氫能作為一種清潔能源，近年來在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展。氫能產(chǎn)業(yè)鏈涉及制氫、儲(chǔ)運(yùn)氫、供氫以及用氫等多個(gè)環(huán)節(jié)，其中閥門作為關(guān)鍵組件，在各個(gè)階段都發(fā)揮著不可替代的作用。
 

　　氫能產(chǎn)業(yè)鏈概述
 

　　氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括制氫、儲(chǔ)運(yùn)氫、供氫和用氫四大環(huán)節(jié)。制氫環(huán)節(jié)主要通過化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)回收制氫以及電解水制氫等方式生產(chǎn)氫氣。儲(chǔ)運(yùn)氫環(huán)節(jié)涉及氫氣的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和加注等過程，主要包括高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固體儲(chǔ)氫三種方式。供氫環(huán)節(jié)主要指對(duì)接氫能的各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，如船舶、重卡等重型機(jī)動(dòng)應(yīng)用或調(diào)峰氫電站等。用氫環(huán)節(jié)則是氫能民用的最終應(yīng)用，主要包括直接燃燒(氫內(nèi)燃機(jī))和采用燃料電池技術(shù)兩種方式。
 

　　制氫環(huán)節(jié)
 

　　在制氫環(huán)節(jié)，閥門主要用于控制氫氣的生產(chǎn)和輸送。由于氫氣的物理特性，如分子小易滲透、易逃逸，以及氫脆和爆炸性等，對(duì)閥門的材料、結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度、密封性能、安全性等都提出了很高的要求。
 

　　化石能源制氫：化石能源制氫通常伴有大量碳排放，這種氫被稱為“灰氫”，并不符合環(huán)保要求。而通過碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)避免碳排放的氫被稱為“藍(lán)氫”。在CCUS產(chǎn)業(yè)中，閥門同樣扮演著重要角色，但并非氫能專有，因此不做深入探討。
 

　　工業(yè)副產(chǎn)回收制氫：工業(yè)副產(chǎn)回收制氫主要是利用工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氫氣進(jìn)行回收和利用，以滿足自用或外售需求。在此過程中，閥門用于控制氫氣的回收和輸送，確保回收效率和安全性。
 

　　電解水制氫：電解水制氫是通過風(fēng)力、光伏等可再生能源制氫的方式，也被稱為“綠氫”。在電解水制氫過程中，閥門主要用于控制電解液的流量、壓力和溫度等參數(shù)，確保電解過程的穩(wěn)定和高效。
 

　　儲(chǔ)運(yùn)氫環(huán)節(jié)
 

　　儲(chǔ)運(yùn)氫環(huán)節(jié)是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中至關(guān)重要的一環(huán)，閥門在此環(huán)節(jié)的應(yīng)用也尤為關(guān)鍵。
 

　　高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫：高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是目前主流的儲(chǔ)氫方式之一。閥門在高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)中起到開閉管路、控制流向、調(diào)節(jié)壓力等重要作用。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫瓶口閥(瓶閥)是核心的閥門產(chǎn)品，用于車載式(車用及儲(chǔ)運(yùn))和固定式(制氫廠、加氫站等)儲(chǔ)氫系統(tǒng)。高壓儲(chǔ)氫瓶用瓶口閥氫氣壓力高(35至70 MPa)，容易造成金屬件氫蝕氫脆，非金屬件破壞。因此選材時(shí)，常選用鋁合金材質(zhì)制造主體，操作部件選用抗氫蝕316不銹鋼，密封件選用PEEK、氫化丁腈橡膠等適應(yīng)高壓高低溫并與氫相容性良好的材料制造。
 

　　低溫液態(tài)儲(chǔ)氫：低溫液態(tài)儲(chǔ)氫是另一種重要的儲(chǔ)氫方式。由于低溫液態(tài)氫在儲(chǔ)運(yùn)和加注過程中易出現(xiàn)漏熱和殘留液氫的問題，相關(guān)閥門必須采用高真空絕熱設(shè)計(jì)，并考慮材料因低溫變形而產(chǎn)生的偏差。低溫液態(tài)儲(chǔ)氫閥門的核心產(chǎn)品是低溫液氫加注閥，它應(yīng)具備良好的安全使用性能和良好的絕熱性能。目前低溫液態(tài)氫主要是儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，涉及供氫環(huán)節(jié)較少。液氫加注閥應(yīng)具備良好的安全使用性能和良好的絕熱性能。當(dāng)前常用的提高閥門絕熱性的方式有堆積絕熱和真空絕熱。堆積絕熱容易造成閥門體積和重量增加；真空絕熱方式則多通過提高真空度或優(yōu)化絕熱層結(jié)構(gòu)來削弱換熱，對(duì)閥門的密封性提出了較高要求。
 

　　固態(tài)儲(chǔ)氫：固態(tài)儲(chǔ)氫以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料等作為儲(chǔ)氫載體，通過化學(xué)吸附和物理吸附的方式實(shí)現(xiàn)氫的存儲(chǔ)。固態(tài)儲(chǔ)氫本身不涉及閥門的應(yīng)用，但在固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的進(jìn)出口處仍需使用閥門進(jìn)行控制。
 

　　供氫環(huán)節(jié)
 

　　供氫環(huán)節(jié)主要指對(duì)接氫能的各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，如船舶、重卡等重型機(jī)動(dòng)應(yīng)用或調(diào)峰氫電站等。在此環(huán)節(jié)中，閥門主要用于控制氫氣的供應(yīng)和輸送，確保氫能的安全、高效利用。
 

　　減壓閥：減壓閥是供氫環(huán)節(jié)的重要產(chǎn)品。由于燃料電池入口的壓力比高壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)出口的壓力要小很多，減壓閥需要既可以大壓力跨度減壓，又保證閥后波動(dòng)穩(wěn)定。因此，減壓閥在儲(chǔ)氫系統(tǒng)出口后和燃料電池入口前會(huì)分別設(shè)計(jì)兩級(jí)減壓閥，以確保進(jìn)堆氫氣壓力的穩(wěn)定性。
 

　　減壓閥的設(shè)計(jì)與應(yīng)用：減壓閥是通過調(diào)節(jié)閥門開度，將進(jìn)口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)本身的能量，使出口壓力自動(dòng)保持穩(wěn)定的閥門。優(yōu)質(zhì)減壓閥需要既可以大壓力跨度減壓，又保證閥后波動(dòng)。在燃料電池管路入口前使用噴射器也是研究方向之一，噴射器是高頻電磁閥的一種。
 

　　其他代表性閥門：除了減壓閥外，供氫環(huán)節(jié)還使用其他代表性閥門，如截止閥、單向閥、排空閥等。這些閥門在供氫系統(tǒng)中起到控制氫氣流向、防止倒流、排放殘余氫氣等作用。
 

　　用氫環(huán)節(jié)
 

　　氫能民用的最終應(yīng)用主要有兩種方式：一是直接燃燒(氫內(nèi)燃機(jī))，二是采用燃料電池技術(shù)。在用氫環(huán)節(jié)中，閥門主要用于控制氫氣和氧氣的供應(yīng)以及反應(yīng)產(chǎn)物的排出，對(duì)燃料電池的性能和壽命有重要影響。
 

　　氫燃料電池系統(tǒng)：在氫燃料電池系統(tǒng)中，閥門用于控制氫氣和氧氣的供應(yīng)以及反應(yīng)產(chǎn)物的排出。隨著電控技術(shù)的發(fā)展，電磁閥將成為燃料電池閥門的主流方向。電磁閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，適用于燃料電池系統(tǒng)中對(duì)氫氣和氧氣供應(yīng)的精確控制。
 

　　電磁閥的應(yīng)用：電磁閥在燃料電池系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用。它不僅能夠精確控制氫氣和氧氣的流量和壓力，還能夠根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行快速響應(yīng)和調(diào)整。此外，電磁閥還具有耐腐蝕、耐高溫等特性，能夠適應(yīng)燃料電池系統(tǒng)惡劣的工作環(huán)境。
 

　　氫內(nèi)燃機(jī)：在氫內(nèi)燃機(jī)中，閥門同樣起到關(guān)鍵作用。它主要用于控制氫氣的供應(yīng)和排放，確保內(nèi)燃機(jī)的正常運(yùn)行和排放性能。氫內(nèi)燃機(jī)對(duì)閥門的密封性能和耐久性要求較高，需要能夠承受高溫高壓的惡劣工況。