固态储氢与液氢储运技术发展现状与趋势分析.docx

固态储氢与液甄储运技术发展现状与趋势分析摘要：乳能被认为是能源转型、工业及交通领域深度脱碳的关世路径.综述固态储氢技术现状和发展玲势，梳理了物理吸附、化学储气和金M¾1.化物等固态储匆技术路线和美国能源部等机构提出的fi量储级密度、体枳储级密度、循环寿命和系统成本等关题技术参数的发展目标.指出目前存在的技术经济何必和改进方向.分析了固态储级应用场景和潜力,并提出未来技术发展、系统集成优化及应用方向等建议,以为开展固态储氢技术研究及工程示他提供思路和参考。氢能被认为是全球能源依型、工业及交通深段脱碳的关键路径。国际级能产业处于快速发展期.2023年6JJ美国发布首个荚国国家清洁级战略和路线图八猿接若日本提出新版M氢能源基本战略K预计到2030年,全球氢能投资总额将达到5000亿美元.中国氢能产业处于政策风口，全国已有30个省（市、自治区）把包能写入“十四五”发展规划中，中石化、中石油等能源央企相绰的局球级制备、管道输缴及绿级炼化等产业链环节，氮气储运是氢能产业於面临的主要瓶颈问跑之，固态储氢具行体枳密度高、安全性好等优势,正成为乳储运技术研发与产业布局热点.本文综述固态愤乳技术现状和发展趋势，梳理J'主要技术路统和目标，指出技术存在何题和优化提升方向，分析了固态储融应用场景，并提出未来技术发展及应用相关建议。本文研究结果可为开展固态储氢技术研究及工程示范提供参考储鉴.1乳气储运发气储运是氢能产业关键环节，整体呈现“低压到高压”“气态到多相态”的发展态势（表1）,不同应用场景适用的氢气储运方式有所不同,而提高氨气储运密度、降低储运成本是共同发展目标.£氢能产业发展中长期规划（20212035年）指出我国将枪步构建乳能储运体系，推动氢储运技术研发，探索固态等储运方式应用.固态储乳作为氧气储运的电要技术分支在美国、11本及欧盟得到广泛研究.2005-2010年，美国能源部支持多家机构词费研究了400多种材料的潜在储级能力和应用前景.同时为满足车载储氢系统的应用需求.美国能就部还制定了车毂储氢系统的技术路线图.提出/不同阶段的技术I1.标.但当前文献报道中，尚没有储氢系统能够同时满足所有的技术要求.目前固态储氢技术研究聚焦新型储发材料、系统装置以及储料应用场景。表1常见储乳方式kg车储氢方式运输工具装救麻优点缺点尚压储履（20MPa）长管搭车300充/放乳速率快，应用广泛储乳密度低，单车载量小液氢液氮槽罐车4000送我才大,级纯度高能耗高设备要求高有机液体储处槽罐车2000安全,无S；高压、低温，储融密度尚脱乳能耗高，催化剂失活等馍基同态储氢货车12安全，储氢密度大，运输方便放级温度较高2固态储履发展现状2.1主要技术路规固态储氢是指在一定温度、压力等条件下,利用同态砧氢材料实现可逆存储与择放氮气的技术.主要分为物理吸附储乳和化学储乳（图1）.具有体枳储氢定度高、吸放氯条件温和、可逆性和循环寿命高、安全性好、供笈纯度高等特点。物理吸用储双利用储疆材料而比表面枳和而微孔容枳等结构特点实现高密度储氢，典型联网材料包括碳纳米管、金属有机框架物（MOF一、共价仃机框架材料（COFs）等,主要通过范德华力实现缴气与吸附材料可逆储级.比表面枳是影响吸附材料储辄容fit的主要因宏.多孔碳材料比表面积和孔容较高稳定性好旦密度低，可重复存储.理论上碳材料和其他无机多孔材料的质量储氢密度可达5%10%,获至更裔。MOFS和CoFS材料是储乳材料另一个Hi要分支，具有框架密度更小、比表面枳更大等优势，但低温吸附旗域储氢密度低F3%,总体上物理吸附储氢处于研究阶段.高谛级容出吸附材料的制备是研究焦点,主要通过内部结构调制和表面改性等手段实现化学储氢借助金属神、共价溟等生成金屈乳化物和配位现化物等物侦形态实现储¾1,主要包括金属延化物和作金属氮化物.金属乳化物足金依/金防合金与级发生可逆反应时生.成的一类氧化物,借助金JR氯化物吸附氢.并通过加热氨化物释放氢，是目前最具商业化前景的固态储氢路线.根据构成二元合金的原子比不同，金属乳化物储乳合金主要包括镁彩、稀土系、钛系、锦系等(去2),其中谖系令佥(MgH2)固态储疆材料处于示范及应用初期阶段。篌价格低、资源有保障，全球己开枭铁矿中90%在国内,不存在桶级材料被“I：脖子，另外铁系合金储氢过程反胸简单、无副产物、控制性良好，於氢密度最大可达7.6wt.%(106kgm3),为标准状态下氧气密度的1191倍.70MPa高压气氮的2.7倍，液乳的1.5倍.材料可回收，对环境友好。总体上，轻旗、高容量储辄合金的开发和性能提升仍是化学储氢材料的研究重点.表2主要金屈氮化物储氮性能对比储级材料谛乳密便wt.%放氮压力/MPa放氢温度C90%放级所需时间mn循J'寿命成本较储1.aNiS1.31.50.2-08253好较高乳合金TiFeTiM21.8-1.92.(T2.10.2TQ0.51.0302553好好技低低V-Ti-Cr3.53.80.1-0.3255好高轻较较质MgH27.60.1287<20好高储较较氯Mg2Ni3.60.128220.zT好出材MAIH4150,料(M=1.i、7.510.60.1多步放<120I1.T薪Na)氮好较牧1.i-Mg-N-H5.60.190120D好题MBH425O.<M=IJ7.5-18.50.1多步放180屋柚Na.Mg,K.Ti,Zr)国内主要同态储瓠研究单位包括中船七一二所、上海交通大学、育研工程技术研咒院有限公司等，另外上海铁源动力、辄极能源等企业正加速固态储笈关键技术突破和转化应用开发。表3国内主要固态储级研究机构概况单位储氢材料进展及成果应用场景钛铁系储履：开发140kg级固态储氢系统；机系储级：开发绿色船舶动力、电中船七一二所钛铁系和机系储氢量5-ISOOkg单个箱式网调峰（储能）.储氢系统，单个20尺箱式氢离网供电电系统储悭28MWh10ta级化篌粉末生产戏，储翁用电海、无人级密度15.2wt.%:30ta多孔机、水下潜航器:上海交通大学供基储氢颗粒生产建，常温常乳气储运:加氧站压储疆密度6.0wt.%,循环寿/虱-电储能站，储命3000次：合作开发吨级铁能/分布式发电；基固态储运氮车220ta高容辰储氢合金巾试战：开发500Nm3储履装置；叉车有研工程技术研究院有限公司稀土系金属乳化物开展多项可再生制级固态储氢-燃料电池发电应用示范：合叉车：船Sh助力车:轨道机车：现作开发45t低压合金储氢式氢燃料电池冷链物流车:制定多项固态储氢国家标准模储能注：根据公开资料整理2.2技术目标国内外固态储疆技术研究聚焦在调控材料体系、提升材料综合性能和优化储氢系统方案。为推动技术应用,美国能源部（DoE）（表4）、欧洲为料电池和氢能联合组织（FCHJU）sH本新能源和工业技术开发组织（NEDO）（表5）以及国际能源署（IEA）等机构对体积;重H储氢密度、乳压他眼、褥环寿命与成本等关键技术参数提出明确发展目标和要求，为囿态储履技术发展及应用指明了方向。表4D0E轻盘燃料电池汽车车载储乳技术目标技术参数2025年最终指标体枳储氢密度/（kH21.-1.）0.0400.050侦录储氢密度/（kgH2kw1.）0.0550.065最低/最高工作温度，C-40/85-40/85最低/股高工作压力（绝对乐力）/bar*2yi2系统充满时间min3-53-5启动时间到全流价（20C至20'C）/S5-15515运行循环寿命（达祥至充满）/次循环151500氮气纯度/%99.97（符合或超过SA2719标准车我效率/%9090全生命周期效率/%6060蒸发损失目标30d后从初始的9S%可川容贵最大减1010少)/%储乳系统成本/Ck8-1H2储存）300266表5不同储疑技术关键指标对比储乳系统场鼠储氢密度/体枳储氧密度/储策系统成本/（$(kgH2kg1.><kgH21.-1.>kg1.H2>2bar压缩（铜腌）.5O1.H20.01580.017-700bar压缩为（IV型,单0.0420.024500Mf>.5.6kgH2700bar压缩1（IV型，两0.0570.041466500t*>.5.6kgH2液乳，5.6kgH2大小依赖于-0.07126670Obar低温压缩，S.6kgH20.Q690.0503500金属乳化物：NaAIH40.0120.0121430吸附剂:MOF-5,100bar,80k0.0380.021490化学储乳：氨珊烷化合物0.0460.0405S0DOE最终目标0.06S0.050266FCHJU2030目标0.0600.035338NED02030年目标0.0750.0711802.3存在问跑囿态储氢技术种类多样,各技术路线优法点明显，适用场块有所不同.按照DOE.FCHJU或NEDO设定的2030年技术发展目标，即使仅考虑JR量储氢密度、体枳储发密度和系统成本3个参数，现阶段仍没有储缭材料能达到要求，从技术成熟度来看，相比物理吸附储氢，金属乳化物化学储辄技术更接近商业化.特别是铁基储氢路线.但现阶段冏态储氢大规模应刖仍存在技术羟济同52.技术方面提升储氢材料性能及优化系统控制是关键，主要技术挑战包括低温、低压快速吸放双，廉价、环保、轻质、高容量储气材料开发以及装汽系统设计与控制管理优化等.另外储氮材料和系统集成的工程设计技术也面临挑战，并制约着吸放乳温度、氮循环速率、循环寿命等关城性能指标.储氢材料成本受有色金属原材料价格波动影响显著.固态储级整体处于示意阶段，不具备规模化生产储氧材料、承压容罂及阀门管道等比件的条件，V致固态储履系统成本偏高。相同储氮规模，离压气料和铁琥固态储履的投资、经济运输半径接近，适合20Okm以内短地离运输,液级远距离,大规模运输成本优势突出.但投资大.未来基于应川场景.开发新型谛乳材料.优化储辄材料制备及使用条件、充分发挥国内合金材料产业规模优势是加速固态储氢技术降本和应用的主要路径.3应用场景分析相比气态储氢和液态储氢，固态储级花储氢密度和本征安全性能方面优势明显。近年来铁基、蚊快系、班系固态谛班技术日趋成熟,示范应用取税突破.级枫能源、安泰创明等企业建成千吨级镁基储班材料生产税,产业魅上中下游合作加强，不断拓宽固定式、移动式细分应用场景。固态体乱应用场景见图2,图2固态储氢应用场景3.1固定式场景固定式应用场景对储氢系统重设不敏感,但对安全性、寿命和成本要求较高，主要包括可再生能源剌史、储狙及应用，电网调嶂储能，建筑分布式热电联供电源，备用电源等,国内外开展了百公斤级金属级化初储气示范与应用(表6)20172019年日本环境行资助了“创建氢社会项1：1Hitachi等企业在光伏、风电制乳体城及应用项目中进行储氢合金材料应用示葩.国内诳行了电网网峰固态储乳技术示范，2023年两方电网建成广州曲沙电乳智圈能源站，实现光伏发电制氢耦合固态储氢及惚料电池发电应用于电力系统，用电尚峰可也定出力23h、发供电2300kWh.表6国内外固态储氢应用案例概况实施单位储乳材料储级规模kg案例情况JapanSteeIWorksJtd.1.aNiS120格里菲斯大学(GriffithUniversit)建造的离网光伏判氧-金属幻化物储氢燃料电池发电系统法国McPhy铁基7S0意大利TrO1.aIngrid可再生能源电解水制乳固态储氢平台,5个HDSi50储粗模块，ISOfcgHZZ模块.2016年完成调试澳大利亚Hydrexia铁基100澳大利亚Brisbane生产i施采用镁维固态储缴模块中国南方电网有限贡任公司稀士/依合金165广州南沙电级智0:能源站由PEM制双系统、固态储氮系统（7个储氢模块）、45MPa静态增压系统、35MPa过气加注系统以及100kW燃料电池发电系统构成33移动式场景叉车、港口及矿区物流下、环卫车等行驶路线相对固定，行段范用有限,是固态储辄移动应用的理要场景.相比高压氢气Mh固态谛级密友和安全性高,续航时间长,固态储氢熊可减轻叉车足羽，适合相对密闭、运行环境清洁的仓储物流园区.美国普拉格能源、次国Sti1.1.公司和H本丰田是全球主要料惚料电池叉车生产商，主要用户包括沃尔玛、亚马逊、宝沽、家乐福、奔驰、联想等大型企业。根据ModernMateriakHand1.ing2020年调变结果和美国能源部（PGM）的数据.截至2020年10月.全球有超过3.S万台燃料电池叉乍.替代现有氢燃料电池乘用车高压储氢瓶是固态储乳移动应用的另一名要方向.本田、丰田等车企进行了固态储履燃料电池车辆开发和运行示范，国内TiMn系固态储观系统成功应用于燃料电池客车，但总体进展缓慢不具备批埴生产条件（表7）。另外自行车、两轮车等也是发展方向，深圳、常州等地已开展了固态谛氢供能的氢能自行车运行示范.a7囱态储氢燃料电池车开发概况制造商车型动力类型储氢材料年份马自达Cape1.1.a内燃机A8,AB2,AB5,铁合佥履化物1994丰田RAV4FCEV级燃料电池AB,AB2,AB5,镁合金城化物1996本田FCX-V1.乳燃料电池AB,AB2,AB5,铁合金氮化物1999萨凡纳河国家实脸室Gator1.燃料电池池合动力Mm(NirAI)S1998供凡纳河国家实舱室Gator2燃料电池混合动力Ti(FefMn)1998丰田FCHV-3氢燃.料电池AB,AB2,AB5,铁合金乳化物2001燃料电池推进研究所/桑迪矿山机车氢燃料电池(Ti,Zr(MnzV,Cr,Fe)22001亚国家实5金室通用STI1.1.GmbH军用卡车叉车发燃料电池氢燃料电池低压金属氧化物TiO.65ZrO.35(Fe,CcMn,Ni)220032015科威特科学研究所乘用车氧燃料电池MgH2Zr7ONi2OPd1.O2018南非先进材料研究所小型摩托车氢燃料电池TiO.8SZrO.15(Fe,M11,CrrNizV)22019中国有研科技集团有限公司公交车双燃料电池AB5合金20194建议固态储氢技术是储乳领域的重要分支得当前主流氧气储运技术仍是气态岛压乳，固态储乳在多个场班得到小规模示范应用，但大规范应用仍受到绘合技术性能和成本商的制约，技术方面储氢机理研究及性能提升，M和吸放缭、商容量可逆新型储氢材料开发，低膨胀应力、将寻热储气床开发,轻质耐压.高空间利用率谛城城体设计,以及快速响N、安全可靠储氢装置的系统设计优化等是攻关中点.系统集成优化提升固态储氢整体效率、环保性和羟侪性，如现有固态储氮材料放现温度高，可考虑与SOFC电站进行集成设计，充分利用SoFC余热作为储氢材料放氮的热源.应用方面近期以加快拓展固定式储氢应用市场为主，尤其需要关注与可再生能源制城集成的现场储氢该场景有望成为现仃固态他里技术规模化发展的重要突破F1.中远期车我固态储氢是攸要市场,但目前对标高压储班和车段储组应用要求仍有基即，仍街技术攻关快速响应、安全可播、而容量车载储匆系统，液氮储运技术发展现状与展罐液氮具有储运密度大、能Ift密度高的特点,附用前景广网,受限于液氮的物理特性.低温储运技术制的了液氮大燃模应用，该文对当前国内外固定及移动式液氯储存设备进行两研，针对目前所面临的技术难点，从储织材料、低温绝热、热力特性、配套设备、标准体系等方面总结液班储运环节的关键技术，分析液级储运现状与发展趋势，提出未来液氯储运技术电点发展方向，能有力促进中国高性能液辄储运设爵研发.保障未来液氧规模化安全使用.全球能海短缺及环境问时日益凸显，世界各国对低碳、清洁、可再生能源的发展利用迫在和眺，氢能作为宇宙中含信最丰富的元素，具有来源广泛、应用场景丰富、高热值、等暖排放、可再生的特点，被视为21世纪最具发展潜力的能源，将成为第三次能源革命的媒介1.国际氢能委员会(Hydr(JgenCounciI)在“氢能源未来电势研究报告”中指出目前乳需求量约为2050年的1/10.未来乳能将广泛应用于交通、工业、电子及建筑等领域，同时还可作为Ife源储i解决能源危机问鹿2,因此未来30年间氢能将迎来巨大的发展契机3.目前世界各国均重视氮能的发展，美、欧、日等发达国家制定了长期级能发展规划，在制氢、储氢、运级、加氮以及氢燃料电池等技术方面有新的突破.近年来中国也积极推进氢能发展规划，颁布了氢能产业发展中长期规划(20212035»,并络氢能列入“十四五”规划和2035年远景目标纲要，从消沽制双、高效运气、灵活用氮等方面推动狙能产业技术革新，助力碳达峰、碳中和战略目标的实现4o氢能产业链包括甄的制取、储存、运%以及应用,其中氢的储运是连接级能产业琏上下游的关蛾环节，也是目前氢能高效储运、规模化利刖的主要瓶颈5.氢能的储运方式有高压气态储履、低温液态储匆以及佥制以化物储乳，其中低温液态储织具有旗收储履密度大、加注效率高、安全性好等优势，是未来较现想的储气技术67。但液氮的沸点极低，储运过程中不可避免地存在汽化损失因此液态谛辄对装置的可玳件要求较高.由于中国液氮的发展起步较晚,储运环节关键技术落后,相关液辄标准不完善.严重制的r液乳大规模应用8-91,鉴于液料储运在乳能产业胜的重要性，突破相关技术照垒的迫切性，有必要对液氯储运技术进行研究，木文对当前国内外液匆储运环节的关键设在及技术迸行分析总结，提出相关发展方向及建议，为中国大规模液氢储运发展提供参考。1冏定式液级贮存技术固定式液匆贮存设备主要彳/小里杜瓦、中型储捷及大型球箍.根据液气贮存容枳的不同.其美滋技术也存在差异。1.1 液氮杜瓦液氯在使用过程中需从固定式液氮储篮运辎到工作现场或实验室.因此需一种更灵活使我的袋置运输液组.杜瓦瓶是一种小型双空低温容器.用于少求低温液体的储运，目前杜瓦粒在液氧、液氯、液包以及液态：耙化碳等低温液体的储运中己发展成熟。杜瓦柩主要由内胆、外壳、绝热材料、增压装置以及各种阳门管路组成，根据使用要求，杜瓦精可宜接提供低温液体,也可将低温液体汽化后使用,杜瓦瓶结构简单、操作灵活方便.是目前大部分实验室、医院、工业供液供气袋置.相比于液氧、液氮、液材以及液态：氧化碳等低温液体，液勾沸点更低，因此对液氯杜瓦绝热性能提出更而的要求。液氢杜瓦需我用多种姐合绝热结构降低蒸发损耗，通常有以卜几种被动绝热方案：1）高真空多层绝热与液锻冷屏相结合的绝热结构,如图Ia所示，此绝热方式能将辐射热波M少到原来的V15（TV2OO,从而大幅降低液氮蒸发投失，具行绝热性能优良、预冷设小、检定时间短等优点。但结构IX杂、制造困难、体积及用地较大，需消耗液效冷源，2）高真空多层绝热与蒸汽冷却屏相结合的绝热结构,如图Ib所示.金属冷却屏与蒸发气体管路连接，利用冷蒸汽的显热冷却金M屏，从而降低辐射换热,减小漏殃辰.金属冷屏不仅可作为多层绝热的辎射屏，也可作为熊汽冷却屏消除多层绝热材料的飒向导热，具有绝热效率高、质量轻、热平衡快等特点。3）高真空多层绝热与多解绝热相结合的绝热结构,如图IC所示,在容涔颈管处安装趟片分别与各传导屏连接.解之间缠境多层绝热,热累通过绝热材料时被金属冷屏跳挡并传导至颈管，被排出的冷蒸汽带走，从而达到降低海热的目的，这种绝热结构具有3U*轻、成本低、易抽口空等优点。-般屏的数砧越多,其绝热效果越好，但屏的数状过多易使结构变得更杂.工艺难以实现,制作成本增加.因此液气多屏绝热杜瓦通常为10屏.b1»<CNeAttM1.M1.KMHKef1.MM目前液氮杜瓦瓶使用较少.仅在科研机构、医院、化工厂等有少量需求,因此国内外液乳杜瓦生产厂家也较少，美国Cryofab公司生产的C1.H系列液氯杜用瓶现格如衣1所示，该杜瓦Ife采用离此富名层绝热与蒸汽冷却屏相结合的绝热技术，内外胆主体材料采用304不锈钢。该液氮杜瓦在及压、安全系统、持液及供气装置方面进行了极大的改进,并配有高精度液氮门.«icnr>b公(.i1.列充杜瓦i4rIQ.MarfrabqvMth*dpmdrMUfCrcAbCMIIO2540WWWI100250400几何容mIIO275440育度IC2.41625.615748尺M04SHS1016。1143IH60题入121bQ7X2I.IHH发率停2J0IQID大I：作HiM出M5.01.2 液氯能解生产地、使用地以及供液站等附近需较大的固定式储城储存低温液体,常用的储雄形状有圆柱形、球形、酸锥形以及平底形，根据储廉容积的不同，储施形状以及绝热方式也会有所差异。液组储艇常用的结构有照筒形及球形，削简形适用于几何容积小于SOom3的储林，绝热方式多为高真空多层葩热，球形储擀动用于几何容积大于200m3的能舞，由于其绝热空间较大,多层绝热材料缠绕困难.因此一般采用真空榜末绝热,绝热材料有珠光砂、气般胶、玻璃纤维及中空玻璃微球等.根据使用要求，液双储Sg从几立方到几T立方不等。国外液1.大型储播的制造及应用己较为成熟,如美国Gardnercryogenics与Chart公司己在全球隹立超过800个液缎储瑞；H本岩谷与川崎重工公E液软谛城的生产制造水平也处于领先地位：俄罗斯JSC深冷机械制造公司拥有多个规格的液班谛城.最大已达到MOOm3,并在火浜发射地面试验中心建造了多个液发储存系统，总容积达5600m3,JSC公司生产的系列液冬储箍如表2所示。中国液氢储运技术发展缓慢，多年来液氮储楙及其配套设得以进口为主，随荷航天事业的发展，液级储城已成为不可缺少的地面加注设备.目前主要用于航天发射基地,如海南文昌、西昌发射中心.国内液氯储排生产企业有四川空分、航天犍光以及中集至达因等公司,2005年，航天展光自助研制了100m3液融储窿、25m3液乳运输华桂军及80m3液双标箱，啦补了当时中国液软储耨的空白：2011年成功开发17M3液级集液缸，为当时中国最大、技术要求最商的液氯储簸10:2014年中集里达因为海南火箭发射中心制造了300m3液级储域.采用鬲真空多层绝热及特殊的内外地支撵结构11:江苏国富班能已生产液氢储城样M,未来将应用于国S¾1.能投建的洛阳液氢生产项II,几种国产液双储税如图2所示.随在低温技术的不断发展，未来液缴贮运设备将向大容积、制精度、高可描性、低蒸发率和低成本的方向发展.2NC-冷公Jf!一K-*M1RJU"IAHtMVQJK2m,0KJI14MVH)IMg2«MJ?1.2IQIM李33r«o7xoMODOO3Ig40Im)UnoO11“M<1.750«Ja>K2HO2WUIOMW1«CMSt«2NO2416UaO04)ICCMkASMOTnOI1.1.1.DM20100<100m*h1.70d-9.4.如一W2网产液加储IfFif1.21.Sidh>dmrn1.u三Mrtonka由于液氮特殊的性城，液氯储城的设计陶从容积、形状、绝热形式、结构材料、增压方式等多方面进行考虑，液软储耨对主体材料的耐低温、耐级性要求严格，需特别注意笈腌、级腐蚀及级渗透的问题.级脆是氯以原子状态澹入材料内部聚合为氢分子.产生较高的应力集中,使得材料表面发生裂纹、折皱或鼓包12.超过材料强度极限：乳腐蚀是乳原子与金材料中不稳定碳结合，造成材料脱碟，强度和韧性显著降低13.常用液氢储斌材料有奥氏体不锈别、铝合金、钛合金以及碳纤维更合材料，其中奥氏体不锈钢在低温卜保持良好的力学性能，随着程度的降低.材料的抗拉强度与屈服强度均明显提高,如图3所示14材300系列臾氏体不侑钢广泛应用于低温储存设备15,由于3161.不快钢中添加了搐元素，极大提高了抗氯离子的腐饨能力，适用于高盐浓度的海洋环境，321不锈钢添加了Ti元素，提高了抗晶间腐蚀和高ifi龙度，因此适用于耐腐蚀性和耐热性要求较面的环境口6,铝合金及钛合金具行比强度高、耐腐饨性好、耐高温、轻质性的特点,主要应用于航天低温液氢储Mr但其焊接技术一直是研究热点17-18.复合材料具有较高的强度和较低的密度，具低温力学性能受材料及体、纤维和界面的多或影响，目前对于低温容器用发合材料的研究集中在体的低温力学性能、纤维和树脂荔体热膨胀的协同性以及低温断裂机理.19.中国已具备凝合材料生产加工条件,但对于液氯容器仍需耨决氧治透导致的裂致扩展以及泄得等何麴,同时需对复合材料的结构型式、成型工艺等方面深入研究14,Hf1.3WMNa1.wfw*rtrUI3«Am”arMauJrwrr1.-1.mbIrIBprra1.wvIMI液乳储培绝热方式的选取应根据容枳、形状、H兼发率、制造成本等多方面因素考虑.小型、移动式液氯储域应尽可能采用重发轻、外形小的绝热形式，如高直空多层绝热、多屏绝热；邮大型液双储窿应选用制造成本低、工艺简单的绝热形式，同时刻夹层空间大小以及绝热材料重量不应严格要求，如真空粉末绝热.液乳储Mf的支撑结构应在保证结构强度的前提下减小漏热盘,常用的低温容涔支掉形式有两点轴式支撑、六点组合支择、八点复合材料支挖、拉杆式支撑以及吊杆式支掾等，几种低温容器支掾结构如图4所示，图4a、图4C均为增tu导热路径M小漏热;匕图4b、图4d主要采用热导率较小的反令材料战小漏热20。液氮管路系统也要遵循相关设计原则：在满足自身结构应力的条件下,真空夹层内管路尽可能长、管壁尽可能薄，有利于降低管路引起的漏热：管路应满足较大的形变补偌量防止薄弱区域因热张冷缩而发生开裂：液相管、增压器人口管段应设计液时结构，避免管内液氮受热造成额外蒸发损失。1.3 液氯球城在相同直径以及压力下,球形储城雁厚仅为的筒形的一半，钢材用坦省、占地面积小、场础工.程筒单，且其壁应力分布均匀.出于低温Wi罐漏热与其表面积成正比，相同容枳下理形衣面枳G小，因此球形储螺足最理想的固定式液软贮存方式,但球群的制造、焊接以及纲奘要求严格,检验工作量大制造费川高,因此液瓠球描股为大容枳固定式贮存.大型液氯球提起初多应用于航空航天事业，1着我人航天和空间探测活动的不断发展.液发球凝的技术也逐渐珞于成熙，国外在20世纪50年代已开启液发球凝的研发工作，几种大盘液乳球St结构如图5所示,1966年，美国在肯尼迪航天中心建造了第一个H径达25m的液氮球Mf为阿波罗计划的航天飞机提供燃料,其容枳为3800fn3,采用真空粉末绝热方式,蒸发率达600mya,该琼堵在2017年返修后仍在使用21：1974年美国为推进核能利用在内华达州试验场建成1893m3大型液双球赫：2018年，美国航天局为新的探月计划建造了容枳为4700m3（公称容枳为5000m3）的液氮球楙，可储存333t液级，井配符f30td的液氮生产线,储城内不再使用真空粉末绝热系统,而是采用绝热性於更优的中空玻璃微球绝热，同时内部增设主动热控制技术，最大蒸发速率可降低至0Q5%d:2021年,美国CB1.公司宣布完成了400001n3液双球短的根念设计。俄罗斯JSC深冷机械制造公司为火漪发射场造了1400和250m3的液氯储楙，其中1400m3为球碟.外径为16m,球弹总高20m,并采用高真空多层绝热11，H本在种子岛肮天中心建造了容积为540m3的液氮球塔.H蒸发率小于0.18%：2020年日本为了完成澳大利亚楣煤与氢能的供应链系统，在神户码头建造了2500m3的液¾U求修，采用珠光砂直空绝热，目前已投入使用，同时川匐虫工完成了100OOm3球形储郴的基本设计，约储存710t液氮22：近年来挪威与日本、欧洲等一些国家开展大规模第气生产运输供应融系统.并计划在液氮货运码头建立7个液辄球沿H蒸发率低于0.1%23.AH"K中心MO-25001.美*天中GMHOo*4*V*I400.*用，M外大P线仅球KUS*F*.rca1.1.aa4db>dh*dart)未来大型液疆球珑可来用葩热性能较好的中空玻瑞微球（ho1.owgassmcrospheres,HGM代替JX空粉末绝热2425.表3为美国国家航空航天局（Nationa1.AeronauticsandSpaceAdministration.NASA通过试验对比分析珍珠岩与HGM的绝热性能.HGM的绝热性能较珍珠岩提高了34%26,这是由于HGM间为点接触，空心结构能有效延长导热路径，降低接触热阳，同时将气体封存在气泡内部，最大限度战小了气体流动传热270图6为夹层不同JI空度F珍珠岩与HGM的表观导热系数变化,HGM在高式空下的绝热性能优干珍珠岩,并随着我空度的降低表观导热系数差距也逐渐扩大28.当夹层真空度优于133Pa时HGM的绝热性能比珍珠岩高46%,因此使用HGM坎充绝热方式可有效提高液笈储斌的绝热效果,除此之外，NASA还研究了低温环境卜珍珠岩、气域胶以及HGM在热和振动循环中的压实情况，如图7所示.发现HGM的H读小远低于珍珠者、气被股,甚至比杰实的珍珠岩还低13%.HGM还具仃防水、防潮、耐火、抗压、抗冻及良好的热稳定性能，因此有望解决大型直空粉末俅堵由于绝热材料沉降造成顶郃绝热失效的同时29。M3IVfrmm1IM>MmuMmprr<urmM*«1IMJUMhMRr*trenprotivr114MH磨发(m1./mm)熄1.Ctt*JQmWmk)元我富空41210S41I三5MK三H:tfXMW7的阪环Fvt取珍珠疥及H<；X次丈量卜S7AmUUn1.<arrufH.*rhtrAm1.IKM<artgun<rIhmIW1.MivigQr1.r大型液氮球排设计时需考虑地能、风、.用等戏荷的影响，因此机械支撑构件是保证力学强我和提高容器绝热性能的关犍.常用减少支撑结构温热的途径行:选取热导率较低的材料、增加构件有效传热长度、保证结构强度条件下减少传热搬面枳、采用热阻值较大的结构形式.根据大型低温球罐的特点，股内外容器的支撵形式有玻璃钢点式支拣、拉带式支掠以及内外支柱式支撑，如图8所示。其中图&>、图8C采用了热导率较小的玻璃钢进行隔热,图8b果用减小传热横截面积和增加传热路径来降低支撑漏热量.ff1.域内忤容喜去修形式F.8>uftuMntk<mufimr4MMg*rcwUanrrUhrrra1.Unk大型液氯跳揄的基础设施复杂.需设置压力、温度、液位等监测仪表,具备气液排注和回收系统，必要时采用零然发(Zerobo1.1.off.ZBO)储存技术，实现液氨储存过程中压力控制和零损耗，液氮球螺中所有配套设备需满足液级温区使用要求，如阀门30、系1.31.33、管路及其他配件，同时需对这些部件进行真空绝热.防止液氢不必要的蒸发损失.目前中国氢能的利用处于起步阶段,液氮技术仅应用在航天、军事等领域，民用主要以高压级储谴为主，还未建设大型液双球H1.因此未来中国能加快大型液乳球赫及其配套设备的研发工作，为迎来氢能源茎命做好准符，1.4 液第加氢站根据加氯站的供药方式可分为站外供氧及站内制氧加氧站,站外供氧加氧站通过长管拖车、液履槽车或¾1.气管道将双运输至加疆站，由疆气压缩机压缩并输送至海压储氧租内储存，待使用时通过加级机加注到氢能源魅料电池汽车。站内制氮加氢站是指在站内建有制第系统.通过纯化、干燥、欢闻等技术完成氢的制取.站内制氧技术主要有电解水制乳、天然气由整制乳、可再生能源制班34,其中电解水制班和天然气由整制乳技术设备简单、便于安装、自动化程度裔，目前欧洲站内制为加乳站主要以这两种制匆方式为主35，加氧站供气类型如图9所示1.36J*«hM内供a«9IIo1.I站供*美VmtnIVtr«停区ttM*Isi«0£/AMtnUMtDMR,站外供氧加氮站是氢能汽车实现商业化应刖的关谨基础设施之一,加氧站的数啾决定了氢能汽车的普及程度37。美国、欧洲及“本等发达国家将加狙站从示范推广逐步转向商业化运营38,岐至2021年底，全球共隹加氮站695座，其中亚洲、欧洲以及北美在哲加氮站分别为420、173和54座.中国已建成加氢站270座,累计建成数fit、在营数贵以及在建数量在全环首次实现“三个第一”，推动巾国燃料电池汽车示范群建设.欧洲共在营加瓠站173座，镌国拥有92座，位居全球第三，紧接芥是法国、英国、荷兰和埔士，除此之外，奥地利、比利时、冰岛、丹麦等国均有新建加级站。日本与韩国加氯站分别为157与80座，日本丰口1与韩国现代燃料电池汽车加速推广附用.支拽本区域加氢站的快速增长39“美国加氢站集中在加州地区.目前已有49座加氧站在营，新增加乳站均为液氯加乳站，预计未来液乳加发站将成为主流M观模式40。液氮加乳站相比于而压气态加瓠站具有占地面枳小、投资建设少1_4口、氢气纯度好、站内效率高等优势42,液次加次站可同时提供液辄以及高压乳加注.适用多种类型的翱燃料电池汽车.液氯加氧站需将气态氮温度降至-253C液化，通过液氯城乍、槽车等运输至加发站储存43,如图10所示为液乳加班站加注工艺流程