科学家观察到三种新粒子 更好地理解夸克如何“成群结队”形成复合粒子
2022-07-08 17:18:43
我国液氢产业正在各方力量加持下，加强经济性、技术性及国产化突破，为推动氢能产业大规模发展奠定基础。
近日，航天科技集团六院101所牵头申报的“国家能源液氢技术重点实验室”成功入选国家能源局“十四五”第一批“赛马争先”创新平台名单。“双碳”目标背景下，我国氢能发展迎来机遇期，液氢作为实现氢能高效规模应用的关键技术开始受到重视。
此前，受技术水平和成本约束，我国液氢较多用于航天领域。业内人士认为，随着氢能及燃料电池产业化步伐加快，氢能的大规模需求时代或将到来。我国液氢产业正在各方力量加持下，加强经济性、技术性及国产化突破，为推动氢能产业大规模发展奠定基础。
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规模化更具经济性
与气态氢相比，液氢具有高效可控、不易污染、品质稳定等特点，有望成为氢能实现规模化应用的重要推动力，但由于氢液化工厂投资大、耗电多，一直以来，液氢普遍被认为不具备经济性。
江苏国富氢能技术装备股份有限公司战略总监魏蔚指出，液氢具有规模效应，当规模扩大时，氢液化的能耗和单位成本将显著降低。液氢达到足够的规模后将更具经济性，而在规模偏小且没有持续用氢需求情况下，应以高压氢储运等其它技术路径过渡。
“事实上，氢液化工厂的成本由大规模固定资产投资和耗电耗能的液化成本两部分组成，随着规模的扩大，氢液化工厂的运营成本和投资成本会大幅降低。”魏蔚表示，以不同规模的液氢工厂为例，液化规模为5吨/天及以下时，液氢工厂的综合能耗将超过15千瓦时/千克；当液化规模达到10-30吨/天时，氢液化工厂的综合能耗约为9-14千瓦时/千克；当液化规模扩大至150吨/天，液化能耗可降低至6千瓦时/千克。
随着氢液化工厂规模的扩大，不仅耗电成本在逐步降低，固定投资成本也开始走低。当液氢工厂的产能规模由5吨/天扩大至50吨/天时，氢液化的总成本可降低50%。未来，产能达到50-150吨/天时，成本可进一步降至此前的40%。
中科富海低温科技有限公司氢能业务中心总经理宁永强表示，日本、美国等国家的经验已经证明，液氢的运输成本仅为高压氢气的1/8-1/10，因此液氢在氢能规模化储运方面具有明显优势，是降低氢储运成本的重要方式。
核心技术装备逐步国产化
值得关注的是，近年来，我国部分氢能企业持续加大液氢全产业链研发，从液化膨胀、液氢储运，到液氢加注和车载储氢，已完成了相应的科研实验，在全产业链装备上实现了百分百国产化。记者在2023世界氢能技术大会上也了解到，部分企业已开始探索车载液氢技术突破与应用落地。
未势能源科技有限公司副总裁解超朋介绍，公司正以系列化重载交通工具液氢系统及核心零部件为产品核心，通过合作建设液氢工厂和液氢加氢站，推动液氢重卡和液氢船舶等氢能重载交通工具的推广和应用。
宁永强指出，目前，我国在液氢技术层面基本都有了国产替代方案，未来行业应通过技术迭代和升级提升氢液化的规模和效率，以尽快实现液氢道路运输与民用领域应用。以中科富海为例，近日，中科富海研发、制造并出口欧洲的首套具有自主知识产权的1.5吨/天氢液化装备已在国外用户现场调试成功，标志着我国已掌握氢液化核心技术，打破了以往液氢装备被国外垄断的局面。
不过总体来看，我国液氢技术距离欧洲、美国、日本等国家和地区仍有较大差距。以美国为例，美国基于氢膨胀制冷的液氢出厂价仅为十几元人民币，10年前就已达到10万吨/年的产能量级，而现阶段我国每年液氢产能仅有百吨的量级。
从主要的液化循环装置来看，目前氢液化主要采用氦膨胀制冷循环和氢膨胀制冷循环。由于氢膨胀制冷循环的单位能耗更低，大规模氢液化装置都采用氢膨胀循环制冷工艺。但放眼全球，掌握氢膨胀循环液化技术的仅有美国空气产品公司、德国林德集团和法国液化空气集团，我国在氢膨胀制冷循环研发方面仅有航天六院101所、中科富海和国富氢能取得了部分技术成果。
“氦气是战略物资，价格昂贵，而且我国是贫氦国，加快氢膨胀制冷循环工艺的设计研究，以及氢气透平膨胀机和正仲氢转化器等相关关键设备的国产化，将是未来需要攻克的难点。”魏蔚直言，面对技术全球化和成本竞争，我国需要选择更为艰难的技术攻关道路，而非仅仅停留在现有的成果之上。
打造特色技术路径
近两年，我国已有多个氢液化项目开工建设。2022年2月，齐鲁氢能（山东）发展有限公司氢能一体化及储氢装备制造项目举行开工仪式，项目总投资约5.4亿元，将建设一期10吨/天和二期30吨/天液氢产能规模。今年3月，内蒙古举行“风光制氢一体化项目”三方签约仪式，该项目为全国首家绿氢液化项目，规划一期日产液氢10吨、二期日产液氢30吨，制氢液化投资约9亿元。
“结合我国能源资源禀赋，构建具有我国特色的绿氢液化储运方式尤为关键。”魏蔚指出，我国能源资源“西富东贫、北多南少”，而需求则是“东富西贫、南多北少”。这一逆向分布催生了大规模储运需求，因此，我国氢能的运输与电力、天然气的转运路径相似。2023年4月，我国首条“西氢东送”输氢管道示范工程被纳入《石油天然气“全国一张网”建设实施方案》，今年是“西氢东送”元年，未来新的能源转运大幕已经拉开，当氢储运达到一定规模时，将会进一步推动液氢市场应用。
此外，液氢产业的发展也离不开企业的系统推进、技术优化。“液氢发展需要企业率先进行项目示范，企业申报项目提出需求，国家才能推动相关政策的制定。”一位不愿具名的液氢领域专家对记者表示，充分利用系统工程思维是液氢民用化、商业化应用的核心。“核心技术的积累不可能一蹴而就，需要从基础研究、材料、工艺等环节推动系统性工程进步，以及整个系统的集成优化。”