雖然我國液氫生產(chǎn)與應用歷史悠久，是世界上最早使用氫燃料發(fā)動機的國家之一，但技術和裝備長期局限在航天軍工領域，民用領域相關技術和裝備缺失，液氫產(chǎn)量低。與國外先進技術相比，液氫技術和裝備水平還有顯著差距。全國氫能標準化技術委員會高級顧問、首任主任委員陳霖新指出，液氫生產(chǎn)與應用涉及的幾個行業(yè)已被美國列入商業(yè)管制清單，大規(guī)模液氫生產(chǎn)儲運相關設備、材料和工藝技術受到進口限制，液氫技術和裝備國產(chǎn)化任務迫在眉睫。
氫的儲運是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的關鍵環(huán)節(jié)
一直以來，氫的高密度儲運技術是制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一。
氫的儲運技術是發(fā)揮氫能戰(zhàn)略意義的重要支撐。氫能對促進我國能源轉型，實現(xiàn)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系都具有重大戰(zhàn)略意義，主要的實現(xiàn)路徑是通過氫與多種能源形式耦合來大幅提升可再生能源在一次能源消費中的占比。考慮到我國可再生能源資源與負荷中心的逆向分布，缺乏低成本可靠的高密度儲運技術限制了我國西部豐富的可再生能源制氫的潛力。
圖1 中國與全球當前制氫方式構成（來源：中國石化）
氫的儲運技術與終端用氫成本密切相關。數(shù)據(jù)顯示，我國氫氣產(chǎn)能達2500萬噸，是制氫大國，據(jù)統(tǒng)計，已投產(chǎn)和在建的工業(yè)副產(chǎn)項目氫供應規(guī)模可達400萬噸以上，初期示范應用成本較低廉的氫源相對容易解決，但當前技術水平下氫的中遠距離儲運大幅增加氫終端售價，不利于終端氫能應用領域的培育和發(fā)展。
圖2 中國工業(yè)副產(chǎn)氫產(chǎn)能分布（來源：光大證券）
氫的儲運技術也是健全氫安全市場監(jiān)管體系的重要一環(huán)。氫的儲運、加注等環(huán)節(jié)特種設備多，檢測認證技術及相關標準仍在完善，在氫能安全受到強監(jiān)管形勢下，獲得各界認可的高密度儲氫安全體系建立對氫能產(chǎn)業(yè)市場準入和商業(yè)化發(fā)展至關重要。
發(fā)展液氫技術和裝備具有重要意義
當前氫的儲存分為高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、化學儲氫及吸附儲氫等多種方式。
高壓氣態(tài)儲氫為當前主要儲氫方式。其中，鋼制氫瓶和壓力容器最成熟，20MPa鋼制氫瓶應用廣泛；車載高壓氫瓶中，35MPa碳纖維纏繞Ⅲ型瓶仍是國內主流，70MPa碳纖維纏繞Ⅵ型瓶仍待推向市場。
低溫液態(tài)儲氫在國內航天工程中已成熟使用，民用領域還處在起步階段?；瘜W儲氫常見于有機液體儲氫、氨等化合物儲氫，吸附儲氫以金屬氫化物儲氫為主，這些儲氫方式尚處于示范應用階段。
表1 各種儲氫方式對比
氫的運輸方式中，20MPa高壓長管拖車在國內最為常見，單車運氫約300kg，適合150公里以內短距離運輸，國外一般采用45MPa長管拖車，運氫能力提升到700kg。
1-4MPa管道運輸適合陸上遠距離氫氣輸送，目前全球分布有近5000公里氫氣管道，主要分布在美國、比利時和德國。國內目前建成約40公里，主要用于向化工和煉油設施輸送氫。管道輸氫造價昂貴，項目準入尚存在困難，不適合中短途輸送氫氣。
液氫輸運可采用槽罐車，適合500公里中遠距離的運輸?；疖嚭推囘\氫量分別可達7000kg和2800kg，但目前國內液氫民用輸運尚無先例，存在較大障礙。日本已開發(fā)液氫運輸船，最多可運氫1250Nm3，成為遠程海洋運輸?shù)挠行Х绞健?
高壓氣態(tài)儲運長距離運輸成本高，距離敏感性高，需要進一步提高儲運效率，液氫儲運體積密度是高壓氣態(tài)儲運的5倍，在中長距離氫氣儲運中經(jīng)濟性較高，是未來氫儲運的重要方向。據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，配送成本上看，500公里時，液氫配送成本僅增加約0.3USD/kg，而高壓氣態(tài)運輸配送成本將上升5倍以上，接近2USD/kg。
圖3 各種輸送方式氫配送費用（數(shù)據(jù)來源：IEA）
氫液化需消耗自身能量的25-35%，約13-15KWh/kg，這導致目前液氫的輸運成本偏高。但隨著運輸距離的增加，液氫輸運環(huán)節(jié)綜合成本將具備較強優(yōu)勢，據(jù)陳霖新的數(shù)據(jù)顯示，運輸距離達500公里時，液氫制備與運輸成本比高壓氣瓶方式降低近20%。
在加氫站環(huán)節(jié)，采用液氫技術和裝備，將有效降低占地面積和設備投資，據(jù)航天101所副總工程師劉玉濤展示的數(shù)據(jù)，同樣加氫規(guī)模的加氫站，采用液氫技術可減少設備臺套數(shù)，并減少占地面積，建設成本可比高壓氣態(tài)加氫站減少15-20%。
就國外氫能技術領先國家的經(jīng)驗看，全球加氫站中1/3采用液氫技術。美國和日本根據(jù)本國情況主推液氫儲運技術路線。在美國有約33.5%的液氫用于石油化工電子行業(yè)，18.6%用于航空航天，約10%服務于燃料電池車輛的加氫站。澳大利亞和日本的氫能供應鏈項目HESC也采用液氫運輸船遠距離輸送氫氣，成為世界范圍內分配氫能源的一種有效方式。
根據(jù)中國石油勘探開發(fā)研究院的預測，2050年液氫將占所有儲氫方式的45%。
圖4 儲氫方式構成預測
國發(fā)能研院、綠能智庫認為，在我國，氫氣終端售價事關氫能示范應用是否具備商業(yè)化運營條件，是否可以不斷擴大規(guī)模形成良性發(fā)展。對于中長距離運輸，液氫技術和裝備不可替代，有助于實現(xiàn)規(guī)?；瘹湓匆暂^低的儲運、加注成本供應氫能終端消費聚集區(qū)域。
我國液氫技術和裝備有待突破
我國當前液氫產(chǎn)能較低，氫液化設備由美國AP、普萊克斯、法國法液空、德國林德等廠商提供。國內液氫技術和裝備能力存在短板，特別是民用領域起步較晚，目前有航天101所、中科富海和國富氫能等單位在進行氫液化系統(tǒng)的研究開發(fā)。資料顯示，我國當前最大氫液化規(guī)模2噸/天，采用氦膨脹液化循環(huán)和液氮預冷技術，液化設備依賴進口，與國外技術差距明顯。
從液氫技術和裝備未來發(fā)展趨勢看，氫氣液化能耗和氫液化成本仍需大幅下降，以降低液氫儲運環(huán)節(jié)的成本。據(jù)林德數(shù)據(jù)顯示，小于5噸/天生產(chǎn)規(guī)模，氫液化能耗超過10KWh/kg，當液氫工廠規(guī)模達到50噸/天和150噸/天時，氫液化能耗可降至約7KWh/kg和6KWh/kg。氫液化工廠規(guī)模由5噸/天提高到50噸/天時，氫液化總成本可降低50%。
圖5 氫液化能耗隨氫液化規(guī)模變化圖（來源：林德）
根據(jù)美國商業(yè)管制清單，限制了我國進口10噸/天以上的氫液化技術及裝備，以及DN50以上液氫閥門、膨脹機、液氫泵等關鍵設備。國產(chǎn)民用大規(guī)模液氫技術和裝備的突破具有重大意義。
據(jù)了解，國內液氫技術和裝備正在取得一系列的進展。航天101所國內首套自主開發(fā)的1m3/h氫液化系統(tǒng)落地浙江，會繼續(xù)開發(fā)基于氫膨脹的大型氫液化系統(tǒng)，形成系列化的產(chǎn)品，在氫液化系統(tǒng)、液氫加氫站設備及工程、車載液氫供氫等領域發(fā)力，加快航天技術轉民用的進程。
液氫測試環(huán)節(jié)，航天101所建成液氫環(huán)境綜合試驗區(qū)，并建成了液氫加氫站關鍵設備測試平臺和車載液氫供氣系統(tǒng)測試平臺。
為填補液氫民用標準領域的空白，航天科技集團編制的《氫能汽車用燃料液氫》，《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術規(guī)范》，《液氫貯存和運輸安全技術技術要求》等三項液氫標準，預計2020年正式發(fā)布。
國發(fā)能研院、綠能智庫認為，液氫技術和裝備在民用領域的突破將有力促進我國氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，軍民融合、相關企業(yè)協(xié)同攻關將是取得突破的必由之路。
