“近年來，氫能技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善，應(yīng)用場景日益豐富，氫能市場應(yīng)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(fā)展峰會暨2023中國氫能百人會年度論壇上，中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會副理事長洑春干指出，但同時我國氫能整體發(fā)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(fā)展低溫液氫儲運技術(shù)。
長期以來，我國低溫液氫起步較晚，技術(shù)門檻高，對容器絕熱要求嚴(yán)格，部分關(guān)鍵裝備處于“卡脖子”狀態(tài)；工程實例較少，液氫制取、應(yīng)用集中在航天火箭發(fā)射領(lǐng)域，民用規(guī)模較�。粴湟夯S投資大、能耗高，現(xiàn)階段市場需求小，規(guī)�；瘧�(yīng)用不足，產(chǎn)能上升緩慢。然而，在國家大力發(fā)展氫能的風(fēng)口下，國內(nèi)液氫產(chǎn)業(yè)正迎來發(fā)展拐點。
擴(kuò)大規(guī)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(zhì)穩(wěn)定等特點，在儲運方面具有效率高、成本低的優(yōu)勢，在應(yīng)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(yōu)勢。”中山先進(jìn)低溫技術(shù)研究院研究員李岸然介紹。
國際能源署數(shù)據(jù)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(tài)運輸配送成本將上升5倍以上，接近每千克2美元。不難發(fā)現(xiàn)，與氣態(tài)氫相比，液氫在儲運成本上具有絕對話語權(quán)，并有望成為氫能實現(xiàn)規(guī)�；瘧�(yīng)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(rèn)為不具備經(jīng)濟(jì)性。
事實未必如此。“我國液氫生產(chǎn)、儲運、加注及使用，可以借鑒我國液化天然氣發(fā)展模式。若想在全球氫貿(mào)易中占據(jù)一席之地，氫氣液化可通過世界范圍內(nèi)的探索和提升平均設(shè)施規(guī)模，來實現(xiàn)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(guī)模效應(yīng)，當(dāng)規(guī)模擴(kuò)大時，氫液化的能耗和單位成本將顯著降低。
根據(jù)測算，以不同規(guī)模的液氫工廠為例，液化規(guī)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(dāng)液化規(guī)模達(dá)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(dāng)液化規(guī)模擴(kuò)大至150噸/天，液化能耗可降低至6千瓦時/千克。
建設(shè)提速核心技術(shù)裝備集中攻關(guān)
“全球現(xiàn)有數(shù)十座液氫工廠，總液氫產(chǎn)能480噸/天。但國內(nèi)液氫的總產(chǎn)能只有5.5噸/天，并且只供給航空航天領(lǐng)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(shù)據(jù)，表明我國液氫發(fā)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(biāo)準(zhǔn)———GB/T40045-2021《氫能汽車用燃料液氫》、GB/T40060-2021《液氫貯存和運輸技術(shù)要求》、GB/T40061-2021《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的正式實施，氫能標(biāo)準(zhǔn)體系逐漸完善，液氫民用有標(biāo)可依，標(biāo)準(zhǔn)也為指導(dǎo)液氫生產(chǎn)、貯存和運輸，加強(qiáng)氫燃料質(zhì)量管理，促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供重要支撐。
徐鵬介紹，液氫的生產(chǎn)和儲運，涉及多項核心部件和關(guān)鍵技術(shù)，氫的液化設(shè)備主要有透平膨脹機(jī)、低漏率換熱器、壓縮機(jī)、低溫閥門、正仲氫轉(zhuǎn)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(shè)備。
值得關(guān)注的是，近年來，我國部分氫能企業(yè)持續(xù)加大液氫全產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)，集中力量攻關(guān)核心技術(shù)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(yīng)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(chǎn)權(quán)的低溫制冷設(shè)備，并形成一套成熟的低溫制冷工藝包，低溫產(chǎn)品包括氫液化裝置、氦液化裝置、氦制冷機(jī)、液氦杜瓦等其他配套產(chǎn)品。
此外，國內(nèi)液氫研發(fā)和項目陸續(xù)落地，建設(shè)進(jìn)度已經(jīng)提速。久泰集團(tuán)萬噸級液氫項目于2022年獲得環(huán)評批復(fù)，全國首個綠氫液化項目———內(nèi)蒙古風(fēng)光制氫一體化項目于今年3月簽約，齊魯氫能一體化項目于今年5月已完成70%，中石油烏海液氫項目計劃年底投產(chǎn)。通過應(yīng)用實踐推進(jìn)液氫相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的建立，與液氫產(chǎn)業(yè)化的推動形成互助，國內(nèi)眾多企業(yè)和科研院所正在逐步掌握液氫裝備的核心技術(shù)，并逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
挑戰(zhàn)仍存標(biāo)準(zhǔn)測試亟待完善
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(nèi)車載供氫裝備基本為高壓儲氫氣瓶，低溫液氫還未完全使用。”中國特種設(shè)備檢測院主任朱鳴坦言，國外已經(jīng)開發(fā)多代車載液氫氣瓶，而國內(nèi)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(jī)階段，深冷 高壓超臨界儲氫容器相關(guān)研究起步較晚。
“不只是應(yīng)用領(lǐng)域，在各項標(biāo)準(zhǔn)上也需要更進(jìn)一步完善。”朱鳴進(jìn)一步解釋道，比如在《車載液氫氣瓶》標(biāo)準(zhǔn)中，需規(guī)定液氫氣瓶的基本參數(shù)、材料、設(shè)計、制造、試驗、檢驗、儲存與運輸?shù)葍?nèi)容；在《液氫容器性能試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)中，需要對液氫容器性能的環(huán)境、設(shè)備、試驗順序、試驗項目、數(shù)據(jù)處理、試驗記錄和試驗報告等確認(rèn)基本要求。
“安全測試也是一個短板。”朱鳴表示，車載液氫瓶發(fā)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(zhì)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(guī)低溫絕熱氣瓶，高性能絕熱對于液氫氣瓶至關(guān)重要；要高度重視車載液氫氣瓶的供氫系統(tǒng)設(shè)計，綜合考慮其功能、效果以及安全。
南京工業(yè)大學(xué)化工過程安全國際交流中心張彬教授同時提醒，液態(tài)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。爆炸范圍寬、易引燃。液氫在應(yīng)用過程中可能存在的風(fēng)險類型包括液氫泄漏、延遲點火和爆炸，低溫還可能對其他基礎(chǔ)設(shè)備造成損害。
“下一步，協(xié)會要推動車載液氫瓶的標(biāo)準(zhǔn)編制工作，以及固定式液氫貯罐、液氫罐箱的產(chǎn)業(yè)化工作，聚焦制氫加氫一體站問題、氫能項目設(shè)計單位評估、建立氫能及燃料電池系列團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系，加快推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。”洑春干表示。
