氢能规模化储运亟待推动 液氢迎发展拐点

本文转自：中国工业报 ■ 中国工业报记者 霍 悦

“近年来，氢能技术发展迅速，产业链不断完善，应用场景日益丰富，氢能市场应用与城市示范取得可喜成果。”9月13日，在第五届中国氢能发展峰会暨2023中国氢能百人会年度论坛上，中国工业气体工业协会副理事长洑春干指出，但同时我国氢能整体发展速度仍较缓慢，主要原因在于氢能的运营成本很高，其难以储运的问题尚未解决。要破解这一难题，必须大力发展低温液氢储运技术。

长期以来，我国低温液氢起步较晚，技术门槛高，对容器绝热要求严格，部分关键装备处于 “卡脖子”状态；工程实例较少，液氢制取、应用集中在航天火箭发射领域，民用规模较小；氢液化工厂投资大、能耗高，现阶段市场需求小，规模化应用不足，产能上升缓慢。然而，在国家大力发展氢能的风口下，国内液氢产业正迎来发展拐点。

扩大规模 降低运营能耗单位成本

“相较于使用高压气瓶运输氢，液氢具有高效可控、不易污染、品质稳定等特点，在储运方面具有效率高、成本低的优势，在应用方面具有加氢站占地面积小、压力低、供氢方式灵活、纯度更高等优势。”中山先进低温技术研究院研究员李岸然介绍。

国际能源署数据显示，运输距离为500公里时，液氢配送成本每千克仅增加约0.3美元，而高压气态运输配送成本将上升5倍以上，接近每千克2美元。不难发现，与气态氢相比，液氢在储运成本上具有绝对话语权，并有望成为氢能实现规模化应用的重要推动力。但由于氢液化工厂投资大、耗电多，一直以来普遍被认为不具备经济性。

事实未必如此。“我国液氢生产、储运、加注及使用，可以借鉴我国液化天然气发展模式。若想在全球氢贸易中占据一席之地，氢气液化可通过世界范围内的探索和提升平均设施规模，来实现成本降低，这也是唯一的可能性所在。”洑春干表示，液氢具有规模效应，当规模扩大时，氢液化的能耗和单位成本将显著降低。

根据测算，以不同规模的液氢工厂为例，液化规模为5吨/天及以下时，液氢工厂的综合能耗将超过15千瓦时/千克；当液化规模达到10-30吨/天时，氢液化工厂的综合能耗约为9-14千瓦时/千克；当液化规模扩大至150吨/天，液化能耗可降低至6千瓦时/千克。

建设提速 核心技术装备集中攻关

“全球现有数十座液氢工厂，总液氢产能480吨/天。但国内液氢的总产能只有5.5吨/天，并且只供给航空航天领域。”北京中科富海低温科技有限公司 （以下简称中科富海）徐鹏博士通过列举这样一组数据，表明我国液氢发展整体尚处于起步阶段。

伴随着2021年11月我国三项液氢国家标准——GB/T40045-2021《氢能汽车用燃料液氢》、GB/T40060-2021《液氢贮存和运输技术要求》、GB/T40061-2021《液氢生产系统技术规范》的正式实施，氢能标准体系逐渐完善，液氢民用有标可依，标准也为指导液氢生产、贮存和运输，加强氢燃料质量管理，促进氢能产业高质量发展提供重要支撑。

徐鹏介绍，液氢的生产和储运，涉及多项核心部件和关键技术，氢的液化设备主要有透平膨胀机、低漏率换热器、压缩机、低温阀门、正仲氢转化器等核心部件；而液氢的储运包括液氢泵、液氢储罐、液氢槽车等设备。

值得关注的是，近年来，我国部分氢能企业持续加大液氢全产业链研发，集中力量攻关核心技术装备，从液化膨胀、液氢储运，到液氢加注和车载储氢，完成了相应的科研实验。以中科富海为例，公司已完成多套具有自主知识产权的低温制冷设备，并形成一套成熟的低温制冷工艺包，低温产品包括氢液化装置、氦液化装置、氦制冷机、液氦杜瓦等其他配套产品。

此外，国内液氢研发和项目陆续落地，建设进度已经提速。久泰集团万吨级液氢项目于2022年获得环评批复，全国首个绿氢液化项目——内蒙古风光制氢一体化项目于今年3月签约，齐鲁氢能一体化项目于今年5月已完成70%，中石油乌海液氢项目计划年底投产。通过应用实践推进液氢相关标准和规范的建立，与液氢产业化的推动形成互助，国内众多企业和科研院所正在逐步掌握液氢装备的核心技术，并逐步实现产业化。

挑战仍存 标准测试亟待完善

作为低温液氢储运的重要装备，车载液氢气瓶主要包含深冷低压液氢瓶和深冷高压液氢瓶。“让我感到遗憾和失落的是，目前国内车载供氢装备基本为高压储氢气瓶，低温液氢还未完全使用。”中国特种设备检测院主任朱鸣坦言，国外已经开发多代车载液氢气瓶，而国内北京天海、国富氢能、富瑞特装等公司还处在研制重卡用液氢气瓶工程样机阶段，深冷+高压超临界储氢容器相关研究起步较晚。

“不只是应用领域，在各项标准上也需要更进一步完善。”朱鸣进一步解释道，比如在《车载液氢气瓶》标准中，需规定液氢气瓶的基本参数、材料、设计、制造、试验、检验、储存与运输等内容；在 《液氢容器性能试验方法》标准中，需要对液氢容器性能的环境、设备、试验顺序、试验项目、数据处理、试验记录和试验报告等确认基本要求。

“安全测试也是一个短板。”朱鸣表示，车载液氢瓶发展还面临一个比较大的瓶颈是缺少测试基地，车载液氢气瓶的本质安全测试包括振动疲劳、真空失效、过载、火烧、撞击等；液氢气瓶绝热方式不同于常规低温绝热气瓶，高性能绝热对于液氢气瓶至关重要；要高度重视车载液氢气瓶的供氢系统设计，综合考虑其功能、效果以及安全。

南京工业大学化工过程安全国际交流中心张彬教授同时提醒，液态氢的沸点非常低，约为-253摄氏度。氢气燃烧速度约是汽油的8.8倍、甲烷的7.3倍，液氢燃烧速度约是汽油的2倍、甲烷的2.7倍。爆炸范围宽、易引燃。液氢在应用过程中可能存在的风险类型包括液氢泄漏、延迟点火和爆炸，低温还可能对其他基础设备造成损害。

“下一步，协会要推动车载液氢瓶的标准编制工作，以及固定式液氢贮罐、液氢罐箱的产业化工作，聚焦制氢加氢一体站问题、氢能项目设计单位评估、建立氢能及燃料电池系列团体标准体系，加快推进氢能产业可持续发展。”洑春干表示。