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10月26日，“2021中日韓氫能產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨氫能產(chǎn)業(yè)展覽會(huì)”在山東濰坊以線上直播的形式成功舉辦。北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所（航天101所）張振揚(yáng)博士圍繞“液氫的儲(chǔ)運(yùn)及應(yīng)用”做了主題演講，他從液氫的儲(chǔ)存、液氫的應(yīng)用兩個(gè)方面進(jìn)行了介紹。
張振揚(yáng)博士
他表示，液氫和目前常用的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫相比，密度更高，儲(chǔ)運(yùn)高效，加注成本低，更適合大規(guī)模應(yīng)用。如果只計(jì)算生產(chǎn)過(guò)程中的電力消耗，液氫路線能耗成本則較高壓氫氣低。
張振揚(yáng)介紹，中國(guó)將力爭(zhēng)于2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。為實(shí)現(xiàn)這一承諾，大力發(fā)展新能源，減少化石能源用量，是降低碳排放，實(shí)現(xiàn)碳中和的有效途徑，氫能源可運(yùn)可儲(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要媒介。而液氫在其中將發(fā)揮重要作用。
液氫儲(chǔ)運(yùn)方面。液氫較氣態(tài)氫密度更大，更適合規(guī)模化儲(chǔ)運(yùn)，可解決氫能應(yīng)用中間環(huán)節(jié)—儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)的難題。而儲(chǔ)氫技術(shù)是研發(fā)高效、安全、低成本燃料電池汽車的關(guān)鍵。
氫氣儲(chǔ)存主要有四個(gè)方式：高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，主要應(yīng)用于儲(chǔ)氫、短距離氫轉(zhuǎn)運(yùn)和燃料電池；低溫液態(tài)儲(chǔ)氫，主要應(yīng)用于航空航天燃料和燃料電池車儲(chǔ)氫；固態(tài)儲(chǔ)氫，應(yīng)用于效率較低的特殊領(lǐng)域；有機(jī)物液態(tài)儲(chǔ)氫，應(yīng)用于長(zhǎng)周期或長(zhǎng)距離輸氫轉(zhuǎn)運(yùn)、貯存。目前應(yīng)用最廣泛、最便捷、技術(shù)最成熟的還是高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫。
相比之下，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫具有成本低、技術(shù)成熟、充放氫速度快、能耗低、工作條件較寬的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是體積儲(chǔ)氫密度較低、體積容量小，應(yīng)用技術(shù)成熟，已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的車載儲(chǔ)氫方式；低溫液態(tài)儲(chǔ)氫具有體積儲(chǔ)氫密度高、液態(tài)氫純度高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是液化過(guò)程耗能大、易揮發(fā)、成本高，應(yīng)用車載整體技術(shù)難度較大；而固體儲(chǔ)氫應(yīng)用少，處于攻堅(jiān)階段。有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)難度高，未來(lái)可望成為重點(diǎn)儲(chǔ)氫技術(shù)之一。
高壓儲(chǔ)氫氣瓶方面，國(guó)內(nèi)外三型瓶應(yīng)用都比較廣泛，而且技術(shù)比價(jià)成熟，四型瓶目前國(guó)外技術(shù)比較成熟，已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)還處于研發(fā)階段。四型瓶較三型瓶自重更小，系統(tǒng)儲(chǔ)氫密度更大，成本更低，但這種復(fù)合塑料高壓儲(chǔ)氫容器的制造難度較大。綜合來(lái)看，高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、儲(chǔ)重比低、長(zhǎng)距離運(yùn)輸成本高。
低溫液體儲(chǔ)氫方面，由于蒸發(fā)損失量與容器表面積和容積的比值（S/V）成正比，S/V值越小，液氫蒸發(fā)損失越小，因此液氫儲(chǔ)罐的最佳形狀為球形，且球形儲(chǔ)罐的應(yīng)力分布均勻，可達(dá)到很高的機(jī)械強(qiáng)度，不過(guò)其加工存在一定難度，造價(jià)略高。
圓柱形儲(chǔ)罐與球形儲(chǔ)罐相比，S/V增大約10%；真空多層絕熱蒸發(fā)損失約0.4%/天；真空粉末絕熱，一般為1%~2%/天。目前我國(guó)還沒(méi)有球形儲(chǔ)罐，僅有圓柱形儲(chǔ)罐。
低溫液化儲(chǔ)運(yùn)有公路、船舶、鐵路運(yùn)輸和管道運(yùn)輸，其中船舶運(yùn)輸量最大，而管道運(yùn)輸適合短距離輸送。罐式集裝箱是未來(lái)液氫運(yùn)輸?shù)男履Ｊ健?/span>
對(duì)比來(lái)看，低溫液化儲(chǔ)運(yùn)儲(chǔ)重比高、安全性好、輸送效率高，適用于長(zhǎng)距離運(yùn)輸、液化能耗高。因此，我國(guó)需要加快液氫生產(chǎn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)進(jìn)程，進(jìn)一步發(fā)展氫液化技術(shù)，降低能耗，發(fā)展液氫儲(chǔ)運(yùn)裝備的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。
液態(tài)儲(chǔ)氫和高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫相比，一輛40m3液氫罐車的運(yùn)氫能力約等于10輛20MPa管束車的運(yùn)輸能力；考慮車輛購(gòu)置費(fèi)用和運(yùn)輸油耗、過(guò)路費(fèi)用等，考慮到車輛運(yùn)行安全性（交通事故率降低），液氫輸運(yùn)成本將低于高壓氫氣運(yùn)輸?shù)?/10。
液氫技術(shù)路線在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中儲(chǔ)存壓力等級(jí)較低（一般低于1MPa），相對(duì)來(lái)說(shuō)安全性更高；在地價(jià)昂貴的城市，液氫加氫站占地面積更小，投資更小；在德國(guó)、日本，液氫加氫站甚至可直接在居民區(qū)進(jìn)行建設(shè)，更適合商業(yè)推廣應(yīng)用。以200公里為范圍，短距離更適合氣態(tài)運(yùn)輸，長(zhǎng)距離更適合液態(tài)運(yùn)輸，成本更低。而且液氫成本降低空間較大，可通過(guò)提升氫液化裝備水平，采用煤制氫、化工尾氣等低成本氫氣源，采用“三棄”低價(jià)電，有降低空間，以及氮?dú)饣厥盏取?/span>
液氫應(yīng)用方面。碳中和目標(biāo)下，我國(guó)風(fēng)光發(fā)電廠大都在三北或者海上等偏遠(yuǎn)地區(qū)，電價(jià)便宜，可以將電解制氫工廠和液化工廠緊鄰發(fā)電廠建設(shè)，可極大降低制氫和液化的電耗成本。同時(shí)，在氫大量使用的城區(qū)，電價(jià)反而較貴。
因此，如果只計(jì)算生產(chǎn)過(guò)程中的電力消耗，液氫路線能耗成本較高壓氫氣低；若考慮液氫儲(chǔ)運(yùn)高效，加注成本低的特點(diǎn)，則不論運(yùn)輸距離遠(yuǎn)近，液氫技術(shù)路線都具有優(yōu)勢(shì)。
我國(guó)當(dāng)前液氫產(chǎn)能較低，氫液化設(shè)備被美國(guó)AP、普萊克斯，法國(guó)液空，德國(guó)林德等廠商壟斷。對(duì)此，我國(guó)應(yīng)當(dāng)建立以液氫為儲(chǔ)運(yùn)介質(zhì)的新能源電氫體系，可結(jié)合風(fēng)電光電的低碳、低成本和氫能的穩(wěn)定、便于儲(chǔ)運(yùn)分配的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避液氫能耗高的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)新能源的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、良性發(fā)展。
對(duì)于液氫在制取端能耗高的問(wèn)題，完全可由其在儲(chǔ)運(yùn)及應(yīng)用端的優(yōu)勢(shì)來(lái)平衡。降低液氫成本的途徑較多，如降低能耗，可以設(shè)計(jì)更合理流程，提高液化系統(tǒng)擁效率；提高壓縮機(jī)效率，據(jù)估算，壓縮機(jī)效率每提高1%，液氫能耗將下降1%~1.2%；提高透平膨脹機(jī)效率，膨脹機(jī)效率每提高1%，液氫能耗約下降0.65%~0.70%；提高換熱器換熱效果，降低冷量損失。
其次，可以采用煤制氫、棄風(fēng)、棄光等低成本電力電解制氫，化工氯堿尾氣回收，降低氣源成本；第三，可以采用棄風(fēng)、棄光等低成本電力液化；第四，可以降低氫液化工廠投資及運(yùn)營(yíng)成本，如提升氨氣壓縮機(jī)、板翅換熱器、正仲氫催化劑等的技術(shù)水平，降低生產(chǎn)成本；加快氫液化系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程；提升氫液化工廠的自動(dòng)化水平，提高氫液化工廠的安全性等。
未來(lái)，我國(guó)航空航天、儲(chǔ)運(yùn)及加氫站、供氣系統(tǒng)、工業(yè)用氫等方面得到廣泛應(yīng)用。但是，目前我國(guó)面臨著液氫儲(chǔ)運(yùn)及供應(yīng)路線技術(shù)及裝備發(fā)展程度不足的問(wèn)題，如氫液化系統(tǒng)、液氫車、高壓汽化器、液氫泵、車載液氫供應(yīng)系統(tǒng)等。
張振揚(yáng)介紹，航天101所是我國(guó)建立最早、規(guī)模最大、功能最全的航天試驗(yàn)基地，更是我國(guó)唯一的氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)研究基地和我國(guó)最大的液氫生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)及應(yīng)用技術(shù)研究單位，在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、試驗(yàn)及測(cè)控、安全與監(jiān)測(cè)、相關(guān)成果方面，已經(jīng)形成了完整的液氫應(yīng)用技術(shù)體系。
值得一提的是，由101所研發(fā)的國(guó)產(chǎn)噸級(jí)氫液化工廠于2021年9月9日開(kāi)車成功，仲氫含量97.4%；完成了變工況和自動(dòng)調(diào)節(jié)考核，設(shè)計(jì)液氫產(chǎn)量為1.7噸/天，實(shí)測(cè)滿負(fù)荷工況產(chǎn)量為2.3噸/天；系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化程度達(dá)到90%以上。
最后，張振揚(yáng)總結(jié)認(rèn)為，液氫技術(shù)適用于氫能的大規(guī)模儲(chǔ)存和運(yùn)輸；國(guó)內(nèi)的液氫技術(shù)已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，與國(guó)外相比雖有一定的差距；液氫與新能源發(fā)電結(jié)合建立電氫體系，可實(shí)現(xiàn)新能源優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)良性發(fā)展。在降低成本的同時(shí)，解決民用氫能的儲(chǔ)運(yùn)瓶頸問(wèn)題；根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，液氫的危險(xiǎn)性較高壓氫氣更低，更安全。
