储氢罐研究报告

储氢罐研究报告储氢罐是一种氢气储存的容器。现有氢气的储运容器技术包括高压储氢、液氢储存、金属氢化物储氢、低温吸附储氢、纳米碳管高压吸附储氢以及液体有机氢化物储氢。各种储氢技术相应的储氢罐也有所区别。高压气态储氢是目前较为广泛使用的一种氢气储存方式，使用传统不锈钢和铝合金等金属材料制成的压力容器作为储氢罐，其设计制造技术成熟、成本低、灌装速度快、能耗也较低，但是单位质量储氢密度较小，一般只用于大型无缝钢制储罐存储，无需任何材料做载体，只需耐压或绝热的容器就行，但是储氢效率较低。液态储氢对储氢容器的绝热要求很高，目前民用领域应用很少，多用于火箭燃料等领域。目前，氢气已经开始应用到汽车燃料电池等领域。加氢站、移动式储氢罐等对储存容器的储氢密度提出了很高的要求，常规钢制压力容器已经不能满足技术要求。各类轻质高压储氢容器开始出现。轻质高压储氢容器技术是伴随着复合材料压力容器技术发展的新兴技术。高性能的复合材料具有高比强度、高比模量的优点，可以在保证容器承压能力的前提下，大幅度降低容器的质量圈。材质有碳纤维复合材料、轻质铝内胆纤维全缠绕等。另外，目前大量的储氢研究是基于物理化学吸附的储氢方法。物理吸附是基于吸附剂的表面力场作用，根源于气体分子和固体表面原子电荷分布的共振波动，维系吸附的作用力是范德华力。吸附储氢的材料有碳质材料、金属有机骨架(MOFs)材料和沸石咪唑酯骨架结构(ZIFs)材料、微孔/介孔沸石分子筛等矿物储氢材料。这类基于吸附储氢模式的储氢罐由储氢材料,容器,导热机构,导气机构和阀门五部分组成。储氢罐的储氢材料经过几次活化处理后就可以用来正常地储存氢气。这种储氢罐既可以用来收集储存氢气,也可以为需要氢气的装置提供氢气。但从技术方面看，目前，各种储氢材料若兼顾安全、成本、容量考虑，还没有一种能达到国际能源协会或美国2010年的目标，尤其是在成本较高，各国普遍处于研发或小批量应用阶段。在我国，因稀土资源较为丰富，以稀土为原料制成储氢合金，用于新型的储氢罐实现固态储氢。国内已有部分公司开始生产这类新型储氢罐。第二节影响我国储氢罐产业的宏观环境分析一、宏观经济发展对储氢罐产业的影响2012年，中国宏观经济保持发展，稳中求进。2012年，我国全年国内生产总值519322亿元，按可比价格计算，比2011年增长7.8%。全年居民消费价格比上年上涨2.6%，涨幅—欢迎下载2比上年回落2.8个百分点。全年城镇居民人均总收入26959元。全年社会消费品零售总额207167亿元，比上年名义增长14.3%（扣除价格因素实际增长12.1%），增速比上年回落2.8个百分点。全年全国粮食总产量达到58957万吨，比上年增加1836万吨，增长3.2%，连续九年增产。全年全国规模以上工业增加值按可比价格计算比上年增长10.0%，增速比上年回落3.9个百分点。全年固定资产投资（不含农户）364835亿元，比上年名义增长20.6%（扣除价格因素实际增长19.3%），增速比上年回落3.4个百分点。全年全国房地产开发投资71804亿元，比上年名义增长16.2%（扣除价格因素实际增长14.9%），增速比上年回落11.9个百分点。全年进出口总额38667.6亿美元，比上年增长6.2%，增速比上年回落16.3个百分点；出口20489.3亿美元，增长7.9%；进口18178.3亿美元，增长4.3%。进出口相抵，顺差2311亿美元。2012年末，中国大陆总人口（包括31个省、自治区、直辖市和中国人民解放军现役军人，不包括香港、澳门特别行政区和台湾省以及海外华侨人数）135404万人，比上年末增加669万人。人口自然增长率为4.95‰，比上年提高0.16个千分点。1、国家宏观经济稳中有升，政策连续、稳定，为储氢罐产品发展提供了有利的宏观环境。但另一方面，在经济运行中依然存在一些突出矛盾和困难。绿色经济、产能过剩下宏观经济增长方式调整、摩擦、动荡将成为主题，贯穿“十二五”整个规划期。2、我国的劳动力的成本比较低。以劳动成本优势著称的中国在生产制造业中的优势是十分明显的，丰富的劳动力资源使得我国劳动力的价格一直保持在较低的水平；另一方面，国内的劳动成本目前开始走上上升的通道，因此，劳动力的成本优势正在逐渐减弱。3、2012年是“十二五”开局之年。时值世界经济步入后金融危机时代，面对低碳经济和全球化浪潮的冲击，信息技术将进入一个全新的发展时期。“十二五”规划将继续推进经济发展方式转变，未来五年，中国能源技术必须坚持自主创新，向清洁能源应用转型；推动低碳、绿色制造发展，随着氢能应用重视，储氢罐作为重要配套市场，将受到重视，对发展有利。二、国家政策对储氢罐产业的影响随着世界全球气候恶化、石油危机加剧和人口剧增带来的影响不断加重，实行可持续能源发展战略迫在眉睫。氢是一种优质的能源载体，氢能燃料电池能够保证陆用、水用、航天及铁路交通工具足够的行驶里程，且比传统汽油、柴油内燃机车更环保。储氢是利用氢能的关键,也是世界性难题,许多国家投入巨资进行了研究。美国2003年拨款12亿美元用于关于氢能(制备、存储)的研究。氢能的研究可以使中国在研究氢能汽车方面领先于世界,使我们的空气干净,使中国不依赖于外来的石油能源。我国国家政策对—欢迎下载3氢能的利用以及相关产业的发展都非常关注，作为新能源和高新技术产业，国家政策有较强支持力度。近年来国家相关部委发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》、《关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》、《关于进一步做好节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》等，都说明了新能源汽车具有较好的发展前景。2012年4月18日，国务院常务会议讨论通过《节能与新能源汽车产业发展规划》。会议指出，加快培育和发展节能与新能源汽车产业，对于缓解能源和环境压力，推动汽车产业转型升级，培育新的经济增长点，具有重要意义。2013年，国务院常务会议讨论通过了《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》，明确了七大新兴产业的发展方向。其中，新能源汽车产业作为七大产业之一被单独列出来，国家对新能源汽车的重视可见一斑。这也引发了人们对清洁能源氢能源的高度关注，作为节能减排和绿色能源的首选，氢能源被寄予厚望。目前，从国际到国内的汽车产业，燃料电池车都被列为汽车工业的发展方向，产业化发展轮廓日渐清晰，已有10多个国家的30个城市开展了燃料电池示范项目。在佛山，广顺新能源动力科技有限公司亦已联合燃料电池及氢能技术国家工程研究中心、中国科学院微电子研究所、中科院大连化学物理研究所、上海汽车集团股份有限公司共同开展了新能源汽车核心关键零部件重大技术攻关项目，其研制的电动汽车关键零部件已用于燃料电池汽车等新能源汽车上。2013年，我国首部氢能产业园发展规划《丹徒氢能源产业园发展规划》顺利通过专家组评审，标志着国内领先的氢能源产业园特色园区建设在丹徒区进入实质性启动阶段。丹徒高新园超洁绿色能源公司携自主研发的多功能氢能发电机参加了第十六届中国（北京）国际科技产业博览会。超洁绿色能源公司展示的多功能氢能发电机填补了国内新能源生产领域的一项空白。该公司与上海交通大学共同承担的氢能发电系统研发，获得了国家863计划立项，产品研发和产业化已进入关键阶段。整体看，氢能作为一种新能源，受到业界和政府的较多关注和支持，储氢罐作为一种高新技术产品，在税收等政策方面享有一定优惠，政策对行业发展较为有利。三、社会文化对储氢罐产业的影响社会文化环境是企业所处特定社会结构、风俗习惯、信仰和价值观念、行为规范、生活方式、文化传统、人口规模与地理分布等因素的形成和变动，是影响企业经营诸多外部变量中最复杂、最深刻、最重要因素。—欢迎下载4现阶段世界各国都面临资源枯竭、环境恶化、人口膨胀和城市化进程中现实问题，全球节约经济、绿色环保技术、和谐与可持续发展等现代先进理念下，我国政府积极倡导推进建设环境友好型社会，旨在实现人与自然环境和谐共处。国内政治经济稳定、经济持续平稳增长内生动力强劲、社会公众环保意识普遍增强；对氢能等新绿色能源开发利用较为关注。“十二五”规划利于推动结构调整、改善民生、刺激消费需求升级，各项鼓励民间投资吸引外资、行业标准等相关政策法规不断修订完善等，对储氢罐产业投资营造了较宽松和谐的社会、文化环境。社会文化、社会结构、社会风俗对消费者的消费偏好仍会产生一定影响。环境保护与生态平衡状况等因素都是行业在确定投资方向、产品改进与革新等重大经营决策时必须考虑的因素。中国的环保问题日益突出，国家政策对环保的强制性措施也不断强化，对绿色能源的开发力度不断加大，对氢能利用的重要配套产业储氢罐的生产和技术研发也有较多投入。整体看，社会文化对储氢罐发展较为有利。四、技术因素对储氢罐产业的影响目前，社会投资领域对储氢罐有较多关注，国家政策对储氢罐产业发展也持支持政策。限制储氢罐产业发展的瓶颈是行业的技术限制。氢可以以高压气态、液态、金属氢化物、有机氢化物和物理化学吸附等形式储存。高压气态储氢发展的历史较早，是比较传统而成熟的方法，无需任何材料做载体，只需耐压或绝热的容器就行，但是储氢效率很低，加压到15MPa时质量储氢密度不超过3%。而且存在很大的安全隐患，成本也很高。金属氢化物储氢开始于1967年，Reilly等报道Mg2Cu能大量储存氢气，接着1970年菲利浦公司报道LaNi5在室温下能可逆吸储与释放氢气，到1984年Willims制出镍氢化物电池，掀起稀土基储氢材料的开发热潮。金属氢化物储氢的原理是氢原子进入金属价键结构形成氢化物。有稀土镧镍、钛铁合金、镁系合金、钒、铌、锆等多元素系合金。具体有NaH-Al-Ti、Li3N-LiNH2、MgB2-LiH、MgH2-Cr2O3及Ni(Cu,Rh)-Cr-FeOx等物质，质量储氢密度为2%-5%。金属氢化物储氢具有高体积储氢密度和高安全性等优点。在较低的压力1兆帕下具有较高的储氢能力,可达到100kg/m?以上。中科院大连化学物理研究所陈萍团队发现Mg(NH2)/2LiH储氢体系可在110℃条件下实现约5%(质量分数)氢的可逆充放。但是，金属氢化物储氢最大的缺点是金属密度很大，导致氢的质量百分含量很低，一般只有2%-5%，而且释放氢时需要吸热，储氢成本偏高。目前大量的储氢研究是基于物理化学吸附的储氢方法。物理吸附是基于吸附剂的表面力—欢迎下载5场作用，根源于气体分子和固体表面原子电荷分布的共振波动，维系吸附的作用力是范德华力。吸附储氢的材料有碳质材料、金属有机骨架(MOFs)材料和沸石咪唑酯骨架结构(ZIFs)材料、微孔/介孔沸石分子筛等矿物储氢材料。碳质储氢材料主要是高比表面积活性炭、石墨纳米纤维(GNF)和碳纳米管(CNT)，是最好的吸附剂，它对少数的气体杂质不敏感，且可反复使用。超级活性炭在94K、6MPa下储氢量达9.8%(质量分数)。纳米碳纤维储氢量可达10%-12%（质量分数）。单壁碳纳米管最高储氢容量在80K、12MPa条件下达到了8%(质量分数)，在室温、10MPa条件下的储氢容量达到了4.2%(质量分数)。已接近国际能源协会(IEA)规定的未来新型储氢材料的储氢量标准：5%。但是离美国2010年到2015年的储氢容量分别为6%和9%，体积储氢容量分别为45g/L和81g/L、存储成本分别为4美元/kWh和2美元/kWh的目标还有很大的差距，特别是在成本方面差距更大。金属有机框架材料是一种将特定材料通过相互铰链形成的支架结构，具有晶体结构丰富，比表面积高等优点。一般地，有机材料作为支架边而金属原子作为链接点，这种孔洞型的结构能够使材料表面区域面积最大化，从而表现出良好的储氢性能。MOF-5在77K及温和压力下有质量分数为1.3%的吸氢能力。其他类似的结构中，IRMOF-6和IRMOF-8在室温、2MPa压力下的储氢能力大约分别是MOF-5的2倍和4倍，与低温下的碳纳米管相近。其最大的优势在于可以通过改变有机配体来调节孔径的大小，达到调节多孔配体聚合物的比表面积及增加存储空间的目的，从而提高对氢气分子的吸附量。但是，MOF框架内含有部分溶剂分子，在保持骨