油沙沥青减黏裂化和供氢热裂化改质油的密度、黏度、安定性、沥青质含量、甲苯不溶物含量随着储存时间的延长而发生的变化,研究了供氢热裂化改质油的储存稳定性及其内在机制。结果表明：随着储存时间的延长,减黏裂化和供氢热裂化改质油的密度、黏度、安定性、沥青质含量和甲苯不溶物含量均呈现增大的趋势,说明两种改质油的稳定性均随储存时间的延长而变差;在相同条件下,相比于减黏裂化改质油,供氢热裂化改质油的密度、黏度、沥青质含量和甲苯不溶物含量随储存时间延长而增加幅度较小,供氢热裂化改质油的安定性（斑点试验等级）一般不超过2级,满足船运对油品安定性的要求,说明供氢热裂化改质油的储存稳定性优于减黏裂化改质油;供氢热裂化改质油稳定性改善的原因主要为供氢馏分油的供氢作用和体系胶体稳定性的提高。     

氢的储存与运输技术现状及可靠性分析

为了解当前氢的储存、运输以及安全可靠性的研究现状,对氢的储存和运输方案进行了深入的探讨,指出氢储存及运输系统风险和可靠性方面存在的问题和未来需要进行的研究,以期为氢的储存和运输、运行可靠性分析提供基础。分析表明,氢安全共同体的建设需要传感器、数据收集和预测等方面技术的共同进步,未来将实现安全方法的现代化,包括定量风险评价方法、蝴蝶结分析法和危险与可操作性分析,逐渐向动态风险评价方法迈进,形成完整的故障预测与健康管理技术。这些方法既能推进安全评估,又能使氢系统的维护和管理具有成本效益。