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10月26日，“2021中日韓氫能產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨氫能產(chǎn)業(yè)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(shù)研究所（航天101所）張振揚博士圍繞“液氫的儲運及應(yīng)用”做了主題演講，他從液氫的儲存、液氫的應(yīng)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(tài)儲氫相比，密度更高，儲運高效，加注成本低，更適合大規(guī)模應(yīng)用。如果只計算生產(chǎn)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(xiàn)碳達峰，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。為實現(xiàn)這一承諾，大力發(fā)展新能源，減少化石能源用量，是降低碳排放，實現(xiàn)碳中和的有效途徑，氫能源可運可儲，是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要媒介。而液氫在其中將發(fā)揮重要作用。
液氫儲運方面。液氫較氣態(tài)氫密度更大，更適合規(guī)模化儲運，可解決氫能應(yīng)用中間環(huán)節(jié)—儲運環(huán)節(jié)的難題。而儲氫技術(shù)是研發(fā)高效、安全、低成本燃料電池汽車的關(guān)鍵。
氫氣儲存主要有四個方式：高壓氣態(tài)儲氫，主要應(yīng)用于儲氫、短距離氫轉(zhuǎn)運和燃料電池；低溫液態(tài)儲氫，主要應(yīng)用于航空航天燃料和燃料電池車儲氫；固態(tài)儲氫，應(yīng)用于效率較低的特殊領(lǐng)域；有機物液態(tài)儲氫，應(yīng)用于長周期或長距離輸氫轉(zhuǎn)運、貯存。目前應(yīng)用最廣泛、最便捷、技術(shù)最成熟的還是高壓氣態(tài)儲氫。
相比之下，高壓氣態(tài)儲氫具有成本低、技術(shù)成熟、充放氫速度快、能耗低、工作條件較寬的優(yōu)點，缺點是體積儲氫密度較低、體積容量小，應(yīng)用技術(shù)成熟，已實現(xiàn)商業(yè)化的車載儲氫方式；低溫液態(tài)儲氫具有體積儲氫密度高、液態(tài)氫純度高等優(yōu)點，缺點是液化過程耗能大、易揮發(fā)、成本高，應(yīng)用車載整體技術(shù)難度較大；而固體儲氫應(yīng)用少，處于攻堅階段。有機液態(tài)儲氫技術(shù)難度高，未來可望成為重點儲氫技術(shù)之一。
高壓儲氫氣瓶方面，國內(nèi)外三型瓶應(yīng)用都比較廣泛，而且技術(shù)比價成熟，四型瓶目前國外技術(shù)比較成熟，已經(jīng)進入商業(yè)化應(yīng)用，而國內(nèi)還處于研發(fā)階段。四型瓶較三型瓶自重更小，系統(tǒng)儲氫密度更大，成本更低，但這種復(fù)合塑料高壓儲氫容器的制造難度較大。綜合來看，高壓氣態(tài)儲運結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)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(fā)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(fā)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(yīng)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(fā)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?shù)男履Ｊ健?/span>
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(chǎn)設(shè)備國產(chǎn)進程，進一步發(fā)展氫液化技術(shù)，降低能耗，發(fā)展液氫儲運裝備的設(shè)計及生產(chǎn)工藝，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。
液態(tài)儲氫和高壓氣態(tài)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?shù)?/10。
液氫技術(shù)路線在整個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)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??；在德國、日本，液氫加氫站甚至可直接在居民區(qū)進行建設(shè)，更適合商業(yè)推廣應(yīng)用。以200公里為范圍，短距離更適合氣態(tài)運輸，長距離更適合液態(tài)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(yīng)用方面。碳中和目標(biāo)下，我國風(fēng)光發(fā)電廠大都在三北或者海上等偏遠(yuǎn)地區(qū)，電價便宜，可以將電解制氫工廠和液化工廠緊鄰發(fā)電廠建設(shè)，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(qū)，電價反而較貴。
因此，如果只計算生產(chǎn)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(yuǎn)近，液氫技術(shù)路線都具有優(yōu)勢。
我國當(dāng)前液氫產(chǎn)能較低，氫液化設(shè)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(yīng)當(dāng)建立以液氫為儲運介質(zhì)的新能源電氫體系，可結(jié)合風(fēng)電光電的低碳、低成本和氫能的穩(wěn)定、便于儲運分配的優(yōu)點，規(guī)避液氫能耗高的缺點，實現(xiàn)新能源的優(yōu)勢互補、良性發(fā)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(yīng)用端的優(yōu)勢來平衡。降低液氫成本的途徑較多，如降低能耗，可以設(shè)計更合理流程，提高液化系統(tǒng)擁效率；提高壓縮機效率，據(jù)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(fēng)、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(fēng)、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(shù)水平，降低生產(chǎn)成本；加快氫液化系統(tǒng)國產(chǎn)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(tǒng)、工業(yè)用氫等方面得到廣泛應(yīng)用。但是，目前我國面臨著液氫儲運及供應(yīng)路線技術(shù)及裝備發(fā)展程度不足的問題，如氫液化系統(tǒng)、液氫車、高壓汽化器、液氫泵、車載液氫供應(yīng)系統(tǒng)等。
張振揚介紹，航天101所是我國建立最早、規(guī)模最大、功能最全的航天試驗基地，更是我國唯一的氫氧發(fā)動機試驗研究基地和我國最大的液氫生產(chǎn)、儲運及應(yīng)用技術(shù)研究單位，在生產(chǎn)、儲存、運輸、試驗及測控、安全與監(jiān)測、相關(guān)成果方面，已經(jīng)形成了完整的液氫應(yīng)用技術(shù)體系。
值得一提的是，由101所研發(fā)的國產(chǎn)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(diào)節(jié)考核，設(shè)計液氫產(chǎn)量為1.7噸/天，實測滿負(fù)荷工況產(chǎn)量為2.3噸/天；系統(tǒng)國產(chǎn)化程度達到90%以上。
最后，張振揚總結(jié)認(rèn)為，液氫技術(shù)適用于氫能的大規(guī)模儲存和運輸；國內(nèi)的液氫技術(shù)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(fā)電結(jié)合建立電氫體系，可實現(xiàn)新能源優(yōu)勢互補良性發(fā)展。在降低成本的同時，解決民用氫能的儲運瓶頸問題；根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，液氫的危險性較高壓氫氣更低，更安全。
