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液氢产业走向民用
2023/6/12 11:56:43

储运环节是制约氢能规模化发展的重要因素。液氢具有携氢密度大、运输成本低、储氢纯度高等优势,近年来逐渐由航天航空部门走向民用领域。
“2020年以来,国家对氢能产业重视程度持续加大,相关政策、项目不断落地,企业积极入局。未来几年,国内液氢产能将达到400吨/天,已明确建设日期和已开工的项目规模大约有28吨/天,具备了液氢推广的基础。”
在日前召开的首届北京氢能产业大会暨京津冀氢能产业发展高峰论坛上,北京福田汽车副总裁秦志东指出,液氢民用化正迎来加速发展。

01从“点对点”走向“点到面”
我国有几十年的产氢制氢用氢历史,是全世界最大的产氢国和制氢国。
“这两年氢行业发展迅速,主要是受益于交通能源用氢需求猛增的激励。”北京中科富海低温科技公司氢能业务中心总经理宁永强认为,过去在石化、电子、冶金行业氢应用已经成熟,其供氢模式是“点到点”供应,比如石化工厂里建一个制氢装置、一个加氢装置,用一条管道连接,即可实现高效、大规模、低成本的输送。随着交通能源的迅猛发展,氢气要运到各个加氢站变成“点到面”的供应模式,就较为吃力。
“高压气氢运输效率较低,一辆长管拖车有效载氢量只有260公斤左右,其运输成本可能超过氢气本身的成本。”在秦志东看来,液氢是未来解决氢能大规模储存运输的有效手段。他介绍,70兆帕高压储氢罐单罐容量一般不超过5立方,而液氢压力较大,目前全球最大的液氢储罐达3800立方,挪威还在计划建设50000立方的球型储罐,其储量相当于三峡水电站年发电量的1/900,容量非常可观。1辆液氢运输车相当于15辆气氢运输车的运氢量,对道路、资源的占用大幅减少,大批量、远距离运输成本较低。
秦志东进一步指出,随着国家对氢能及燃料电池汽车的支持,以及技术的突破、车辆规模化推广、基础设施的完善,车辆总拥有成本会快速改善,预计2030年前后氢燃料重型卡车产品将迎来爆发,同时进一步推动液氢行业的发展。

02亟待建立液氢标准体系
液氢是采用低温制冷设备将常温氢气降温直至液化而得到的产品。长期以来,国内液氢主要用于航空航天和军事领域,民用领域只有零星的示范项目。受益于燃料电池汽车开展民用液氢的探索,这种情况正在慢慢改变。
航天氢能科技公司副总经理安刚认为,液氢发展道路与液化天然气发展过程类似。天然气一开始是使用高压气态储存,装备在乘用车上。随着技术的发展,液化天然气在很多重型运输车上得到大规模应用,世界天然气贸易也以液化天然气为主。发展液氢的主要作用是替代石油、天然气等化石能源,解决脱碳背景下的能源分散性供应问题。
相比天然气,液氢还多了一个应用场景——作为工业特种气体使用,液氢纯度可达99.9999%以上,可用于特殊领域,比如半导体行业的氧化、退火、外延和干蚀刻等工艺。据估算到2060年,交通能源、氢气炼钢、化工加氢年需用氢量达3亿吨。其中,氢气炼钢、化工加氢大多采用管道供应,交通能源一般以液氢储运为主,初步估算年需1.5亿吨。在管道完全分布之前,氢气炼钢、化工加氢也将部分由液氢储供。
整体来说,中前期液氢供应为主,远期管道输送为主,液氢储存备用。
液氢前景广阔,但仍面临着诸多挑战。江苏国富氢能技术装备公司联合创始人魏蔚坦言,目前液氢行业的标准多偏向于装备产品,针对于检测、安全管理的标准还处于空白状态,亟待国家层面加大液氢标准体系的建立与突破。
氢气液化核心技术也还受制于人。秦志东指出,国内液氢相关装备设备和核心部件,比如氢液化环节的氢气压缩机、低漏率低温换热器;液氢储运环节的液氢储罐、车载液氢系统等还依赖于进口,同时液氢基础设施缺失,有待产业链协同加大技术攻关和基础设施建设。

03系统安全是商业化关键
液氢何时能在国内规模化商用?当务之急是解决安全顾虑。液氢是一种极易燃烧的物质,在生产、储存、运输和使用过程中,操作不当或设备出现故障,可能引发严重的安全事故。
“2013年,法国卡尔维亚市的液氢加注站发生爆炸,造成人员伤亡;2022年,日本液氢船Suiso Frontier发生气压控制设备故障,甲板上的气体燃烧装置(GCU)排气管发生短暂燃烧;今年3月,日本搭载氢发动机的卡罗拉在测试过程中着火。”中国特种设备检测研究院高级工程师朱鸣提醒,液氢特种设备在美国、欧洲、日本等国家和地区已实现较大规模的工业应用,各项技术均已相对成熟,但是我国液氢容器、气瓶装备的数量,阀门、容器的国产化水平,以及基于这些设备所需要的检验监测手段相比国外还处于落后状态。
“系统的安全是我国液氢走向民用、走向商业化的关键。”在京天海低温设备有限公司总经理李伟看来,液氢的特种设备,既要有生产许可也要有监督检验。“国家市场监督管理总局应进一步加强标准体系建设,让地方主管部门有依据地检验产品,发放验证证件,让它变成一个商品,这是推动液氢装备走向民用领域的重要一步。液氢属于危化品,在交通运输领域应用的突破非常关键,不然仅在一个加氢站自己液化自己用非常局限。优先选择一些特定场景,小规模示范应用,逐步有序放开。”

来源:氢能圈

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