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氢气供需不平衡 液氢技术难题亟待解决
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  • 2021-11-15 14:26:26
  • 氢能观察
  •   本月月初,三项液氢国家标准:GB/T40045-2021《氢能汽车用燃料 液氢》、GB/T40060-2021《液氢贮存和运输技术要求》、GB/T40061-2021《液氢生产系统技术规范》开始实施,我国在液氢标准上存在的空白正式被填补。

      业界普遍认为,将氢气进行液化储运,是发展氢气储运技术的一个有效输送方法。我国部分地区一直面临着氢气供需不平衡的难题,液氢技术难题亟待解决。

      低温液态储氢是指将氢气冷却到-253℃,使之液化后装到低温储罐中。液氢的密度为 70.6kg/m3,质量密度和体积密度也远高于高压气态储氢,是极为理想的储氢方式。但是,氢气液化过程需要消耗大量能源。据资料显示,液化 1kg 氢需耗电 10-20kWh。此外,液氢储存容器必须使用超低温的特殊容器,储存的装料和绝热不完善均易导致氢气蒸发损失,因此液氢储存成本较高,这些因素都制约了液氢的使用。

      相较于气氢,液氢有三个优势:① 经济性:液氢密度约为气态氢的800倍。相同储氢体积下,液氢可大幅提升储氢量。液氢质量储氢密度为14%,是目前储氢密度最高的储氢方式。采取液氢技术方案可大大节省氢的储运和运营成本。② 高效性:在氢液化过程中,有害杂质被固化,再次汽化使用时,氢气纯度等级可达6-7N,可有效提高氢燃料电池的电量和寿命。③ 安全性:液氢储运工作压力1-1.3bar,相比于压缩气氢安全性较高。

      有资料显示,液氢加氢站比常规的高压储氢型加氢站更好运营,运输和储存效率比常规的高压氢高6到8倍,当达到500公斤日加氢量的时候,建站投资成本可以比目前的70兆帕降低20%。对于中长距离运输,液氢技术和装备不可替代,有助于实现规模化氢源以较低的储运、加注成本供应氢能终端消费聚集区域。

      我国液氢技术和装备长期局限在航天军工领域,虽然航天领域中液氢技术已经比较纯熟,但是民用领域相关技术和装备缺失,液氢产量低。与国外先进技术相比,液氢技术和装备水平还有显著差距。

      中国航天科技集团六院101所(以下简称“航天六院101所”)是国内最早进行航天氢能利用技术研究的机构,从上世纪60年代起从事液氢生产和应用技术研究,并将液氢规模化应用于我国火箭发动机研制过程中,是国内液氢产能和用量最大的单位。

      依托于长期对航天氢能的研究与实践应用,航天六院101所在发展液氢等领域具有得天独厚的优势,且逐步形成了以氢液化装置、液氢工厂、液氢加氢站、车载液氢供氢系统、氢能装备检测等为主的具体业务。

      2020年9月,搭载有航天六院101所研制的60kg车载液氢供氢系统的北汽福田32T液氢重卡正式发布,这是我国首款液氢重卡。

      今年7月,航天六院101所与甘肃定西市人民政府签署氢能战略合作协议。依据协议,双方将在液氢生产工厂、氢能应用示范区、生态科技创新城等领域推进务实合作,积极开展液氢工厂、氢能应用示范区等项目建设。

      此前,我国自主研制的首套产量达到吨级的氢液化系统调试成功,并实现连续稳定生产。这意味着今后我国的运载火箭将可以使用国产液氢作为燃料。目前我国的长征五号、长征七号等新一代运载火箭的发动机都采用了液氢、液氮作为燃料。

      今年10月,世界首座高真空薄膜型液氢储运模拟舱在滨湖区建成,产品通过了独立的第三方瑞士通用公正行(SGS)公司的风险评估和检测合格,并获得英国劳氏船级社(LR)、中国船级社(CCS)的设计原理证书和建造完工证书。该模拟舱的建成,标志着中国氢能高密度储运技术已实现关键性突破。

      10月26日,东华科技与空气化工产品(中国)投资有限公司(以下简称“空气产品公司”),就久泰呼和浩特30吨/天液氢项目举行设计开工会。该项目采用世界先进技术,是目前国内外规模最大的液氢项目,也是空气产品公司在中国投资的第二个液氢项目。据了解,2020年6月,空气产品公司海盐氢能源基地项目正式开工。据悉,该基地项目于2019年5月正式落户海盐经济开发区,总投资达到了数亿美元,聚焦氢能源的综合开发和利用,致力于打造中国“氢谷”;项目将分三期进行,一期项目包括了在国内建造的第一座液氢工厂,建成后,该液氢工厂产量将是目前亚洲最大水平。

      液氢在氢能产业的储存、运输方面具有明显的优越性,在氢能产业商业化的导入期,积极开发液氢生产技术及其装备制造是大势所趋。如今我国已经有液氢项目在建设进行之中,地方和企业应当着眼未来,充分利用自身特点,基础条件,规范建设液氢制备、储运的示范或基础项目,为加速建设我国的液氢生产、储运供应链做出贡献。


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