氫能作為一種清潔能源，近年來在全球范圍內得到了廣泛的關注和發(fā)展。氫能產業(yè)鏈涉及制氫、儲運氫、供氫以及用氫等多個環(huán)節(jié)，其中閥門作為關鍵組件，在各個階段都發(fā)揮著不可替代的作用。
 

　　氫能產業(yè)鏈概述
 

　　氫能產業(yè)鏈主要包括制氫、儲運氫、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)副產回收制氫以及電解水制氫等方式生產氫氣。儲運氫環(huán)節(jié)涉及氫氣的儲存、運輸和加注等過程，主要包括高壓氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固體儲氫三種方式。供氫環(huán)節(jié)主要指對接氫能的各個應用場景，如船舶、重卡等重型機動應用或調峰氫電站等。用氫環(huán)節(jié)則是氫能民用的最終應用，主要包括直接燃燒(氫內燃機)和采用燃料電池技術兩種方式。
 

　　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，對閥門的材料、結構及強度、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)技術避免碳排放的氫被稱為“藍氫”。在CCUS產業(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)副產回收制氫：工業(yè)副產回收制氫主要是利用工業(yè)生產過程中產生的氫氣進行回收和利用，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。
 

　　儲運氫環(huán)節(jié)
 

　　儲運氫環(huán)節(jié)是氫能產業(yè)鏈中至關重要的一環(huán)，閥門在此環(huán)節(jié)的應用也尤為關鍵。
 

　　高壓氣態(tài)儲氫：高壓氣態(tài)儲氫是目前主流的儲氫方式之一。閥門在高壓氣態(tài)儲氫系統(tǒng)中起到開閉管路、控制流向、調節(jié)壓力等重要作用。高壓氣態(tài)儲氫瓶口閥(瓶閥)是核心的閥門產品，用于車載式(車用及儲運)和固定式(制氫廠、加氫站等)儲氫系統(tǒng)。高壓儲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，常選用鋁合金材質制造主體，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高壓高低溫并與氫相容性良好的材料制造。
 

　　低溫液態(tài)儲氫：低溫液態(tài)儲氫是另一種重要的儲氫方式。由于低溫液態(tài)氫在儲運和加注過程中易出現(xiàn)漏熱和殘留液氫的問題，相關閥門必須采用高真空絕熱設計，并考慮材料因低溫變形而產生的偏差。低溫液態(tài)儲氫閥門的核心產品是低溫液氫加注閥，它應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)氫主要是儲運環(huán)節(jié)，涉及供氫環(huán)節(jié)較少。液氫加注閥應具備良好的安全使用性能和良好的絕熱性能。當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)化絕熱層結構來削弱換熱，對閥門的密封性提出了較高要求。
 

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

　　供氫環(huán)節(jié)
 

　　供氫環(huán)節(jié)主要指對接氫能的各個應用場景，如船舶、重卡等重型機動應用或調峰氫電站等。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)的重要產品。由于燃料電池入口的壓力比高壓儲氫系統(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，又保證閥后波動穩(wěn)定。因此，減壓閥在儲氫系統(tǒng)出口后和燃料電池入口前會分別設計兩級減壓閥，以確保進堆氫氣壓力的穩(wěn)定性。
 

　　減壓閥的設計與應用：減壓閥是通過調節(jié)閥門開度，將進口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質本身的能量，使出口壓力自動保持穩(wěn)定的閥門。優(yōu)質減壓閥需要既可以大壓力跨度減壓，又保證閥后波動。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)
 

　　氫能民用的最終應用主要有兩種方式：一是直接燃燒(氫內燃機)，二是采用燃料電池技術。在用氫環(huán)節(jié)中，閥門主要用于控制氫氣和氧氣的供應以及反應產物的排出，對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以及反應產物的排出。隨著電控技術的發(fā)展，電磁閥將成為燃料電池閥門的主流方向。電磁閥具有結構簡單、響應速度快、控制精度高等優(yōu)點，適用于燃料電池系統(tǒng)中對氫氣和氧氣供應的精確控制。
 

　　電磁閥的應用：電磁閥在燃料電池系統(tǒng)中起到至關重要的作用。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)需求進行快速響應和調整。此外，電磁閥還具有耐腐蝕、耐高溫等特性，能夠適應燃料電池系統(tǒng)惡劣的工作環(huán)境。
 

　　氫內燃機：在氫內燃機中，閥門同樣起到關鍵作用。它主要用于控制氫氣的供應和排放，確保內燃機的正常運行和排放性能。氫內燃機對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。