我國液氫產(chǎn)業(yè)正在各方力量加持下，加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性及國產(chǎn)化突破，為推動氫能產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

近日，航天科技集團(tuán)六院101所牽頭申報(bào)的“國家能源液氫技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”成功入選國家能源局“十四五”第一批“賽馬爭先”創(chuàng)新平臺名單。“雙碳”目標(biāo)背景下，我國氫能發(fā)展迎來機(jī)遇期，液氫作為實(shí)現(xiàn)氫能高效規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)開始受到重視。

此前，受技術(shù)水平和成本約束，我國液氫較多用于航天領(lǐng)域。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，隨著氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)化步伐加快，氫能的大規(guī)模需求時代或?qū)⒌絹怼Ｎ覈簹洚a(chǎn)業(yè)正在各方力量加持下，加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性及國產(chǎn)化突破，為推動氫能產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

規(guī)模化更具經(jīng)濟(jì)性

與氣態(tài)氫相比，液氫具有高效可控、不易污染、品質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，有望成為氫能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用的重要推動力，但由于氫液化工廠投資大、耗電多，一直以來，液氫普遍被認(rèn)為不具備經(jīng)濟(jì)性。

江蘇國富氫能技術(shù)裝備股份有限公司戰(zhàn)略總監(jiān)魏蔚指出，液氫具有規(guī)模效應(yīng)，當(dāng)規(guī)模擴(kuò)大時，氫液化的能耗和單位成本將顯著降低。液氫達(dá)到足夠的規(guī)模后將更具經(jīng)濟(jì)性，而在規(guī)模偏小且沒有持續(xù)用氫需求情況下，應(yīng)以高壓氫儲運(yùn)等其它技術(shù)路徑過渡。

“事實(shí)上，氫液化工廠的成本由大規(guī)模固定資產(chǎn)投資和耗電耗能的液化成本兩部分組成，隨著規(guī)模的擴(kuò)大，氫液化工廠的運(yùn)營成本和投資成本會大幅降低。”魏蔚表示，以不同規(guī)模的液氫工廠為例，液化規(guī)模為5噸/天及以下時，液氫工廠的綜合能耗將超過15千瓦時/千克；當(dāng)液化規(guī)模達(dá)到10-30噸/天時，氫液化工廠的綜合能耗約為9-14千瓦時/千克；當(dāng)液化規(guī)模擴(kuò)大至150噸/天，液化能耗可降低至6千瓦時/千克。

隨著氫液化工廠規(guī)模的擴(kuò)大，不僅耗電成本在逐步降低，固定投資成本也開始走低。當(dāng)液氫工廠的產(chǎn)能規(guī)模由5噸/天擴(kuò)大至50噸/天時，氫液化的總成本可降低50%。未來，產(chǎn)能達(dá)到50-150噸/天時，成本可進(jìn)一步降至此前的40%。

中科富海低溫科技有限公司氫能業(yè)務(wù)中心總經(jīng)理寧永強(qiáng)表示，日本、美國等國家的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證明，液氫的運(yùn)輸成本僅為高壓氫氣的1/8-1/10，因此液氫在氫能規(guī)模化儲運(yùn)方面具有明顯優(yōu)勢，是降低氫儲運(yùn)成本的重要方式。

核心技術(shù)裝備逐步國產(chǎn)化

值得關(guān)注的是，近年來，我國部分氫能企業(yè)持續(xù)加大液氫全產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)，從液化膨脹、液氫儲運(yùn)，到液氫加注和車載儲氫，已完成了相應(yīng)的科研實(shí)驗(yàn)，在全產(chǎn)業(yè)鏈裝備上實(shí)現(xiàn)了百分百國產(chǎn)化。記者在2023世界氫能技術(shù)大會上也了解到，部分企業(yè)已開始探索車載液氫技術(shù)突破與應(yīng)用落地。

未勢能源科技有限公司副總裁解超朋介紹，公司正以系列化重載交通工具液氫系統(tǒng)及核心零部件為產(chǎn)品核心，通過合作建設(shè)液氫工廠和液氫加氫站，推動液氫重卡和液氫船舶等氫能重載交通工具的推廣和應(yīng)用。

寧永強(qiáng)指出，目前，我國在液氫技術(shù)層面基本都有了國產(chǎn)替代方案，未來行業(yè)應(yīng)通過技術(shù)迭代和升級提升氫液化的規(guī)模和效率，以盡快實(shí)現(xiàn)液氫道路運(yùn)輸與民用領(lǐng)域應(yīng)用。以中科富海為例，近日，中科富海研發(fā)、制造并出口歐洲的首套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的1.5噸/天氫液化裝備已在國外用戶現(xiàn)場調(diào)試成功，標(biāo)志著我國已掌握氫液化核心技術(shù)，打破了以往液氫裝備被國外壟斷的局面。

不過總體來看，我國液氫技術(shù)距離歐洲、美國、日本等國家和地區(qū)仍有較大差距。以美國為例，美國基于氫膨脹制冷的液氫出廠價(jià)僅為十幾元人民幣，10年前就已達(dá)到10萬噸/年的產(chǎn)能量級，而現(xiàn)階段我國每年液氫產(chǎn)能僅有百噸的量級。

從主要的液化循環(huán)裝置來看，目前氫液化主要采用氦膨脹制冷循環(huán)和氫膨脹制冷循環(huán)。由于氫膨脹制冷循環(huán)的單位能耗更低，大規(guī)模氫液化裝置都采用氫膨脹循環(huán)制冷工藝。但放眼全球，掌握氫膨脹循環(huán)液化技術(shù)的僅有美國空氣產(chǎn)品公司、德國林德集團(tuán)和法國液化空氣集團(tuán)，我國在氫膨脹制冷循環(huán)研發(fā)方面僅有航天六院101所、中科富海和國富氫能取得了部分技術(shù)成果。

“氦氣是戰(zhàn)略物資，價(jià)格昂貴，而且我國是貧氦國，加快氫膨脹制冷循環(huán)工藝的設(shè)計(jì)研究，以及氫氣透平膨脹機(jī)和正仲氫轉(zhuǎn)化器等相關(guān)關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化，將是未來需要攻克的難點(diǎn)。”魏蔚直言，面對技術(shù)全球化和成本競爭，我國需要選擇更為艱難的技術(shù)攻關(guān)道路，而非僅僅停留在現(xiàn)有的成果之上。

打造特色技術(shù)路徑

近兩年，我國已有多個氫液化項(xiàng)目開工建設(shè)。2022年2月，齊魯氫能（山東）發(fā)展有限公司氫能一體化及儲氫裝備制造項(xiàng)目舉行開工儀式，項(xiàng)目總投資約5.4億元，將建設(shè)一期10噸/天和二期30噸/天液氫產(chǎn)能規(guī)模。今年3月，內(nèi)蒙古舉行“風(fēng)光制氫一體化項(xiàng)目”三方簽約儀式，該項(xiàng)目為全國首家綠氫液化項(xiàng)目，規(guī)劃一期日產(chǎn)液氫10噸、二期日產(chǎn)液氫30噸，制氫液化投資約9億元。

“結(jié)合我國能源資源稟賦，構(gòu)建具有我國特色的綠氫液化儲運(yùn)方式尤為關(guān)鍵。”魏蔚指出，我國能源資源“西富東貧、北多南少”，而需求則是“東富西貧、南多北少”。這一逆向分布催生了大規(guī)模儲運(yùn)需求，因此，我國氫能的運(yùn)輸與電力、天然氣的轉(zhuǎn)運(yùn)路徑相似。2023年4月，我國首條“西氫東送”輸氫管道示范工程被納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》，今年是“西氫東送”元年，未來新的能源轉(zhuǎn)運(yùn)大幕已經(jīng)拉開，當(dāng)氫儲運(yùn)達(dá)到一定規(guī)模時，將會進(jìn)一步推動液氫市場應(yīng)用。

此外，液氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也離不開企業(yè)的系統(tǒng)推進(jìn)、技術(shù)優(yōu)化。“液氫發(fā)展需要企業(yè)率先進(jìn)行項(xiàng)目示范，企業(yè)申報(bào)項(xiàng)目提出需求，國家才能推動相關(guān)政策的制定。”一位不愿具名的液氫領(lǐng)域?qū)＜覍τ浾弑硎荆浞掷孟到y(tǒng)工程思維是液氫民用化、商業(yè)化應(yīng)用的核心。“核心技術(shù)的積累不可能一蹴而就，需要從基礎(chǔ)研究、材料、工藝等環(huán)節(jié)推動系統(tǒng)性工程進(jìn)步，以及整個系統(tǒng)的集成優(yōu)化。”