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氢能降本难题——液氢储运

日期:2022-11-01    来源:氢能观察  作者:张松氢能团队

国际氢能网

2022
11/01
08:51
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关键词: 液氢储运 氢液化设备 氢燃料电池产业

降本提效正在成为氢能发展的首要难题,无疑,氢气的储运已经是降本关键。行业关注的焦点也开始从“制氢”逐渐转向“储运”,从一个环节转向整个产业链。

纵观整个氢储运产业,有专家表示,不管是何种制氢方式,液氢储运在成本上最具优势。然而不可忽视的是,液氢储运的技术问题尚未突破。我国是产氢大国,可以充分保证氢燃料电池产业所需的氢源。但我国的氢气主要来源与煤炭工业联系紧密,集中在我国的三北地区,而东部沿海地区能源需求量巨大,因此存在严重的氢能供需错配问题。所以,我国氢能和燃料电池产业发展的核心问题不在于使用氢,而在于输运氢。

近日,国家能源局综合司发布关于建立《“十四五”能源领域科技创新规划》实施监测机制的通知。其中明确提到对液氢储运技术的研究与攻关:

集中攻关:开展安全、低能耗的低温液氢储运,高密度、轻质固态氢储运,长寿命、高效率的有机液体储运氢等技术研究。

示范试验:研发大规模氢液化、氢储存示范装置。

液态有机物储氢使得氢可在常温常压下以液态输运,储运过程安全、高效,但还存在脱氢技术复杂、脱氢能耗大、脱氢催化剂技术亟待突破等技术瓶颈。若能解决上述问题,液态有机物储氢将成为氢能储运领域最有希望取得大规模应用的技术之一。

目前,全球液氢产能达到485t/d。美国(共计18套装置,总产能为326t/d)和加拿大(共计5套装置,总产能81t/d)的液氢产能占据了全球液氢总产能的80%以上。我国具备液氢生产能力的文昌基地、西昌基地和航天101所,均服务于航天火箭发射领域。在民用液氢领域,由101所承建的国内首座民用市场液氢工厂(产能为0.5t/d)和研发的具有自主知识产权基于氦膨胀制冷循环的国产吨级氢液化工厂(产能为2t/d)已分别于2020年4月和2021年9月成功施工,将我国的液氢产能提升至6t/d。但距离发达国家的液氢产能规模,仍有较大差距。

液氢的储运方式可以分为两类,即采用容器储运和采用管道输运。其中,容器储运在储存结构形式上一般采用球形储罐和圆柱形储罐,在运输形式上采用液氢拖车、液氢铁路槽车和液氢槽船等。

除了考虑常规液体运输过程中所涉及的冲击和震动等因素,由于液氢沸点低(20.3K)、汽化潜热小、易蒸发的特点,容器储运环节必须采用严格的减小漏热的技术手段,或采用无损储运方式,将液氢的汽化程度降到最低或零,否则会引起储罐升压,导致超压风险或放空损失。如下图所示,从技术途径角度,液氢储运主要采用减小热传导的被动绝热技术和在此基础上叠加的主动制冷技术,以减小漏热或产生额外冷量。

由于氢液化冷箱等关键设备及技术发展滞后,2021年9月之前,国内航天领域的氢液化设备全部被国外公司垄断。大型氢液化核心设备受到国外相关贸易政策管制,限制设备出口并禁止技术交流。这使得氢液化工厂的前期设备投资较大,加之国内目前的民用液氢需求量较小,规模化应用程度不足,产能规模上升缓慢,导致液氢的单位生产能耗比高压气氢更大。

中科院理化所研究员谢秀娟博士表示:预计到2035年,国内将出现高压气氢储运、液氢储运和管道储运等多种氢气储运形势并存的局面。国外70%左右使用液氢运输,安全运输问题已经得到充分验证,掌握核心技术和装备;国内氢液化储运目前出于系列化和产品化的发展阶段,实现核心技术和关键装备自主可控。


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