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作者:謝秀娟 來源: 發布時間:2022-5-12 20:12:11
國內液氫技術裝備與產業應用

   氫能發展已經上升為國家戰略,氫能是唯一可同時用于交通、儲能、發電、分布式冷熱電聯供和工業生產制造等多領域的綠色能源,將對實現我國碳中和大戰略起到重要作用。

   在氫能應用中,液氫儲運運量更大、純度高、充裝更快、占地更小,成為面對未來更大加氫需求下的更優選擇。據預計,2025年整個液氫的占比只有5%,但到2060年液氫的占比有可能達到40%。也就是說,隨著氫的需求逐漸增大,液氫的技術路線會起到重要作用。

 

液氫更經濟實用

 

   從儲能的角度來看,液氫可以與綠氫相結合,支持氫能車輛長距離運輸,這樣能把綠氫的清潔能源屬性更好地發揮出來。

   液氫要想應用于用戶端的整個鏈條中,首先是要實現氫氣的液化。全世界氫氣液化的分布主要在北美,總產能達到400噸/日;歐洲的總產能是20噸/日;日本相對來說氫能發展快速,總產能可達到30噸/日;而中國目前主要還是在航天領域,單套產能是1.5噸/日,單套產能5噸/日的設備還在研制中。

   氫能大規模應用時,儲氫密度是關鍵性經濟指標之一。液氫儲氫密度高、工作壓力低、安全性好。

   在儲運方面,液氫儲運經濟性更好,同時液氫還有氫氣純度高、增加氫燃料電池壽命及電量、液態儲氫量大、加氫站占地面積小等優點。

   在液氫儲運方面,目前國際上液氫球罐已達到3500 立方米以上,主要用于液氫工廠和航天發射場;液氫槽車達到360立方米,廣泛應用于液氫儲運。

   2019年12月11日,全球首艘液氫運輸船在日本下水,該船全長116米,寬19米,排水量約8000噸,使用1250立方米的真空隔熱雙殼結構液化氫儲罐。川崎重工曾表示,液氫運輸船力爭2030年前后實現商用化。

   2020年,日本川崎重工宣布完成10000 立方米存儲容量(約710噸重)的球形液化氫儲罐的基本設計,包括在神戶機場上建設了2500立方米的液氫儲罐。

   我國已開發300立方米移動式和固定式液氫儲罐,并成功應用于航天發射場,而大型液氫球罐和民用液氫槽車也已開始研制。

   在氫能加注方面,目前全球400多座加氫站中有1/3以上為液氫加氫站,以美國居多,其次是日本,都具備液氫儲存氣態70MPa加注能力。

   國內已具備35MPa/70MPa氣氫加氫站自主研發和建造能力,雖然液氫加氫站建設還處于起步階段,但我國氫能應用規模市場前景廣闊。

 

加快關鍵核心技術突破

 

   中國氫氣液化發展情況受制于核心技術。由于技術門檻很高,目前國內真正在使用的氫氣液化裝置只有林德和法液空。由于國外企業全面掌握了關鍵技術,對國內企業來說氫氣液化長時間處于技術封鎖的狀態。

   基于現有的應用案例,我們可以看到,在更大規模的液氫存儲方面,采用球罐的方式是未來必然的發展趨勢。雖然我國在液氫存儲方面發布了團體標準,但是針對球罐以及液氫罐車的標準仍然缺失,希望隨著液氫大規模應用的鋪開,相應團體標準、國家標準會得到建立。

   很顯然,無論是氫氣液化,還是液氫儲運,我國都相對滯后。不過可喜的是,國內已經開始研制大型液氫球罐和民用液氫槽車;加上國家科技部已經連續三年發布液氫相關的重點研發計劃項目,各地政府和企業也積極結合當地資源推進液氫項目產業落地,預計到2035年,國內將出現高壓氣氫儲運、液氫儲運和管道儲運等多種氫氣儲運形式并存的局面。

   安全是氫能產業繞不過去的話題。國際上已實現液氫風險定量分析評估,建立了較為全面的技術規范和標準體系;國內已發布航天發射場用液氫、液氫包裝貯存運輸要求等三項規范,但亟需建立和逐步完善民用液氫標準體系。

   目前,我國《氫能汽車用燃料液氫》《液氫生產系統技術規范》和《液氫貯存和運輸技術要求》三項標準已報批,同時正積極準備《液氫國際標準》提案。

   此外,相關單位組織完成了《固定式真空絕熱液氫壓力容器與項目技術要求》征集意見稿,規定了固定式真空絕熱液氫壓力容器的材料、設計、制造、檢驗等方面的基本安全技術要求。

   2021年3月26日,住房和城鄉建設部發布了關于《加氫站技術規范》GB50516-2010(2021年版)局部修訂的公告,自2021年5月起實施,增加了液氫罐車和液氫罐式集裝箱運輸、液氫管路和液氫存儲等技術規范。

 

推動液氫技術轉化應用

 

   中科院理化技術研究所是國內唯一一個綜合性低溫科學與技術研究機構,并擁有航天低溫推進劑國家重點實驗室,于1956年率先在國內實現氫液化,在此基礎上實現了更低溫區的氦液化,并從此在低溫領域進行長期深耕。

   經過多年深耕,理化所依次突破了核心技術、關鍵裝備、工程應用和產業轉換,經過兩代院士、四代科學家60年的堅守,目前已經實現了系列化的低溫裝備的國產化和商業化,也得到了國內同行的肯定;特別是在知識產權方面已形成自己核心專利池;還積極參與了國家液氫標準的修訂,為液氫產業化應用打下了堅實的基礎。

   當前,國家對于液氫這條技術路線正在著力布局。在2020年“1.8專項”、廣東省新能源液氫項目以及2021年有關的氫能專項中,都開始進行液氫技術路線的布局。理化所正致力于打通全國產業化液氫制取裝備的全技術鏈條,實現5噸/日液氫工廠建設,打造1000公斤/日液氫加氫站。

   為了推進液氫應用轉化,理化所推動成立了中科富海公司,目的是打造世界上第三個國際化低溫制冷系統研發制造基地、低溫工程承包商及工業氣體提供商。

   目前,中科富海以北京為研發總部,正在沿著江浙一帶的氣體公司以及中山的制造基地進行全國布局,當前公司估值15億元,2021年銷售額超3億元,并完成了A輪融資。

   通過從上游到中游液氫的制取、儲運再到下游,我們希望在未來3~5年實現液氫產業鏈示范;在未來5~10年逐漸壯大成熟,實現綠氫一系列的應用!

(作者系中國科學院理化技術研究所研究員,鄭金武根據2021高工氫電年會上的報告整理)

 

《科學新聞》 (科學新聞2022年4月刊 封面)
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