寫稿
投稿
10月26日，“2021中日韓氫能產業高峰論壇暨氫能產業展覽會”在山東濰坊以線上直播的形式成功舉辦。北京航天試驗技術研究所（航天101所）張振揚博士圍繞“液氫的儲運及應用”做了主題演講，他從液氫的儲存、液氫的應用兩個方面進行了介紹。
張振揚博士
他表示，液氫和目前常用的高壓氣態儲氫相比，密度更高，儲運高效，加注成本低，更適合大規模應用。如果只計算生產過程中的電力消耗，液氫路線能耗成本則較高壓氫氣低。
張振揚介紹，中國將力爭于2030年前實現碳達峰，努力爭取2060年前實現碳中和。為實現這一承諾，大力發展新能源，減少化石能源用量，是降低碳排放，實現碳中和的有效途徑，氫能源可運可儲，是實現“雙碳”目標的重要媒介。而液氫在其中將發揮重要作用。
液氫儲運方面。液氫較氣態氫密度更大，更適合規模化儲運，可解決氫能應用中間環節—儲運環節的難題。而儲氫技術是研發高效、安全、低成本燃料電池汽車的關鍵。
氫氣儲存主要有四個方式：高壓氣態儲氫，主要應用于儲氫、短距離氫轉運和燃料電池；低溫液態儲氫，主要應用于航空航天燃料和燃料電池車儲氫；固態儲氫，應用于效率較低的特殊領域；有機物液態儲氫，應用于長周期或長距離輸氫轉運、貯存。目前應用最廣泛、最便捷、技術最成熟的還是高壓氣態儲氫。
相比之下，高壓氣態儲氫具有成本低、技術成熟、充放氫速度快、能耗低、工作條件較寬的優點，缺點是體積儲氫密度較低、體積容量小，應用技術成熟，已實現商業化的車載儲氫方式；低溫液態儲氫具有體積儲氫密度高、液態氫純度高等優點，缺點是液化過程耗能大、易揮發、成本高，應用車載整體技術難度較大；而固體儲氫應用少，處于攻堅階段。有機液態儲氫技術難度高，未來可望成為重點儲氫技術之一。
高壓儲氫氣瓶方面，國內外三型瓶應用都比較廣泛，而且技術比價成熟，四型瓶目前國外技術比較成熟，已經進入商業化應用，而國內還處于研發階段。四型瓶較三型瓶自重更小，系統儲氫密度更大，成本更低，但這種復合塑料高壓儲氫容器的制造難度較大。綜合來看，高壓氣態儲運結構簡單、技術成熟、儲重比低、長距離運輸成本高。
低溫液體儲氫方面，由于蒸發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，液氫蒸發損失越小，因此液氫儲罐的最佳形狀為球形，且球形儲罐的應力分布均勻，可達到很高的機械強度，不過其加工存在一定難度，造價略高。
圓柱形儲罐與球形儲罐相比，S/V增大約10%；真空多層絕熱蒸發損失約0.4%/天；真空粉末絕熱，一般為1%~2%/天。目前我國還沒有球形儲罐，僅有圓柱形儲罐。
低溫液化儲運有公路、船舶、鐵路運輸和管道運輸，其中船舶運輸量最大，而管道運輸適合短距離輸送。罐式集裝箱是未來液氫運輸的新模式。
對比來看，低溫液化儲運儲重比高、安全性好、輸送效率高，適用于長距離運輸、液化能耗高。因此，我國需要加快液氫生產設備國產進程，進一步發展氫液化技術，降低能耗，發展液氫儲運裝備的設計及生產工藝，完善相關標準法規。
液態儲氫和高壓氣態儲氫相比，一輛40m3液氫罐車的運氫能力約等于10輛20MPa管束車的運輸能力；考慮車輛購置費用和運輸油耗、過路費用等，考慮到車輛運行安全性（交通事故率降低），液氫輸運成本將低于高壓氫氣運輸的1/10。
液氫技術路線在整個產業鏈環節中儲存壓力等級較低（一般低于1MPa），相對來說安全性更高；在地價昂貴的城市，液氫加氫站占地面積更小，投資更小；在德國、日本，液氫加氫站甚至可直接在居民區進行建設，更適合商業推廣應用。以200公里為范圍，短距離更適合氣態運輸，長距離更適合液態運輸，成本更低。而且液氫成本降低空間較大，可通過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”低價電，有降低空間，以及氮氣回收等。
液氫應用方面。碳中和目標下，我國風光發電廠大都在三北或者海上等偏遠地區，電價便宜，可以將電解制氫工廠和液化工廠緊鄰發電廠建設，可極大降低制氫和液化的電耗成本。同時，在氫大量使用的城區，電價反而較貴。
因此，如果只計算生產過程中的電力消耗，液氫路線能耗成本較高壓氫氣低；若考慮液氫儲運高效，加注成本低的特點，則不論運輸距離遠近，液氫技術路線都具有優勢。
我國當前液氫產能較低，氫液化設備被美國AP、普萊克斯，法國液空，德國林德等廠商壟斷。對此，我國應當建立以液氫為儲運介質的新能源電氫體系，可結合風電光電的低碳、低成本和氫能的穩定、便于儲運分配的優點，規避液氫能耗高的缺點，實現新能源的優勢互補、良性發展。
對于液氫在制取端能耗高的問題，完全可由其在儲運及應用端的優勢來平衡。降低液氫成本的途徑較多，如降低能耗，可以設計更合理流程，提高液化系統擁效率；提高壓縮機效率，據估算，壓縮機效率每提高1%，液氫能耗將下降1%~1.2%；提高透平膨脹機效率，膨脹機效率每提高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、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、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營成本，如提升氨氣壓縮機、板翅換熱器、正仲氫催化劑等的技術水平，降低生產成本；加快氫液化系統國產化進程；提升氫液化工廠的自動化水平，提高氫液化工廠的安全性等。
未來，我國航空航天、儲運及加氫站、供氣系統、工業用氫等方面得到廣泛應用。但是，目前我國面臨著液氫儲運及供應路線技術及裝備發展程度不足的問題，如氫液化系統、液氫車、高壓汽化器、液氫泵、車載液氫供應系統等。
張振揚介紹，航天101所是我國建立最早、規模最大、功能最全的航天試驗基地，更是我國唯一的氫氧發動機試驗研究基地和我國最大的液氫生產、儲運及應用技術研究單位，在生產、儲存、運輸、試驗及測控、安全與監測、相關成果方面，已經形成了完整的液氫應用技術體系。
值得一提的是，由101所研發的國產噸級氫液化工廠于2021年9月9日開車成功，仲氫含量97.4%；完成了變工況和自動調節考核，設計液氫產量為1.7噸/天，實測滿負荷工況產量為2.3噸/天；系統國產化程度達到90%以上。
最后，張振揚總結認為，液氫技術適用于氫能的大規模儲存和運輸；國內的液氫技術已取得長足的進步，與國外相比雖有一定的差距；液氫與新能源發電結合建立電氫體系，可實現新能源優勢互補良性發展。在降低成本的同時，解決民用氫能的儲運瓶頸問題；根據試驗數據和經驗，液氫的危險性較高壓氫氣更低，更安全。
