緣起火箭發(fā)動(dòng)機(jī)：“航天101所”的氫能新局

　　園博園向西南十公里，豐臺(tái)云崗東王佐北路，中國航天動(dòng)力的起點(diǎn)——北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所（航天101所）便位于這里。數(shù)十年前，航天101所設(shè)計(jì)、建設(shè)了我國第一座火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，也是迄今為止我國唯一的低溫氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中心。

　　12月18日，在航天101所低溫技術(shù)研究的小樓里，劉玉濤正被眾人圍在中央，他的身后是與液氫相關(guān)的種種裝備。作為航天101所的副總工程師，劉玉濤對(duì)于液氫技術(shù)如數(shù)家珍，但是這一次他所介紹的液氫裝備并非服務(wù)于火箭，而是近年來大熱的民用氫能。

航天101所副總工程師劉玉濤

　　2018年以來，氫能在能源領(lǐng)域迅速躥紅，但是目前國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)主要力量集中在氫能裝備的產(chǎn)品研制和推廣方面，針對(duì)產(chǎn)品性能測試和質(zhì)量驗(yàn)證等方面的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足，缺乏成熟的氫能裝備性能檢測和試驗(yàn)方法、標(biāo)準(zhǔn)以及基礎(chǔ)設(shè)施。

　　而在氫能儲(chǔ)運(yùn)方面，液氫無疑是未來的重要方向，但是目前主要液氫設(shè)備供應(yīng)商美國的Air Products、Praxair，法國法液空，德國林德，俄羅斯深冷等相關(guān)裝備進(jìn)口困難，國產(chǎn)化任務(wù)迫在眉睫。

　　對(duì)于氫能裝備檢測水平低和液氫發(fā)展受制于外的難題，軍工出身的航天101所會(huì)給出怎樣的答案？

　　測試大拿

　　2018年，中國航天科技集團(tuán)有限公司（中國航天）成立了氫能工程技術(shù)研發(fā)中心，憑借航天液氫及氫相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)優(yōu)勢，向民用領(lǐng)域推廣成為發(fā)展的重要方向。而作為中國航天下屬的航天101所，其最大的優(yōu)勢便是氫能裝備試驗(yàn)檢測。

　　1958年，美國研制出世界上第一臺(tái)氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)RL-10。中國在1961年開始研究液氫，氫能裝備試驗(yàn)與檢測隨之誕生，同年我國第一個(gè)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)研究機(jī)構(gòu)——國防部第五研究院試驗(yàn)站成立，成為我國火箭動(dòng)力試驗(yàn)事業(yè)的開端，而試驗(yàn)站就是今天航天101所的前身。

　　對(duì)于氫能裝備檢測，早在兩年前的2017年，中國特種設(shè)備檢測研究院（中國特檢院）便聯(lián)合航天101所成立了氫能裝備檢測中心。“檢測中心是中國特檢院基礎(chǔ)的檢測能力和航天101所氫能裝備的檢測能力的結(jié)合，其中適應(yīng)氫能裝備的檢測有氣瓶水壓試驗(yàn)、火燒試驗(yàn)、氫循環(huán)試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)等等。”劉玉濤表示。

　　除了特種檢驗(yàn)，航天101所還具備液氫方面的工作和檢驗(yàn)?zāi)芰?，比如氫的燃燒?shí)驗(yàn)、擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)、爆炸危險(xiǎn)性，特別是液氫中固空（固態(tài)空氣）累積、危險(xiǎn)性等等。

　　“這是我們最近進(jìn)行的一次液氫傾倒試驗(yàn)，也就是將來大規(guī)模用的液氫容器或者運(yùn)輸車出現(xiàn)大量液氫泄漏是什么情況，3立方米的液氫從空中傾倒，14秒倒完，整個(gè)擴(kuò)散完畢是29秒，全部擴(kuò)散在30米界限之內(nèi)。還有模仿高壓氫管道突然斷裂的情況下液氫大規(guī)模排放的試驗(yàn)。”劉玉濤指著一張圖片介紹道。

　　目前，航天101所氫氣產(chǎn)能為1200Nm3/h，日常存儲(chǔ)量24000Nm3/h，滿足氫能裝備試驗(yàn)檢測用氣需求。同時(shí)，廠區(qū)擁有多臺(tái)高壓氫氣壓縮機(jī)、中壓氫氣壓縮機(jī)和氫氣輸送管路，經(jīng)過合理操作，可以輸出95MPa氫氣。

　　在12月18日同期舉行的北京氫能裝備試驗(yàn)檢測推介會(huì)上，記者了解到，目前航天101所已經(jīng)建成了液氫加氫站關(guān)鍵設(shè)備測試平臺(tái)、70MPa高壓氫氣瓶測試平臺(tái)以及車載液氫系統(tǒng)測試平臺(tái)。

　　對(duì)標(biāo)國家標(biāo)準(zhǔn)，航天101所已經(jīng)建成國內(nèi)第一座95MPa等級(jí)的高壓氫能裝備檢測試驗(yàn)平臺(tái)。平臺(tái)具備氫介質(zhì)下各類儲(chǔ)氫容器、閥門等部件的火燒、疲勞、泄漏和可靠性性能考核試驗(yàn)和型式試驗(yàn)?zāi)芰?其中，氫氣環(huán)境試驗(yàn)平臺(tái)的充放氣試驗(yàn)壓力最高可達(dá)90MPa，充氣最高速率大于3kg/min，是國內(nèi)首套70MPa以上儲(chǔ)氫氣瓶的快速充放氣試驗(yàn)系統(tǒng)，單位質(zhì)量儲(chǔ)氫密度超過5％，單位體積儲(chǔ)氫密度40.2kg/m3。

　　液氫爭雄

　　液氫是通過預(yù)冷和膨脹節(jié)流等工藝，把氫氣降溫到-253℃從而變成液體，密度可達(dá)普通氫氣的780倍，使得氫可以高效地儲(chǔ)存和運(yùn)輸。

　　但是，氫液化過程能耗高，液氫的制備、儲(chǔ)運(yùn)及應(yīng)用裝備技術(shù)仍需突破，安全性有待普及，液氫標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善也是液氫所面臨的現(xiàn)實(shí)問題。

　　在全國氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)高級(jí)顧問陳霖新看來，液氫主要的工程應(yīng)用前景有航天、車輛、用氫裝備供氣系統(tǒng)以及工業(yè)用氫等等。我國的氫能汽車主要以重卡、物流車、客車為主，未來可能會(huì)應(yīng)用于潛艇，所以一定要抓緊對(duì)于液氫的研究。

　　事實(shí)上，除了軍工的液氫應(yīng)用，國內(nèi)民用商業(yè)化的液氫項(xiàng)目也取得了很多進(jìn)展，而這其中都不乏航天101所的身影。

　　推介會(huì)上，航天101所王成剛所長和浙江浙能北海水力發(fā)電有限公司孫志久董事長還進(jìn)行了國內(nèi)首套自主開發(fā)的1m3/h氫液化系統(tǒng)示范項(xiàng)目簽約儀式。

　　其實(shí)早在半年前的7月8日，浙江省能源集團(tuán)有限公司便與浙江嘉化能源化工股份有限公司在嘉興港區(qū)簽約液氫工廠項(xiàng)目，共建全國首個(gè)商用液氫工廠。首套示范裝置建設(shè)規(guī)模為日產(chǎn)液氫1.5噸，產(chǎn)出液氫將用于加氫站加氫、航空航天、電子、冶金等領(lǐng)域。

　　7月17日，航天101所氫能項(xiàng)目組便赴浙江能源集團(tuán)商談氫液化工廠布局、土建及共用工程建設(shè)方案等內(nèi)容。

　　事實(shí)上，浙江液氫項(xiàng)目并非孤例。2019年9月，航天101所所長帶隊(duì)前往貴州省六盤水市對(duì)接氫能項(xiàng)目，先后與盤江煤電集團(tuán)電力投資公司和六盤水市政府進(jìn)行項(xiàng)目調(diào)研與洽商，詳細(xì)了解了六盤水市氫源現(xiàn)狀，并對(duì)液氫廠擬選廠址進(jìn)行實(shí)地踏勘。

　　除了航天101所所參與的兩個(gè)液氫項(xiàng)目，還有一個(gè)液氫項(xiàng)目同樣號(hào)稱國內(nèi)首個(gè)商業(yè)化運(yùn)營液氫廠，這個(gè)項(xiàng)目較之上述兩個(gè)項(xiàng)目都要早。

　　2018年底，北京中科富海低溫科技有限公司（中科富海）與美國的Air Products簽訂協(xié)議，將引進(jìn)代表世界最先進(jìn)技術(shù)水平的液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站成套設(shè)備，并計(jì)劃在廣東省建成中國首座商業(yè)運(yùn)營的液氫儲(chǔ)運(yùn)型加氫站。該加氫站設(shè)計(jì)加氫能力500kg/天，并可依需求擴(kuò)展至1500kg/天，具備35MPa和70MPa同時(shí)加氫的能力。

　　中科富海成立于2016年8月，是中科院理化所的科技成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化公司，研發(fā)有0.5噸~5噸/天的系列氫液化裝置。

　　資料顯示，中科富海除了廣東的液氫項(xiàng)目之外，還在與國家電投、阜陽市潁昊工程管理有限公司有所接洽。

　　與推介會(huì)同期舉行的，還有航天101所、中國特檢院、中科院理化所、北京低碳院、西安交大、浙江大學(xué)、浙能集團(tuán)等13家國內(nèi)液氫科研、應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)單位合作協(xié)議的簽署儀式，13家共同成立了國內(nèi)首個(gè)液氫協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)合體。

　　盡管國內(nèi)幾個(gè)商業(yè)化液氫項(xiàng)目還沒有落地，但是已經(jīng)有越來越多的人加入到這個(gè)行列之中。尤其是航天101所和中科富海兩家，均有實(shí)際的液氫項(xiàng)目推進(jìn)，無論誰第一個(gè)建成投運(yùn)，從0到1的過程對(duì)于中國液氫來說都是巨大的突破。（文 | 李帥）