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前不久召開的全國兩會上，多位汽車及相關產業領域的參會代表提出了多項有關氫能的議案和提案，再次引起業內的關注與討論。2019年，氫能必將成為能源領域的風雲人物，從上游的制氫、儲氫到中游的運氫、加氫，再到下游主要應用之一的氫燃料電池汽車，無一不是熱點話題。

（全國人大代表、濰柴集團董事長譚旭光為氫能建言獻策 圖片來源：經濟日報）

眾所周知，氫能源作為一種二次能源，具有很多優點，例如熱值高、利用無汙染等。實現氫能的有效利用，首先要解決製取、儲運和應用等一系列問題，而儲運是氫能應用的關鍵。

液氫儲運優勢無可比擬

目前，氫的儲運方式主要有4種：高壓氫氣儲罐和集束管車；液氫儲罐和槽車；氫氣管道；有機或金屬儲氫材料儲運。目前，除歐洲建有少量氫氣長途輸運管道外，各國氫儲運主要依靠壓縮氫氣和液氫儲運兩種方式。液氫儲運在氫的儲運等各方面都具有明顯優勢，必將成為氫能儲運的主流方式。目前，國際上約400多座加氫站中，已有約1/3採用液氫進行儲運。液氫輸運與儲存方式在未來氫能產業鏈中也將越來越重要。採用液氫儲運相比其他幾種方式擁有以下幾點優勢。

1.成本低、運量大

液氫密度高、儲運成本低、儲存壓力低，也更安全。液氫的密度是常溫、常壓下氫氣密度的800餘倍。一個高壓氫氣儲運站採用集束管車儲運壓力為200~700bar，儲氫量為300~1000kg，佔地面積為60~80平方米。採用低溫液體儲罐壓力為1~1.3bar，儲氫量約400~6000kg，佔地面積為15~30平方米。可見液態儲氫量大，加氫站佔地面積小。同時，液氫儲運的運輸成本也較低，一輛40立方米的液氫槽車可運輸約3000kg的氫，充裝時間只需0.5~2小時，而一輛集束管車只能運輸約300kg的氫，充裝時間需要2~4小時。相同重量的氫氣採用液態儲運所耗費用是壓縮氫氣的十幾分之一。

2.純度高

經過液化後的氫氣純度高，因此能夠增加電池壽命及電量。氫燃料電池性能和壽命受CO等雜質含量影響很大。由於氫的沸點遠低於CO、H₂S等易引起氫燃料電池中毒的雜質沸點，液化過程中雜質被固化，液氫純度大於99.999%，再氣化使用後，純度可提高至99.9999%~99.99999%。

3.效率高、能耗低

液氫加註採用的高壓液氫活塞泵出口壓力可達875bar，流量為100kg/hr，能耗只有0.5kWh/kgH₂。而壓縮氫氣採用的同等壓力等級的氫氣壓縮機在流量等方面都很難達到此水平，而能耗則高達約5kWh/kgH₂。

液氫儲運的關鍵技術

液氫的儲運涉及很多核心部件和關鍵技術，如液氫泵、液氫儲罐、液氫槽車等。

1.液氫泵

液氫運輸至液氫加氫站後，如何使液氫流動至加氫設備和給氫加壓便成了關鍵問題，液氫泵是一個能效遠高於氫壓縮機的選擇。液氫泵多為大型渦輪泵，用渦輪作為驅動泵的動力設備，此前主要應用在航天領域，為航天器輸送低溫液氫燃料。目前液氫泵正在逐漸向民用領域傾斜。小型液氫泵的研究已經有多年曆史，國外以Linde公司為代表成功研製了高壓液氫活塞泵。

2.液氫貯箱

液氫抵達用戶現場後，需要用液氫貯箱來儲存。液氫貯箱作為一種低溫液體貯箱，其容器必須要求絕熱，以減少漏熱導致的蒸發損失。對於液氫貯箱而言，目前絕熱性能最好，且使用率最高的絕熱方式是真空多層絕熱。採用真空多層絕熱的100立方米液氫貯箱的日蒸發率可達約0.5%。

加速實現關鍵設備國產化

我國氫液化行業發展較晚，工程實例較少。

1956年

洪朝生院士等人首次在低溫實驗室使用Linde-Hampson循環獲得液氫。

洪朝生院士（圖片來源：中國科學院理化技術研究所官網）

1961年

在錢學森同志的倡導下，北京航天試驗技術研究所(一〇一所)建立了低溫技術研究室，開始研製氫與液化設備，並開展相關係列研究工作，以滿足未來航天工業的需求。

1966年

第一套工業規模液氫生產裝置在一〇一所投產。

1969年

吉林氫液化設備投產，後因事故發生爆炸。

1972年

陝西興平化肥廠氫液化設備投產，同樣採取Linde-Hampson循環，供航天發射和氫氧發動機研製試驗用。

1996年

一〇一所引進的德國Linde公司氫液化循環設備投產，該設備採用改進的預冷型Claude循環。

此後

一〇一所、西昌衛星發射中心、海南文昌發射中心先後於2008年、2012年、2013年引進法國液空氫液化設備並投產，採用改進的預冷型Claude氦膨脹循環。

到目前為止，我國在用的氫液化設備仍以進口的法液空、Linde的氦膨脹循環為主。

在氫液化設備國產化方面，中科院理化所近年來研製出了工業規模的氫液化工程樣機，並連續成功運行，通過了鑑定試驗，具備了市場推廣的基礎。以此為契機，理化所聯合社會資本成立了成果轉化公司，研發推出了首臺全國產化氦透平製冷氫液化器。該系統氫液化能力達到1000L/h，可連續運行8000小時，氦循環工作壓力達4~20bar，透平轉速達到80000轉/分。目前該氫液化器已完成整體工藝包，進入生產建造階段，整個系統在能耗、氫安全性設計等方面都進行了充分的考慮和研究，並具有全套知識產權，必將助力我國氫能源行業的發展。

此外，液氫儲運是氫燃料電池汽車產業規模化應用的必然手段。當前，我國燃料電池汽車產業飛速發展，而燃料電池汽車的商業運行和使用需要配套加氫站的建設和完善的制氫、儲運、加氫服務。從國外的經驗看，加氫站建設要與燃料電池汽車生產同步進行甚至超前發展，形成良性循環。開發氫能源尤其是液氫產業鏈的關鍵設備及技術，研究氫能綜合高效利用的新方式、新方法必將成為能源領域的新潮流。

文章來源：中國化工信息週刊 官方微信 （更多化工信息請關注微信號：CCN-weekly）

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關鍵字: 二次能源 能源 運氫