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氢液化需消耗自身能量的25-35%,约13-15KWh/kg,这导致目前液氢的输运成本偏高。但随着运输距离的增加,液氢输运环节综合成本将具备较强优势,据陈霖新的数据显示,运输距离达500公里时,液氢制备与运输成本比高压气瓶方式降低近20%。
在加氢站环节,采用液氢技术和装备,将有效降低占地面积和设备投资,据航天101所副总工程师刘玉涛展示的数据,同样加氢规模的加氢站,采用液氢技术可减少设备台套数,并减少占地面积,建设成本可比高压气态加氢站减少15-20%。
就国外氢能技术领先国家的经验看,全球加氢站中1/3采用液氢技术。美国和日本根据本国情况主推液氢储运技术路线。在美国有约33.5%的液氢用于石油化工电子行业,18.6%用于航空航天,约10%服务于燃料电池车辆的加氢站。澳大利亚和日本的氢能供应链项目HESC也采用液氢运输船远距离输送氢气,成为世界范围内分配氢能源的一种有效方式。
根据中国石油勘探开发研究院的预测,2050年液氢将占所有储氢方式的45%。
图4 储氢方式构成预测
国发能研院、绿能智库认为,在我国,氢气终端售价事关氢能示范应用是否具备商业化运营条件,是否可以不断扩大规模形成良性发展。对于中长距离运输,液氢技术和装备不可替代,有助于实现规模化氢源以较低的储运、加注成本供应氢能终端消费聚集区域。
我国液氢技术和装备有待突破
我国当前液氢产能较低,氢液化设备由美国AP、普莱克斯、法国法液空、德国林德等厂商提供。国内液氢技术和装备能力存在短板,特别是民用领域起步较晚,目前有航天101所、中科富海和国富氢能等单位在进行氢液化系统的研究开发。资料显示,我国当前最大氢液化规模2吨/天,采用氦膨胀液化循环和液氮预冷技术,液化设备依赖进口,与国外技术差距明显。
从液氢技术和装备未来发展趋势看,氢气液化能耗和氢液化成本仍需大幅下降,以降低液氢储运环节的成本。据林德数据显示,小于5吨/天生产规模,氢液化能耗超过10KWh/kg,当液氢工厂规模达到50吨/天和150吨/天时,氢液化能耗可降至约7KWh/kg和6KWh/kg。氢液化工厂规模由5吨/天提高到50吨/天时,氢液化总成本可降低50%。
图5 氢液化能耗随氢液化规模变化图(来源:林德)
根据美国商业管制清单,限制了我国进口10吨/天以上的氢液化技术及装备,以及DN50以上液氢阀门、膨胀机、液氢泵等关键设备。国产民用大规模液氢技术和装备的突破具有重大意义。
据了解,国内液氢技术和装备正在取得一系列的进展。航天101所国内首套自主开发的1m3/h氢液化系统落地浙江,会继续开发基于氢膨胀的大型氢液化系统,形成系列化的产品,在氢液化系统、液氢加氢站设备及工程、车载液氢供氢等领域发力,加快航天技术转民用的进程。
液氢测试环节,航天101所建成液氢环境综合试验区,并建成了液氢加氢站关键设备测试平台和车载液氢供气系统测试平台。
为填补液氢民用标准领域的空白,航天科技集团编制的《氢能汽车用燃料液氢》,《液氢生产系统技术规范》,《液氢贮存和运输安全技术技术要求》等三项液氢标准,预计2020年正式发布。
国发能研院、绿能智库认为,液氢技术和装备在民用领域的突破将有力促进我国氢能产业可持续发展,军民融合、相关企业协同攻关将是取得突破的必由之路。
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