北京冬奥会中,氢能发挥了“科技名片”的作用,向全世界展示了中国在氢能领域的发展成果。随着我国氢能产业的快速发展,氢能源的需求正呈现出爆发式增长。根据中国《节能与新能源汽车技术路线图》,到2030年,氢燃料电池汽车要达到100万辆,氢的需求将高达60万吨/年,而当前高压气氢的储运方式将难以满足未来氢能源低成本、高便捷性的应用要求,液氢的应用正迎来转机。
相比于气态氢,液氢具有高效可控、不易污染、品质稳定等特点,将成为燃料电池汽车规模化应用的重要推动力。液氢技术也是全球公认的可大规模获得超纯氢的先进技术。
然而当前国内液氢产能少得可怜,且几乎全部用于航空航天,5吨/天的产能如何满足人们对暴发式增长的氢能的运输需求?
政策支持不可或缺
政策是推动行业发展的重要动力,对于液氢产业来说也不例外。国家已经从标准体系、技术攻关、设备推广应用等多方面出台政策支持行业的发展。
2021年11月1日,国家市场监督管理总局批准发布的三项液氢国家标准——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》正式实施。同时,GB50516-2010《加氢站技术规范》加入了液氢储存和应用等相关内容。
三项液氢国家标准进一步完善了氢能标准体系,使液氢民用有标可依,为指导液氢生产、贮存和运输,加强氢燃料质量管理,促进氢能产业高质量发展提供重要标准支撑,填补了国内民用领域液氢标准的空白。
此外,全国多地也发布了液氢相关政策,加速液氢制备设备及液氢储罐制造,明确液氢储存标准,提升液氢制备能力等液氢各产业链都在多个政策里有所提及。
国内液氢相关政策如下表:
自主国产化能力初步成型
液氢产业链分为氢液化、液氢储运和液氢加注三个部分。目前我国在液氢产业链各环节包括氢液化装置、储罐、罐车和加注系统等均已具备自主国产化的技术和产品。我国首套氢液化系统调试成功
2021年9月,航天科技集团六院101所研制该套系统历时400多天,包括透平膨胀机、控制系统、压缩机、正仲氢转化器等核心设备在内的90%以上的设备完全采用国产,填补了我国自主知识产权的液氢规模化生产方面的空白,不仅在保障运载火箭燃料供给方面有重要的战略意义,同时为我国氢能产业氢的规模化储运提供了自主可控的技术和装备基础。
截至目前,航天六院101所已基本完成我国商用市场两个氢液化系统集成建设项目,也是目前我国商用市场仅有的两个已调试成功的氢液化系统项目,为促进液氢商业化起到了良好的示范作用。国内首例车载液氢瓶火烧试验取得成功
2021年6月,北京航天试验技术研究所成功完成国内首例车载液氢瓶火烧试验。该试验瓶为高真空多层绝热结构的液氢重卡车载氢瓶,甁内充装液氢真实介质,先后完成了蒸发率、维持时间和耐火烧性能等关键测试。本试验的成功,标志着基于我国氢能装备检测能力的进一步提升,为车载液氢瓶检测标准的制定提供了重要的参考依据。
国内首个液氢加氢站已竣工
2021年12月,中国第一座液氢油电综合供能服务站浙江石油虹光(樱花)液氢油电综合供能服务站竣工,该加氢站设有一座14立方的液氢储罐,两台90MPa的高压储氢瓶,一台35MPa加氢机为氢燃料电池汽车加注氢气,并配套建设一台120kW充电桩整流柜及两个充电车位。
国内企业液氢发展现状
国内多个能源巨头、科研机构和多家民营企业已经关注液氢国产化领域多年,直到2020年鸿达兴业产出国内第一桶液氢并面世、2021年国内正式发布三个基础液氢标准,这才正式拉开国内民用液氢产业化的序幕!
鸿达兴业按下液氢民用和商用化启动键
2020年4月25日,由鸿达兴业投资兴建的中国首条民用液氢生产线经过系统联动调试,在内蒙古乌海一次性开车成功,顺利产出液氢。这是中国液氢行业具有里程碑意义的一天,一举打破了中国民用液氢长期不能自主生产的困局,民用液氢生产调试建设项目取得了决定性胜利。
在碳达峰碳中和政策下,低碳化和无碳化已经成为能源革命的主要方向,而氢能扮演着促进者和整合者的角色。鸿达兴业助力推动液氢民用化规模化发展,为全国氢能源产业的健康发展带来积极的示范效应。
中科富海助力液氢国产化加速
2022年2月,中科富海控股子公司中科昊海1.5吨/天液氢工厂项目已全面开工建设。中科富海表示,1.5吨/天液氢工厂项目作为中国首个国产、民用、合规液氢产业化示范项目,其产出的液氢主要用于低温研究、加氢站示范工程、液氢储运的研究、航空航天需求、氢燃料电池汽车的研发以及液氢相关设备的研发。
该项目投产成功后,将开辟了国内液氢工厂的先河,为后期氢燃料电池汽车、加氢站的推广、液氢相关设备的研发提供基础支撑。
国富氢能首台民用大型液氢储存容器开工
3月9日,国富氢能组织首台民用大型液氢储存容器开工仪式。本次民用大型液氢储存容器开工也标志着国富氢能在液氢储运装备上迈上了新的台阶,进一步推进了民用液氢全产业链商业化运营的进程。
液氢项目建设如火如荼
目前,我国液氢项目建设也是如火如荼,无论从液氢制备,还是液氢加氢站项目,都发展火热。据氢能汇不完全统计,从2020年后,目前国内已有27个公开的液氢相关项目,具体情况如下表。
从上表可以看出,浙江、内蒙古、河北等地是液氢项目建设的主要地区,此外,北京液氢重卡,氢液化系统的发展建设走在全国的先列。
液氢未来是歧路还是坦途
液氢的应用适合于大规模场景,其经济性体现在综合能耗的降低和储运、加注的经济性,以及终端的高密度储氢和高品质利用。其中终端车载液氢储氢更适合于重卡和船舶、列车、飞机等。
作为清洁能源,液氢储运的挑战主要来自-253℃左右的超低温环境,该苛刻条件对于液氢容器的低温应力、绝热性、稳定性和安全性都有着极高要求。
液氢储运在大规模长距离储运中成本优势明显,液氢储运技术的发展将使得液氢储运成本持续下降,预期2050年液氢储运成本有望下降至目前的50%,大规模液氢储运实现民用化。加快液氢技术及装备推广应用是降低氢气终端销售价格的有效路径,有助于实现氢气“降本”,推动我国氢能产业的发展。
但也有观点认为液氢在液化过程中会消耗大量能源,在其用到燃料电池领域又等重新汽化,需要升温设备,同样消耗更多的能源,其本身发展就是对能源的浪费,是一条歧路。
当前中国燃料电池汽车产业飞速发展,而燃料电池汽车的商业运行和使用需要配套加氢站的建设,并提供完善的制氢、储运、加氢服务。基于液氢的运输优势,开发氢能源尤其是液氢产业链的关键设备及技术,研究氢能综合高效利用的新方式、新方法必将成为能源领域的潮流。至于液氢这条路线究竟是坦途还是歧路需要交给时间去评判。