液氫加快落地 助力氫能跨越“卡脖子”地帶

“用氫地區(qū)不產(chǎn)氫”，“產(chǎn)氫地區(qū)沒裝備”……氫氣儲運(yùn)技術(shù)及裝備發(fā)展滯后、儲運(yùn)成本居高不下……在全國各地爭相發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的另一面，氫氣儲運(yùn)正成為當(dāng)下我國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”地帶。

業(yè)內(nèi)通常認(rèn)為：將氫氣液化，以提高儲運(yùn)密度，是尚未具備大規(guī)模管道輸氫技術(shù)背景下，最直接有效的輸送方法。

（來源：微信公眾號“氫智會” ID：HydrogenAiClub 作者：韓喻）

緩解氫能供需錯配

我國是產(chǎn)氫大國，豐富的工業(yè)副產(chǎn)氫可以充分保證氫燃料電池產(chǎn)業(yè)所需的氫源。但氫氣來源與煤炭工業(yè)緊密相連，主要集中在北方內(nèi)陸地區(qū)，而東部沿海地區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展超前，氫能需求量巨大。我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在嚴(yán)重的氫能供需錯配問題。

常見的氫氣輸送主要有四種方式：一是高壓氣態(tài)運(yùn)輸；二是管道輸送；三是低溫液氫輸送；四是固體或液體儲氫運(yùn)輸。

其中，高壓氣態(tài)儲運(yùn)是目前最常見的氫氣儲運(yùn)方式。相較于高壓儲運(yùn)，液氫儲運(yùn)具有運(yùn)輸成本低、氫純度高、計(jì)量方便等優(yōu)勢，更適合大規(guī)模部署和輸運(yùn)。

氣態(tài)氫需要降溫到-253℃而形成液態(tài)，密度70.8千克/立方，一噸液氫可汽化成1萬多立方氫氣。且在-253℃低溫下，除了氦、氖稀有氣體之外的所有氣體雜質(zhì)都會凝固分離，液氫汽化可以獲得6N（即99.9999%）及以上的超純氫。

成本方面，高壓氣態(tài)儲氫運(yùn)輸成本高昂。據(jù)了解，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定長管拖車氣瓶公稱工作壓力為10-30MPa，運(yùn)輸氫氣的氣瓶多為20MPa。在20MPa高壓氣態(tài)下，1KG氫氣運(yùn)輸成本將近10元/百公里。當(dāng)副產(chǎn)氫成本在10-15元/KG的情況下，要達(dá)到站售氫氣成本低于35元/kg，高壓氣態(tài)氫僅適用于200公里以內(nèi)的短途運(yùn)輸。運(yùn)輸距離超過200千米時，液氫的運(yùn)輸和能耗費(fèi)用之和將低于高壓氣氫。

數(shù)據(jù)顯示，液氫運(yùn)輸成本僅為高壓氫氣的1/5-1/8。緩解氫能供需錯配，未來長途運(yùn)輸將依靠低溫液氫的發(fā)展。

液氫掀起“民用潮”

此前，我國液氫主要用于航空航天等領(lǐng)域，民用液氫方面幾乎是空白，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。

據(jù)了解，全球目前已經(jīng)有數(shù)十座液氫工廠，總液氫產(chǎn)能480噸/天。全球近500座加氫站中液氫儲氫型加氫站占比三分之一，北美占了全球液氫產(chǎn)能總量的85%以上。

美國本土已有15座以上液氫工廠，液氫產(chǎn)能達(dá)326噸/天，居全球首位，加拿大還有80噸/天的液氫產(chǎn)能也為美國所用；歐洲4座液氫工廠液氫產(chǎn)能為24噸/天。亞洲有16座液氫工廠，總產(chǎn)能38.3噸/天，日本占了三分之二。

美國液氫工廠

回看我國，以前的液氫發(fā)展工廠僅主要服務(wù)于航天發(fā)射，陜西興平、海南文昌、北京101所、西昌基地等總產(chǎn)能僅有4噸/天，數(shù)量和產(chǎn)量落后于歐美國家。

民用液氫的研發(fā)和使用亟待推進(jìn)，科技部在2020年“可再生能源與氫能技術(shù)”重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)指南中提出，研制液化能力≥5d/t且氫氣液化能耗≤13kWh/kgLH2的單套裝備，對標(biāo)國外主流大型氫液化裝置性能。

這么做的目的就是盡快縮短我國與發(fā)達(dá)國家的差距，力求液氫早日實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

在此方面，浙江嘉興是國內(nèi)最熱衷于液氫項(xiàng)目的地區(qū)之一，嘉化能源、美國AP公司、德國林德公司已分別在嘉興投資建設(shè)液氫項(xiàng)目，在解決長三角地區(qū)的氫源問題方面貢獻(xiàn)頗多。

2020年4月，鴻達(dá)興業(yè)發(fā)布公告稱，氫液化工廠項(xiàng)目已經(jīng)在內(nèi)蒙古完成項(xiàng)目建設(shè)和安裝調(diào)試等工作，現(xiàn)已建成投產(chǎn)。這填補(bǔ)了我國在民用液氫方面的空白，推動了我國液氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

八個月之后，這條生產(chǎn)線的液氫，從烏海順利運(yùn)抵廣州，跨越2500多公里，完成了國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)的民用液氫超長距離運(yùn)輸。

在鴻達(dá)興業(yè)液氫工廠投建的同時，由岳陽市工信局牽頭引進(jìn)，中石化巴陵石油化工有限公司和湖南核電有限公司共同投資11億元，建設(shè)國內(nèi)首座液氫工廠，產(chǎn)能60T/d。如果建成，將成為我國產(chǎn)量最大的液氫工廠。

2021年2月，重塑集團(tuán)、佛燃能源、國富氫能、泰極動力四大企業(yè)簽署合作協(xié)議，合作推進(jìn)“液氫儲氫加氫站項(xiàng)目”，該項(xiàng)目獲得中國氫能產(chǎn)業(yè)先發(fā)城市佛山市政府的高度重視與支持，被認(rèn)為能進(jìn)一步夯實(shí)佛山氫能產(chǎn)業(yè)的先發(fā)優(yōu)勢，助力佛山“國家級氫能產(chǎn)業(yè)示范區(qū)”建設(shè)。

根據(jù)協(xié)議，四方將發(fā)揮各自在液氫制-儲-運(yùn)-加-用方面的優(yōu)勢，推動建設(shè)三座液氫儲氫型加注站，立足佛山，面向廣東及全國，為大功率、長續(xù)駛里程的燃料電池汽車，提供大流量快速加氫服務(wù)。

除此之外，浙江海鹽、河北定州、河南洛陽等地的企業(yè)也都在積極進(jìn)行液氫民用化項(xiàng)目建設(shè)與探索，我國液氫正在掀起“民用”熱潮。

我國液氫項(xiàng)目

亟需加碼的政策與技術(shù)

任何產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都離不開頂層政策的支持，液氫也一樣。政策法規(guī)不完善、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺位將會影響液氫的健康有序發(fā)展。

從2017年起，全國氫能標(biāo)委會便組織國內(nèi)液氫生產(chǎn)運(yùn)營、裝備研究、制造企業(yè)、高等院校等，編寫制定了《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》、《液氫貯存和運(yùn)輸安全技術(shù)要求》、《氫能汽車用燃料液氫》三項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)。2019年10月，三項(xiàng)液氫國家標(biāo)準(zhǔn)審查通過，但目前尚未正式發(fā)布。

其他與液氫相關(guān)的政策也寥寥無幾。

技術(shù)方面，由于我國在液氫發(fā)展方面起步慢，液氫的加注、裝備的性能、大規(guī)模工程化降本等和國外仍有一定差距，核心零部件、閥門、控制元器件、液氫泵等仍未擁有核心技術(shù)。

加之，美國一直對中國進(jìn)行技術(shù)禁運(yùn)，禁運(yùn)與大規(guī)模液氫生產(chǎn)和儲運(yùn)相關(guān)的系統(tǒng)裝備和組件、測試檢測與生產(chǎn)裝備、材料、工藝技術(shù)等，也限制其盟國向中國出售設(shè)備和技術(shù)。

因此，國內(nèi)液氫產(chǎn)業(yè)想要實(shí)現(xiàn)發(fā)展，在相關(guān)設(shè)備、零部件的國產(chǎn)化方面需大力推進(jìn)研發(fā)進(jìn)程，打破國際壁壘，走向全球市場。

值得一提的是，國內(nèi)企業(yè)早已開始行動。重塑集團(tuán)、佛燃能源等合作的“液氫儲氫加氫站項(xiàng)目”也或開展自主液氫與深冷高壓技術(shù)和裝備的開發(fā)，加快液氫技術(shù)產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐，推動中國高密度高效率的液氫儲運(yùn)加注技術(shù)進(jìn)步。

我國液氫項(xiàng)目加速落地，掌握核心關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)至關(guān)重要，液氫的發(fā)展還將經(jīng)歷一個長期復(fù)雜的推廣過程，企業(yè)的努力與國家的政策支持均不可或缺。

中國實(shí)現(xiàn)碳中和碳達(dá)峰，氫能源將會發(fā)揮重要作用，液氫之路依舊任重道遠(yuǎn)。