推動規模化儲運 液氫產業迎發展拐點
時間:2023-09-20 08:49來源:中國工業報 作者:霍悅
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“近年來，氫能技術發展迅速，產業鏈不斷完善，應用場景日益豐富，氫能市場應用與城市示范取得可喜成果。”9月13日，在第五屆中國氫能發展峰會暨2023中國氫能百人會年度論壇上，中國工業氣體工業協會副理事長洑春干指出，但同時我國氫能整體發展速度仍較緩慢，主要原因在于氫能的運營成本很高，其難以儲運的問題尚未解決。要破解這一難題，必須大力發展低溫液氫儲運技術。
長期以來，我國低溫液氫起步較晚，技術門檻高，對容器絕熱要求嚴格，部分關鍵裝備處于“卡脖子”狀態；工程實例較少，液氫制取、應用集中在航天火箭發射領域，民用規模較小；氫液化工廠投資大、能耗高，現階段市場需求小，規模化應用不足，產能上升緩慢。然而，在國家大力發展氫能的風口下，國內液氫產業正迎來發展拐點。
擴大規模 降低運營能耗單位成本
“相較于使用高壓氣瓶運輸氫，液氫具有高效可控、不易污染、品質穩定等特點，在儲運方面具有效率高、成本低的優勢，在應用方面具有加氫站占地面積小、壓力低、供氫方式靈活、純度更高等優勢。”中山先進低溫技術研究院研究員李岸然介紹。
國際能源署數據顯示，運輸距離為500公里時，液氫配送成本每千克僅增加約0.3美元，而高壓氣態運輸配送成本將上升5倍以上，接近每千克2美元。不難發現，與氣態氫相比，液氫在儲運成本上具有絕對話語權，并有望成為氫能實現規模化應用的重要推動力。但由于氫液化工廠投資大、耗電多，一直以來普遍被認為不具備經濟性。
事實未必如此。“我國液氫生產、儲運、加注及使用，可以借鑒我國液化天然氣發展模式。若想在全球氫貿易中占據一席之地，氫氣液化可通過世界范圍內的探索和提升平均設施規模，來實現成本降低，這也是唯一的可能性所在。”洑春干表示，液氫具有規模效應，當規模擴大時，氫液化的能耗和單位成本將顯著降低。
根據測算，以不同規模的液氫工廠為例，液化規模為5噸/天及以下時，液氫工廠的綜合能耗將超過15千瓦時/千克；當液化規模達到10-30噸/天時，氫液化工廠的綜合能耗約為9-14千瓦時/千克；當液化規模擴大至150噸/天，液化能耗可降低至6千瓦時/千克。
建設提速 集中攻關核心技術裝備
“全球現有數十座液氫工廠，總液氫產能480噸/天。但國內液氫的總產能只有5.5噸/天，并且只供給航空航天領域。”北京中科富海低溫科技有限公司（以下簡稱中科富海）徐鵬博士通過列舉這樣一組數據，表明我國液氫發展整體尚處于起步階段。
伴隨著2021年11月我國三項液氫國家標準——GB/T40045-2021《氫能汽車用燃料 液氫》、GB/T40060-2021《液氫貯存和運輸技術要求》、GB/T40061-2021《液氫生產系統技術規范》的正式實施，氫能標準體系逐漸完善，液氫民用有標可依，標準也為指導液氫生產、貯存和運輸，加強氫燃料質量管理，促進氫能產業高質量發展提供重要支撐。
徐鵬介紹，液氫的生產和儲運，涉及多項核心部件和關鍵技術，氫的液化設備主要有透平膨脹機、低漏率換熱器、壓縮機、低溫閥門、正仲氫轉化器等核心部件；而液氫的儲運包括液氫泵、液氫儲罐、液氫槽車等設備。
值得關注的是，近年來，我國部分氫能企業持續加大液氫全產業鏈研發，集中力量攻關核心技術裝備，從液化膨脹、液氫儲運，到液氫加注和車載儲氫，完成了相應的科研實驗。以中科富海為例，公司已完成多套具有自主知識產權的低溫制冷設備，并形成一套成熟的低溫制冷工藝包，低溫產品包括氫液化裝置、氦液化裝置、氦制冷機、液氦杜瓦等其他配套產品。
此外，國內液氫研發和項目陸續落地，建設進度已經提速。久泰集團萬噸級液氫項目于2022年獲得環評批復，全國首個綠氫液化項目——內蒙古風光制氫一體化項目于今年3月簽約，齊魯氫能一體化項目今年5月已完成70%，中石油烏海液氫項目計劃年底投產。通過應用實踐推進液氫相關標準和規范的建立，與液氫產業化的推動形成互助，國內眾多企業和科研院所正在逐步掌握液氫裝備的核心技術，并逐步實現產業化。
挑戰仍存 標準測試環節待完善
作為低溫液氫儲運的重要裝備，車載液氫氣瓶主要包含深冷低壓液氫瓶和深冷高壓液氫瓶。“讓我感到遺憾和失落的是，目前國內車載供氫裝備基本為高壓儲氫氣瓶，低溫液氫瓶還未完全使用。”中國特種設備檢測院主任朱鳴坦言，國外已經開發多代車載液氫氣瓶，而國內北京天海、國富氫能、富瑞特裝等公司還處在研制重卡用液氫氣瓶工程樣機階段，深冷+高壓超臨界儲氫容器相關研究起步較晚。
“不只是應用領域，在各項標準上也需要更進一步完善。”朱鳴進一步解釋道，比如在《車載液氫氣瓶》標準中，需規定液氫氣瓶的基本參數、材料、設計、制造、試驗、檢驗、儲存與運輸等內容；在《液氫容器性能試驗方法》標準中，需要對液氫容器性能的環境、設備、試驗順序、試驗項目、數據處理、試驗記錄和試驗報告等確認基本要求。
“安全測試也是一個短板。”朱鳴表示，車載液氫瓶發展還面臨一個比較大的瓶頸是缺少測試基地，車載液氫氣瓶的本質安全測試包括振動疲勞、真空失效、過載、火燒、撞擊等；液氫氣瓶絕熱方式不同于常規低溫絕熱氣瓶，高性能絕熱對于液氫氣瓶至關重要；要高度重視車載液氫氣瓶的供氫系統設計，綜合考慮其功能、效果以及安全。
南京工業大學化工過程安全國際交流中心張彬教授同時提醒，液態氫的沸點非常低，約為-253攝氏度。氫氣燃燒速度約是汽油的8.8倍、甲烷的7.3倍，液氫燃燒速度約是汽油的2倍、甲烷的2.7倍。液氫爆炸范圍寬、易引燃，在應用過程中可能存在的風險包括液氫泄漏、延遲點火和爆炸，低溫還可能對其他基礎設備造成損害。
“下一步，協會要推動車載液氫瓶的標準編制工作，以及固定式液氫貯罐、液氫罐箱的產業化工作，聚焦制氫加氫一體站問題、氫能項目設計單位評估、建立氫能及燃料電池系列團體標準體系，加快推進氫能產業可持續發展。”洑春干表示。
(責任編輯：子蕊)
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