儲氫系統(tǒng)是加氫站三大件（儲氫系統(tǒng)、壓縮機(jī)、加氫機(jī)）之一，但儲氫系統(tǒng)的應(yīng)用不止于加氫站。所以本文將視角擴(kuò)展至多個環(huán)節(jié)的儲氫節(jié)點：氫氣制取之后的儲存、運抵加氫站之后的儲存，以及車載儲氫，這些不同的節(jié)點也對儲氫容器提出了不同的要求。

什么是儲氫系統(tǒng)

大家平常所看到的儲氫系統(tǒng)要么是大大的球形罐，要么是長長的氣瓶。但儲氫系統(tǒng)并不單單是一個罐子和瓶子那么簡單，因為涉及到密封以及上下進(jìn)口和出口的關(guān)系，所以零部件并不少。

按照美國Argonne實驗室的定義，儲氫系統(tǒng)可以分為幾大部件：儲氫瓶、集成瓶閥、集成壓力調(diào)節(jié)模塊、加氫口、儲氫系統(tǒng)控制器以及各部分的泄壓排氫裝置。

這一定義是針對儲氫瓶的相關(guān)系統(tǒng)。在儲氫球罐的相關(guān)系統(tǒng)相對比而言更為簡單一些。但上下進(jìn)口和密封系統(tǒng)等相關(guān)零部件不可或缺。

儲氫容器的分類

從種類來看，儲氫容器分為儲氫球罐、儲氫瓶，以及特殊場景使用的液氫儲罐。

從流程來看，不同的儲氫系統(tǒng)出現(xiàn)在不同的流程節(jié)點：我國已經(jīng)成為氫氣生產(chǎn)第一大國，氫氣生產(chǎn)后必須先以大容量容器進(jìn)行存儲，氣態(tài)儲氫球罐和液氫儲罐出現(xiàn)在這一 節(jié)點。

儲氫罐的氫氣通過長管拖車到達(dá)加氫站后，通過泄氣柱裝置把氫氣連接到加氫站里面的壓縮機(jī)，經(jīng)過壓縮機(jī)增壓后的氫氣會存儲到儲氫容器中。目前國內(nèi)加氫站內(nèi)的儲氫容器多以工業(yè)中廣泛采用20MPa鋼制氫瓶與增壓后的45MPa鋼制氫瓶、98MPa鋼帶纏繞式壓力容器進(jìn)行組合，來為車載儲氫系統(tǒng)提供“能量”。

我國車載儲氫系統(tǒng)有兩個壓強類型的需求，35兆帕和70兆帕，為了讓氫氣快速注入車載儲氫系統(tǒng)，加氫站的儲氫系統(tǒng)壓強更高。但是因為鋼制氫氣瓶重量大，并不適宜汽車用，所以車載儲氫系統(tǒng)使用的是技術(shù)迭代后的輕量型儲氫瓶。

儲氫球罐

在制氫工廠最具標(biāo)志性的就是碩大的儲氫球罐。這類固定式儲氫容器多是由不銹鋼和鋁合金等金屬材料制成，其設(shè)計制造技術(shù)成熟、成本低、灌裝速度快、能耗也較低，但是單位質(zhì)量儲氫密度較小，儲氫球罐壓強是200至500kPa。技術(shù)要求主要針對的是耐壓和絕熱。

華電1500立方儲氫球罐

除了氣氫球罐，儲氫球罐還包括液氫球罐。以往液氫主要用于軍事和航空航天領(lǐng)域，近年來隨著液氫也逐步進(jìn)入商業(yè)化，液氫球罐的開發(fā)也成為氫能裝備的主攻方向之一。

目前儲氫球罐生產(chǎn)多由高壓容器生產(chǎn)企業(yè)延伸的業(yè)務(wù)，其中中集安瑞科與蘭石重裝等是國內(nèi)重量級的儲氫球罐生產(chǎn)企業(yè)。

中集安瑞科：

旗下荊門宏圖特種飛行器制造有限公司自2016年起為客戶提供壓縮氫氣球罐，具備8000m3中壓氫氣球罐的建造能力，并完成了與高純氨制氫項目相配套的高純氨球罐技術(shù)的研發(fā)?。

蘭石重裝：

公司在氫能源領(lǐng)域主要產(chǎn)品為加氫反應(yīng)器等用氫裝備、煤氣化制氫裝備、儲氫用球罐設(shè)備等，正在研發(fā)超高壓儲氫裝備（45Mpa/75Mpa）、高壓氣固組合儲氫容器、POX造氣制氫裝置廢熱鍋爐等。

除了氣態(tài)儲氫球罐，液氫儲罐也有企業(yè)已經(jīng)成為國際市場上的翹楚：

中集安瑞科：

旗下中集圣達(dá)因開發(fā)的國內(nèi)首臺商用液氫球罐裝備生產(chǎn)線在安徽阜陽正式開工。中集圣達(dá)因研發(fā)的液氫球罐為雙層真空球形容器，總?cè)莘e400立方米，液氫裝載量可達(dá)25噸以上，表明中集安瑞科已經(jīng)攻克了超低溫區(qū)下選材、超低溫焊接、大溫差下結(jié)構(gòu)設(shè)計和絕熱設(shè)計、現(xiàn)場施工惡劣條件下絕熱材料包扎、高真空獲得和長效維持等諸多技術(shù)難點。

中科富海：

通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計最大程度減小儲存、轉(zhuǎn)注時液氫的損失。中科富海可提供容積40m3的液氫移動儲罐，能滿足車載運輸7天/1000km零氫氣排放的需求。在固定式液氫儲罐方面，中科富海可提供100m3零蒸發(fā)液氫儲罐，能保證液氫儲罐長期運行中零氫氣蒸發(fā)排放。

儲氫瓶

儲氫瓶是儲氫系統(tǒng)商業(yè)化最成熟的領(lǐng)域，已經(jīng)有大量企業(yè)進(jìn)入儲氫瓶的生產(chǎn)。儲氫瓶的技術(shù)經(jīng)歷了五代的迭代，目前沒有內(nèi)膽只由纖維纏繞而成的V型瓶無論在國內(nèi)還是國外都尚處于研究當(dāng)中。

投入使用的高壓儲氫氣瓶主要分為四個類型：全金屬氣瓶(Ⅰ型)、金屬內(nèi)膽纖維環(huán)向纏繞氣瓶(Ⅱ型)、金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶(Ⅲ型)、非金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶(Ⅳ型)。

四代儲氫瓶目前都在被廣泛應(yīng)用，這是因為其I型瓶和II瓶型以其特質(zhì)適合作為加氫站儲氫容器，III型瓶和IV型瓶更適合作為車載儲氫容器，各有各用武之地。 

之所以加氫站和車載儲氫采用不同的儲氫瓶，首先是因為交通領(lǐng)域?qū)錃獾闹亓績涿芏纫蟾撸裥汀ⅱ蛐椭厝荼却螅y以滿足氫燃料電池汽車的儲氫密度要求。其次是儲氫容器的自重占比對車輛的動力表現(xiàn)非常重要。Ⅲ型、Ⅳ型瓶因采用了纖維全纏繞結(jié)構(gòu)，具有重容比小、單位質(zhì)量儲氫密度高等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于氫燃料電池汽車。

儲氫瓶由內(nèi)至外結(jié)構(gòu)包括內(nèi)襯材料、過渡層、纖維纏繞層、外保護(hù)層、緩沖層。以IV型儲氫瓶為例，來看其結(jié)構(gòu)組成：

·內(nèi)膽：瓶壁總厚度約為20~30mm，最內(nèi)層與氫氣直接接觸的是阻氣層，厚度約為2~3mm，材料是PA6、PA612、PA11、HDPE等，起阻隔氫氣的作用。 

Ⅳ型儲氫瓶和Ⅳ型儲氫瓶內(nèi)膽

·中間層：比較厚的耐壓層，材料是CFRP碳纖維增強復(fù)合材料，由碳纖維和環(huán)氧樹脂構(gòu)成，在保證耐壓等級的前提下，盡量減小該層厚度以提高儲氫效率。

·表層：厚度約為2~3mm，材料是GFRP玻纖增強復(fù)合材料，由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂構(gòu)成。

IV型儲氫瓶之所以更適合于車載儲氫，是因為其改變了內(nèi)膽的金屬材質(zhì)，采用高分子材料做內(nèi)膽，碳纖維復(fù)合材料纏繞作為承力層，儲氫質(zhì)量比可達(dá)6%以上，最高能達(dá)到7%，進(jìn)而成本可以進(jìn)一步降低。

儲氫系統(tǒng)構(gòu)成

儲氫瓶雖然是儲氫系統(tǒng)的核心，但是在一系列輔助零部件協(xié)助下儲氫系統(tǒng)才能安全投入應(yīng)用。

加氫站儲氫系統(tǒng)由儲氫瓶、集成瓶閥、集成壓力調(diào)節(jié)模塊、加氫口、儲氫系統(tǒng)控制器以及各部分的泄壓排氫裝置組成。

集成瓶閥

集成瓶閥是保障儲氫瓶安全和順利輸氫的關(guān)鍵零件，它也是由多個零部件組成，分別是過濾器、流量限值閥、熱&壓 壓力釋放裝置、手動閥、作為加氫入口的止回閥，以及一系列溫壓傳感器。

集成壓力控制模塊通常包括自動截止閥、手動放空閥（用于維修）、壓力調(diào)節(jié)器、緊急泄壓閥和壓力傳感器。

儲氫系統(tǒng)的性能可以用儲氫容量、系統(tǒng)儲氫質(zhì)量密度、系統(tǒng)儲氫體積密度、每千瓦時儲氫成本、充放循環(huán)壽命、最小運輸壓力這幾個重要參數(shù)來評價。

車載儲氫系統(tǒng)

車載儲氫系統(tǒng)因應(yīng)用場景的不同，其構(gòu)成與加氫站儲氫系統(tǒng)有不同。其結(jié)構(gòu)包括：含瓶閥的儲氫瓶、供氫管、加氫口、高壓氫氣管路、壓力傳感器、單向閥、減壓器、氫系統(tǒng)桁架。

捷氫科技70MPa燃料電池車載儲氫系統(tǒng)

車載儲氫系統(tǒng)采取的是疊放帶桁架加以固定的形式，瓶的數(shù)量根據(jù)車的功率等指標(biāo)有不同數(shù)字，商務(wù)車中以6瓶居多，擺放模式多數(shù)如下：

而在乘用車中多以前后兩個儲氫瓶為主：

搭載兩個Ⅳ型儲氫瓶的氫燃料電池汽車

儲氫系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)

儲氫瓶是儲氫系統(tǒng)中商業(yè)化最成熟的一環(huán)，所以集中了大量的生產(chǎn)企業(yè)：

中材科技：

以III型、IV型儲氫瓶為主，目前公司批量生產(chǎn)35MPa的高壓儲氫瓶，主要應(yīng)用于商用車及無人機(jī)領(lǐng)域，市占率領(lǐng)先。70MPa III型儲氫瓶已經(jīng)供貨，70MPa IV型瓶已完成技術(shù)儲備。

中集安瑞科：

III型、IV型儲氫瓶為主，2020年5月，中集安瑞科通過與Hexagon的合作，涉足IV型瓶并將其引入中國市場，挪威Hexagon為IV型儲氫瓶領(lǐng)域鼻祖。雙方聯(lián)合成立針對中國及東南亞市場快速增長的高壓氫氣儲運的合營公司。于2021年第二季度開始Ⅳ型儲氫瓶的生產(chǎn)設(shè)施建設(shè)。

京城股份：

以III型、IV型儲氫瓶為主。其子公司天海工業(yè)是著名的儲氫容器生產(chǎn)企業(yè)，具有8個專業(yè)氣體儲運裝備生產(chǎn)基地。公司35MPa、70MPa III型瓶具備批量供貨能力；2021年5月17日，公司發(fā)布具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的IV型瓶，完成了20MPa、35MPa、70MPa多種規(guī)格IV型瓶產(chǎn)品設(shè)計及試制。

亞普股份：

以III型、IV型儲氫瓶為主，公司專業(yè)從事汽車燃料系統(tǒng)的研發(fā)、制造和銷售，產(chǎn)品主要是乘用車用塑料燃油箱及加油管(注油管)。

國富氫能：

主營產(chǎn)品包括車載高壓供氫系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品、加氫站設(shè)備及相關(guān)產(chǎn)品、氫氣液化及液氫儲運設(shè)備、水電解制氫設(shè)備及相關(guān)產(chǎn)品。在儲氫球罐和儲氫瓶都有多項產(chǎn)品問世。車載高壓供氫系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品、加氫站設(shè)備及相關(guān)產(chǎn)品為國富氫能主要營收產(chǎn)品，2023年分別貢獻(xiàn)3.01億元、1.23億元收入，占比分別為57.6%、23.6%。

巨化集團(tuán)：

公司與浙江大學(xué)合作開展“863”項目高壓儲氫罐的制造，完成了加氫示范站（在北京）三臺氫氣儲存容器（壓力分別為47Mpa和75MPa，容積5m3）的制作交付使用并順利通過驗收；在鋼制包裝容器系列方面，分別建有非重復(fù)充裝鋼瓶、可重復(fù)充裝鋼瓶到罐式集裝箱生產(chǎn)線。

富瑞特裝：

公司正在進(jìn)行氫燃料電池車用液氫供氣系統(tǒng)及配套氫閥的研發(fā)工作，該產(chǎn)品是對目前應(yīng)用較多的車用高壓供氫系統(tǒng)的補充，主要用于氫燃料電池重卡，液氫供氣系統(tǒng)產(chǎn)品樣品現(xiàn)已試制完成有待進(jìn)行裝車試驗，配套氫閥有待交付第三方進(jìn)行試驗。

奧揚科技：

目前公司已經(jīng)完成了多款I(lǐng)V型瓶產(chǎn)品的研發(fā)制造，完成了塑料內(nèi)膽與金屬瓶嘴密封性能專利、碳纖維纏繞技術(shù)、產(chǎn)品的一致性等“卡脖子”技術(shù)。產(chǎn)品的壓力等級涵蓋20MPa-70MPa。

科泰克：

公司是專業(yè)生產(chǎn)高壓容器的高新技術(shù)企業(yè)。長期從事鋁合金內(nèi)膽、呼吸氣瓶、車用復(fù)合氣瓶、高壓及超高壓容器的設(shè)計、生產(chǎn)和銷售。已展開IV型瓶的材料選型匹配等基礎(chǔ)性研究工作。隸屬國家市場監(jiān)管總局的中國特種設(shè)備檢測研究院，也已經(jīng)到參與到國家70MPaIV型瓶的課題研究中。

未勢能源：

2023年初，未勢能源自主研發(fā)的第二代70MPa-57L Ⅳ型儲氫瓶取得突破性進(jìn)展，質(zhì)量儲氫密度達(dá)到6.1wt%，超過美國能源部（DOE）設(shè)定的2025年質(zhì)量儲氫密度目標(biāo)值5.5wt%，且優(yōu)于當(dāng)前國際市場主流品牌同類產(chǎn)品指標(biāo)，達(dá)到世界領(lǐng)先水平，主要適用于氫燃料電池乘用車型車載儲氫系統(tǒng)。

碳纖維和閥門企業(yè)

碳纖維是制造儲氫瓶的關(guān)鍵原材料，其本身的成本和性能，對儲氫瓶的成本和使用性能有著很大影響。根據(jù)相關(guān)研究，碳纖維復(fù)合材料的成本約占到儲氫瓶整體成本的60%以上。與燃油汽車相比，搭載碳纖維復(fù)合材料儲氫瓶的汽車，燃油效率改善效果顯著。通常情況下，1臺燃料電池汽車平均載有6只氣瓶，1只氣瓶大約需要40千克碳纖維。

纖維纏繞工藝是儲氫瓶制備過程中的重要環(huán)節(jié)，主要分為濕法纏繞、干法纏繞和干濕法纏繞。其中，濕法纏繞是指將碳纖維絲束進(jìn)行浸漬處理，然后在張應(yīng)力控制下直接纏繞于芯模上。該方法的生產(chǎn)成本低，是高壓儲氫瓶最常見的纏繞工藝。

知名碳纖維企業(yè)包括中材科技、中復(fù)神鷹、光威復(fù)材、海控復(fù)材、金博碳素等，而且正在有大量企業(yè)涌入這一賽道。

?閥門是構(gòu)成車載供氫系統(tǒng)至關(guān)重要的一環(huán)，具有檢測溫度、控制流量、凈化氣體以及減少氫氣泄露風(fēng)險等作用，是保障燃料電池汽車安全運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵模塊。其中，閥門包括瓶口閥、減壓閥以及其它閥門。

近年來，隨著氫車推廣數(shù)量的不斷提升，國產(chǎn)車載儲氫系統(tǒng)閥門的市場占比也在逐步提升。根據(jù)國內(nèi)主要儲氫系統(tǒng)企業(yè)反饋的情況統(tǒng)計，2023年，國產(chǎn)閥門在車載儲氫系統(tǒng)領(lǐng)域的市場份額已經(jīng)提升到50%以上，而在2022年，車載儲氫系統(tǒng)閥門的國產(chǎn)化占比僅有20%-30%。儲氫閥門生產(chǎn)企業(yè)?主要包括蘇州紐威閥門股份有限公司、富瑞特裝、京城股份、中材科技、江蘇神通等。

儲氫系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)

儲氫系統(tǒng)的最基礎(chǔ)設(shè)計要求是必須滿足氫安全要求，包括與高壓氫氣直接接觸的零部件材料應(yīng)具備氫氣兼容性，并考慮氫脆現(xiàn)象對設(shè)計壽命的影響。例如，高壓管材料應(yīng)選擇抗氫脆的316L不銹鋼材料。此外，零部件需要根據(jù)整車實際運營工況完成功能性試驗和安全性試驗，包括耐久試驗、壓力、溫度、振動循環(huán)試驗、氣密測試、爆破壓力等?。

?儲氫系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)?主要包括以下幾個方面：

液氫方面，國內(nèi)發(fā)布了三項液氫相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，包括《氫能汽車用燃料 液氫》、《液氫貯存和運輸技術(shù)要求》和《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，以及國際上的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如NSS 1740.16、《AIAA-G-095》等，涵蓋了液氫的貯存和運輸技術(shù)要求及安全指導(dǎo)?。

這些標(biāo)準(zhǔn)共同構(gòu)成了儲氫系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、運行和管理的全面指導(dǎo)，確保了儲氫系統(tǒng)的安全性和可靠性。

內(nèi)容資料來源：艾氫科技、中材科技、中集安瑞科等