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一、为什么要发展液氢:解决氢能供需错配问题
我国是产氢大国,丰富的工业副产氢可以充分保证氢燃料电池产业所需的氢源。但氢气来源与煤炭工业紧密相连,主要集中在北方内陆地区,而东部沿海地区氢能产业发展超前,氢能需求量巨大。我国氢能产业发展存在严重的氢能供需错配问题。常见的氢气输送主要有四种方式:一是高压气态运输;二是管道输送;三是低温液氢输送;四是固体或液体储氢运输。
其中,高压气态储运是目前最常见的氢气储运方式。相较于高压储运,液氢储运具有运输成本低、氢纯度高、计量方便等优势,更适合大规模部署和输运。气态氢需要降温到-253℃而形成液态,密度70.8千克/立方,一吨液氢可汽化成1万多立方氢气。且在-253℃低温下,除了氦、氖稀有气体之外的所有气体杂质都会凝固分离,液氢汽化可以获得6N(即99.9999%)及以上的超纯氢。成本方面,高压气态储氢运输成本高昂。据了解,国内标准规定长管拖车气瓶公称工作压力为10-30MPa,运输氢气的气瓶多为20MPa。在20MPa高压气态下,1KG氢气运输成本将近10元/百公里。当副产氢成本在10-15元/KG的情况下,要达到站售氢气成本低于35元/kg,高压气态氢仅适用于200公里以内的短途运输。
有数据统计,液氢的成本主要是压缩的能源消耗和氢罐的制造成本;在10t/d的规模、不考虑过路费的情况下,200km的运氢价格为12.25元/kg、500km的运氢价格为12.54元/kg;在100t/d的运输规模下,200km的运氢价格为8.57元/kg,500km的运氢价格为8.85元/kg3,这一价格远低于气氢。
二、标准先行意义:助推液氢产业进入新阶段标准缺位问题一直被认为是阻碍国内氢能产业发展的重要因素之一。尽管液氢可显著降低氢气储运成本,降低站售氢气价格,扩大副产氢销售范围,但由于标准、技术等问题,长期以来液氢局限于军工领域,民用领域近乎空白。
比较两次标准发布情况,可以侧面反映了国内氢能产业发展历程和发展阶段。
从两次发布时间来看,在此之前,国内仅有2014年3月发布的一项“液氢车辆燃料加注系统接口”标准(GB/T 30719-2014),6年后的2021年,才再次三项国家液氢技术标准发布。作为对比,占据了液氢产能85%的美国有12项液氢相关标准。
从标准应用领域看,《GB/T 30719-2014液氢车辆燃料加注系统接口》显然是针对液氢燃料电池汽车领域,尚未触及其他领域的液氢储运、使用问题。而本次发布的三项标准,已经直接涉及到液氢生产、储运范畴,大大增强了泛用性,对产业发展有重要的指导意义。
从标准主要起草单位看,2014年的国家标准《液氢车辆燃料加注系统接口》主要起草单位同济大学、中国标准化研究院、上海舜华新能源系统有限公司、清华大学、浙江大学,主要是科研院校参与了该标准制定,其中仅有一家企业参与,而作为车用燃料标准,却没有车企、车用动力系统等相关企业参与。
而在2021年的三项标准中,起草单位的数量明显增多。值得注意的是,除了科研院所以外,企业参与程度大幅提高,江苏国富氢能、北京海德利森、深圳国氢新能源、广东普发氢能源科技、北京航天雷特机电、山东威海湛威新能源、山东冰轮海卓等为成为主要参与单位,均是在车用动力系统、深冷气体、制冷等领域具有一定的代表性的企业。显然液氢标准已经脱出了车用领域,向更具泛用性的方向发展。参标单位从科研机构占绝对地位,到企业占据相当比例的话语权,更加反应出发展液氢是氢能产业发展的迫切需求。三、标准已立,产业待行标准的建立,除了产业发展有据可依之外,更重要是的“发令枪”式的意义。与液氢相近的储氢容器领域,就是由于IV型瓶标准尚未发布,各企业尽管已经在实验室完成了样品生产,却难以向市场化阶段进一步推进。此前各企业由于标准束手束脚,基础标准的发布,毫无疑问是在宣布“大家可以放手干了”。此前国内已经有部分液氢项目签约,氢云链盘点国内液氢项目见表1。随着标准的正式发布,国内液氢产业将进入一个新的发展阶段。
氢云链对国内氢能项目进行了简单的归纳。
数量最多。浙江嘉兴是国内对于液氢最热衷的地区之一,目前嘉化能源、美国AP公司、德国林德公司已经分别在嘉兴投资建设液氢项目,数量全国之最。
产能最大。岳阳在今年4月签署了一份合作协议,由中石化巴陵石油化工有限公司和湖南核电有限公司共同投资,在岳阳绿色化工园内,建设60T/d的液氢工厂。
应用最快。国内第一桶民用液氢2020年4月份在内蒙古乌海产出。液态储氢加氢站开始出现在内蒙古乌海市2025产业规划中。
产业发展,标准先行。从标准发布情况上就可以看出国内液氢产业发展情况。尽管国内液氢项目落地速度加快,但技术研发还在"剥洋葱",暂时仍未掌握核心设备技术,国内厂商总体呈现出从生产-运营环节向核心设备环节梯次发展的节奏,目前国内已有多个液氢设备生产项目,随着产业发展,未来民用液氢自主可控有望加速实现。
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