氫液化儲運技術研發獲支持
我國液氫產業正在各方力量加持下，加強經濟性、技術性及國產化突破，為推動氫能產業大規模發展奠定基礎。
近日，航天科技集團六院101所牽頭申報的“國家能源液氫技術重點實驗室”成功入選國家能源局“十四五”第一批“賽馬爭先”創新平臺名單。“雙碳”目標背景下，我國氫能發展迎來機遇期，液氫作為實現氫能高效規模應用的關鍵技術開始受到重視。
此前，受技術水平和成本約束，我國液氫較多用于航天領域。業內人士認為，隨著氫能及燃料電池產業化步伐加快，氫能的大規模需求時代或將到來。我國液氫產業正在各方力量加持下，加強經濟性、技術性及國產化突破，為推動氫能產業大規模發展奠定基礎。
規模化更具經濟性
與氣態氫相比，液氫具有高效可控、不易污染、品質穩定等特點，有望成為氫能實現規模化應用的重要推動力，但由于氫液化工廠投資大、耗電多，一直以來，液氫普遍被認為不具備經濟性。
江蘇國富氫能技術裝備股份有限公司戰略總監魏蔚指出，液氫具有規模效應，當規模擴大時，氫液化的能耗和單位成本將顯著降低。液氫達到足夠的規模后將更具經濟性，而在規模偏小且沒有持續用氫需求情況下，應以高壓氫儲運等其它技術路徑過渡。
“事實上，氫液化工廠的成本由大規模固定資產投資和耗電耗能的液化成本兩部分組成，隨著規模的擴大，氫液化工廠的運營成本和投資成本會大幅降低。”魏蔚表示，以不同規模的液氫工廠為例，液化規模為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；當液化規模達到10-30噸/天時，氫液化工廠的綜合能耗約為9-14千瓦時/千克；當液化規模擴大至150噸/天，液化能耗可降低至6千瓦時/千克。
隨著氫液化工廠規模的擴大，不僅耗電成本在逐步降低，固定投資成本也開始走低。當液氫工廠的產能規模由5噸/天擴大至50噸/天時，氫液化的總成本可降低50%。未來，產能達到50-150噸/天時，成本可進一步降至此前的40%。
中科富海低溫科技有限公司氫能業務中心總經理寧永強表示，日本、美國等國家的經驗已經證明，液氫的運輸成本僅為高壓氫氣的1/8-1/10，因此液氫在氫能規模化儲運方面具有明顯優勢，是降低氫儲運成本的重要方式。
核心技術裝備逐步國產化
值得關注的是，近年來，我國部分氫能企業持續加大液氫全產業鏈研發，從液化膨脹、液氫儲運，到液氫加注和車載儲氫，已完成了相應的科研實驗，在全產業鏈裝備上實現了百分百國產化。記者在2023世界氫能技術大會上也了解到，部分企業已開始探索車載液氫技術突破與應用落地。
未勢能源科技有限公司副總裁解超朋介紹，公司正以系列化重載交通工具液氫系統及核心零部件為產品核心，通過合作建設液氫工廠和液氫加氫站，推動液氫重卡和液氫船舶等氫能重載交通工具的推廣和應用。
寧永強指出，目前，我國在液氫技術層面基本都有了國產替代方案，未來行業應通過技術迭代和升級提升氫液化的規模和效率，以盡快實現液氫道路運輸與民用領域應用。以中科富海為例，近日，中科富海研發、制造并出口歐洲的首套具有自主知識產權的1.5噸/天氫液化裝備已在國外用戶現場調試成功，標志著我國已掌握氫液化核心技術，打破了以往液氫裝備被國外壟斷的局面。
不過總體來看，我國液氫技術距離歐洲、美國、日本等國家和地區仍有較大差距。以美國為例，美國基于氫膨脹制冷的液氫出廠價僅為十幾元人民幣，10年前就已達到10萬噸/年的產能量級，而現階段我國每年液氫產能僅有百噸的量級。
從主要的液化循環裝置來看，目前氫液化主要采用氦膨脹制冷循環和氫膨脹制冷循環。由于氫膨脹制冷循環的單位能耗更低，大規模氫液化裝置都采用氫膨脹循環制冷工藝。但放眼全球，掌握氫膨脹循環液化技術的僅有美國空氣產品公司、德國林德集團和法國液化空氣集團，我國在氫膨脹制冷循環研發方面僅有航天六院101所、中科富海和國富氫能取得了部分技術成果。
“氦氣是戰略物資，價格昂貴，而且我國是貧氦國，加快氫膨脹制冷循環工藝的設計研究，以及氫氣透平膨脹機和正仲氫轉化器等相關關鍵設備的國產化，將是未來需要攻克的難點。”魏蔚直言，面對技術全球化和成本競爭，我國需要選擇更為艱難的技術攻關道路，而非僅僅停留在現有的成果之上。
打造特色技術路徑
近兩年，我國已有多個氫液化項目開工建設。2022年2月，齊魯氫能（山東）發展有限公司氫能一體化及儲氫裝備制造項目舉行開工儀式，項目總投資約5.4億元，將建設一期10噸/天和二期30噸/天液氫產能規模。今年3月，內蒙古舉行“風光制氫一體化項目”三方簽約儀式，該項目為全國首家綠氫液化項目，規劃一期日產液氫10噸、二期日產液氫30噸，制氫液化投資約9億元。
“結合我國能源資源稟賦，構建具有我國特色的綠氫液化儲運方式尤為關鍵。”魏蔚指出，我國能源資源“西富東貧、北多南少”，而需求則是“東富西貧、南多北少”。這一逆向分布催生了大規模儲運需求，因此，我國氫能的運輸與電力、天然氣的轉運路徑相似。2023年4月，我國首條“西氫東送”輸氫管道示范工程被納入《石油天然氣“全國一張網”建設實施方案》，今年是“西氫東送”元年，未來新的能源轉運大幕已經拉開，當氫儲運達到一定規模時，將會進一步推動液氫市場應用。
此外，液氫產業的發展也離不開企業的系統推進、技術優化。“液氫發展需要企業率先進行項目示范，企業申報項目提出需求，國家才能推動相關政策的制定。”一位不愿具名的液氫領域專家對記者表示，充分利用系統工程思維是液氫民用化、商業化應用的核心。“核心技術的積累不可能一蹴而就，需要從基礎研究、材料、工藝等環節推動系統性工程進步，以及整個系統的集成優化。”
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