阀门在氢能行业的应用盘点及相关政策汇总

　　氢能作为一种清洁能源，近年来在全球范围内得到了广泛的关注和发展。氢能产业链涉及制氢、储运氢、供氢以及用氢等多个环节，其中阀门作为关键组件，在各个阶段都发挥着不可替代的作用。
 

　　氢能产业链概述
 

　　氢能产业链主要包括制氢、储运氢、供氢和用氢四大环节。制氢环节主要通过化石能源制氢、工业副产回收制氢以及电解水制氢等方式生产氢气。储运氢环节涉及氢气的储存、运输和加注等过程，主要包括高压气态储氢、液态储氢和固体储氢三种方式。供氢环节主要指对接氢能的各个应用场景，如船舶、重卡等重型机动应用或调峰氢电站等。用氢环节则是氢能民用的最终应用，主要包括直接燃烧(氢内燃机)和采用燃料电池技术两种方式。
 

　　制氢环节
 

　　在制氢环节，阀门主要用于控制氢气的生产和输送。由于氢气的物理特性，如分子小易渗透、易逃逸，以及氢脆和爆炸性等，对阀门的材料、结构及强度、密封性能、安全性等都提出了很高的要求。
 

　　化石能源制氢：化石能源制氢通常伴有大量碳排放，这种氢被称为“灰氢”，并不符合环保要求。而通过碳捕集、利用与封存(CCUS)技术避免碳排放的氢被称为“蓝氢”。在CCUS产业中，阀门同样扮演着重要角色，但并非氢能专有，因此不做深入探讨。
 

　　工业副产回收制氢：工业副产回收制氢主要是利用工业生产过程中产生的氢气进行回收和利用，以满足自用或外售需求。在此过程中，阀门用于控制氢气的回收和输送，确保回收效率和安全性。
 

　　电解水制氢：电解水制氢是通过风力、光伏等可再生能源制氢的方式，也被称为“绿氢”。在电解水制氢过程中，阀门主要用于控制电解液的流量、压力和温度等参数，确保电解过程的稳定和高效。
 

　　储运氢环节
 

　　储运氢环节是氢能产业链中至关重要的一环，阀门在此环节的应用也尤为关键。
 

　　高压气态储氢：高压气态储氢是目前主流的储氢方式之一。阀门在高压气态储氢系统中起到开闭管路、控制流向、调节压力等重要作用。高压气态储氢瓶口阀(瓶阀)是核心的阀门产品，用于车载式(车用及储运)和固定式(制氢厂、加氢站等)储氢系统。高压储氢瓶用瓶口阀氢气压力高(35至70 MPa)，容易造成金属件氢蚀氢脆，非金属件破坏。因此选材时，常选用铝合金材质制造主体，操作部件选用抗氢蚀316不锈钢，密封件选用PEEK、氢化丁腈橡胶等适应高压高低温并与氢相容性良好的材料制造。
 

　　低温液态储氢：低温液态储氢是另一种重要的储氢方式。由于低温液态氢在储运和加注过程中易出现漏热和残留液氢的问题，相关阀门必须采用高真空绝热设计，并考虑材料因低温变形而产生的偏差。低温液态储氢阀门的核心产品是低温液氢加注阀，它应具备良好的安全使用性能和良好的绝热性能。目前低温液态氢主要是储运环节，涉及供氢环节较少。液氢加注阀应具备良好的安全使用性能和良好的绝热性能。当前常用的提高阀门绝热性的方式有堆积绝热和真空绝热。堆积绝热容易造成阀门体积和重量增加；真空绝热方式则多通过提高真空度或优化绝热层结构来削弱换热，对阀门的密封性提出了较高要求。
 

　　固态储氢：固态储氢以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等作为储氢载体，通过化学吸附和物理吸附的方式实现氢的存储。固态储氢本身不涉及阀门的应用，但在固态储氢系统的进出口处仍需使用阀门进行控制。
 

　　供氢环节
 

　　供氢环节主要指对接氢能的各个应用场景，如船舶、重卡等重型机动应用或调峰氢电站等。在此环节中，阀门主要用于控制氢气的供应和输送，确保氢能的安全、高效利用。
 

　　减压阀：减压阀是供氢环节的重要产品。由于燃料电池入口的压力比高压储氢系统出口的压力要小很多，减压阀需要既可以大压力跨度减压，又保证阀后波动稳定。因此，减压阀在储氢系统出口后和燃料电池入口前会分别设计两级减压阀，以确保进堆氢气压力的稳定性。
 

　　减压阀的设计与应用：减压阀是通过调节阀门开度，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。优质减压阀需要既可以大压力跨度减压，又保证阀后波动。在燃料电池管路入口前使用喷射器也是研究方向之一，喷射器是高频电磁阀的一种。
 

　　其他代表性阀门：除了减压阀外，供氢环节还使用其他代表性阀门，如截止阀、单向阀、排空阀等。这些阀门在供氢系统中起到控制氢气流向、防止倒流、排放残余氢气等作用。
 

　　用氢环节
 

　　氢能民用的最终应用主要有两种方式：一是直接燃烧(氢内燃机)，二是采用燃料电池技术。在用氢环节中，阀门主要用于控制氢气和氧气的供应以及反应产物的排出，对燃料电池的性能和寿命有重要影响。
 

　　氢燃料电池系统：在氢燃料电池系统中，阀门用于控制氢气和氧气的供应以及反应产物的排出。随着电控技术的发展，电磁阀将成为燃料电池阀门的主流方向。电磁阀具有结构简单、响应速度快、控制精度高等优点，适用于燃料电池系统中对氢气和氧气供应的精确控制。
 

　　电磁阀的应用：电磁阀在燃料电池系统中起到至关重要的作用。它不仅能够精确控制氢气和氧气的流量和压力，还能够根据系统需求进行快速响应和调整。此外，电磁阀还具有耐腐蚀、耐高温等特性，能够适应燃料电池系统恶劣的工作环境。
 

　　氢内燃机：在氢内燃机中，阀门同样起到关键作用。它主要用于控制氢气的供应和排放，确保内燃机的正常运行和排放性能。氢内燃机对阀门的密封性能和耐久性要求较高，需要能够承受高温高压的恶劣工况。