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7月14日,一场在网络研讨会上,宁永强从理化所与中科富海的背景、氢的大规模储运与成本分析、液氢的优点及成本分析、氢液化关键技术及设备、理化所与中科富海氢液化技术等五个方面进行了分享。
(来源:微信公众号“势银能链” ID:energylink)
液氢储运具有一定的经济性
宁永强介绍,氢最大的问题在于储运,目前国际上常见的储运方式主要有三类:氢气管道、压缩氢气以及液化氢气。
氢气管道造价较高,且因特殊性无法埋于地下,因此成本较高;在国内,氢气管道的铺设、审批规划上存在一些问题,因此氢气管道在我国发展较为缓慢。
压缩氢气是目前运用最为广泛的一种储运方式,但也存在短板,即运氢车的载货量不大,效率较低,因此氢气的运费居高不下。
而液化氢气在储运领域具有其独到的优势,可大规模收集廉价氢气再大规模运输到下游终端应用,而且液氢具有一个其他能源不能替代的用途,即可运用于航天等领域。
宁永强表示,不少产业人士认为氢气价格较高,因此一直在呼吁降低氢气价格,从最初的每千克40元以下、35元以下到每千克25元以下。同时,不少人认为在液化成本这一块,液氢的制作成本高。
但是总体来看,液氢的运输成本却低于其他储运方式,因此液氢储运是具有一定的经济性。
结合气氢与液氢的多方面来看——
首先,长管拖车作为高压氢气的运输容器,不去谈介质问题,本身就存在压力风险;但液氢槽车却不存在这些问题,因为液氢处于一种低压或常压的状态。
其次是装载量,液氢槽车的装载量远大于长管拖车,因此液氢槽车可能只需运输一次的量,长管拖车可能要运输8次,这就导致气氢运费提高。
再者,长管拖车在充装时需采用模压机,加上温度升高现象,因此充装时间较长,需4-8小时,卸载时间也是如此;而液氢槽车却不存在这种情况,因此时间较短,30-60min左右即可完成。
最后,长管拖车在加氢站进行卸载时,因为模压机的吸压力一般为5MPa以上,因此长管拖车内的氢气可能会残留30%左右(最高可达40%),性价比较低;反观液氢,槽车内只留3%的液体,储罐没有复温就可以回去继续充装运输。
值得一提的是,液氢加氢站用地可以很少,因为可采用立式储罐,兼之结构紧凑,从而减少空间,相较于高压储氢加氢站可节约1/3的用地空间。
宁永强认为,发展液氢加氢站对于我国是具有一定意义的,因为我国发展燃料电池汽车快的地方均为经济发达、人口稠密,商业用地价格较高,如果能够节省1/3的用地面积,那这1/3的用地成本或许可以把所有建站成本抵回来。
液氢成本价格具有一定竞争力
宁永强介绍,燃料电池车用氢气的纯度要求为99.97%,要低于工业用氢标准的高纯氢(99.999%),但是后者的杂质要求(硫、一氧化碳等)却不比前者严格。
由于我国氢气多是工业副产氢、煤炭制氢等,因此氢气内含有一氧化碳等杂质,导致多数人不敢轻易使用这类氢气,而通过氢液化,所有杂质会被固化,因此可以过滤掉。
即使有少数无法过滤,也会慢慢沉淀或溶解,在使用液氢时进行气化,这些杂质是无法随着液氢气化,且气化后的氢气纯度可达到99.9999%,因此液氢可完全满足燃料电池车用氢气要求。除却除杂外,氢液化还可有效降低用氢成本。
宁永强表示,我国有大量的廉价氢气且规模大(比如工业副产氢、甲烷脱氢等),通过氢气液化将其储存起来,再运输到没有廉价氢气的地方。这种解决方案,需要有氢能重卡,实现以氢运氢、降低运费、扩大用氢规模。
中科富海曾通过自主研发的1.5吨氢液化装备参数对氢液化成本进行测算。在该测算中,综合了制氢成本、运输成本以及加氢成本等,最终得出氢价在38元左右。宁永强认为,这个价格具有一定的竞争力。
两种主流氢液化关键技术及装置
在研讨会上,宁永强讲解了两种主要的氢液化装置及技术。
一种为1.5吨氢液化装置,采用的是氦循环制冷流程,能耗相对较高(15-20度电/kg),氢液化能力可以达到2吨半,灵活性较高,可适用于小型工业装置。
另一种则是5吨氢液化装置,采用氢循环制冷流程,由于没有氦气介入,因此该装置的能耗较低,为6-10度电左右,氢液化最大可达100吨,可用于大型工业装置,但是建设周期长且投资较高。
值得关注的是,中科富海、理化所等国内10家单位承接了2020年科技部重大专项,要打造一个5吨/天的氢液化装置及配套设施(加氢站、槽车等)。
宁永强表示,无论是氢循环还是氦循环,都有共同的关键技术——
透平膨胀机:国内掌握较少,国际生产该装置的厂家不多但却对我国严格封锁,只可购买不可合作;当我国开始制造时,从国外购买难度提高;尤其是5吨以上的,更是严格受控,属于战略技术。
低漏率换热器。
正仲氢转化:因为液氢属于混合物,其中含有正氢和仲氢,正氢向仲氢转化是一种自发现象,在转化过程中会放热,从而导致液氢蒸发;因此需要减少液氢中的正氢含量,向将其转化为仲氢;目前国际上通行的标准是,合格的液氢产品中,仲氢含量应达到95%以上。
高效氢压缩机:我国过去在这一块还很薄弱,但现在在理化所和中科富海等支持下,国内很多厂家也开始了这方面的研究并取得了不俗成就,其效率均接近国际比较领先的企业的产品。
高效滤油装置:由于压缩机内部含有油,因此需要比较精密的滤油装置,将油含量降低到PBB级,以免污染整个装置,造成堵塞。
氢安全系统:包括氢探测、火焰报警等。
在液氢储运其他装备及技术方面,宁永强主要讲解了大型液氢球/储罐、高效液氢转注系统及液氢道路运输储罐/箱。
据他介绍,大型液氢球罐在国内还没有,因为国内液氢产量较低且用量不大。但随着国内液氢产量、用量的增加,将会需要掌握此项装备技术,目前科技部有往这方面研发。
目前,高效液氢转注系统在国内主要是军方拥有,费用较高,民用化、商用化还需要进一步的努力;液氢道路运输储罐/箱目前在国内有厂家正在研究。
理化所及中科富海的氢液化技术
在研讨会上,宁永强为大家展示了中科富海的核心技术——高转速气体轴承透平膨胀机、氦制冷机(氢液化器)、BOG提氦装置等。
宁永强表示,中科富海和理化所是国内商业化、系列化、产业化做的较好的企业,可以算是国内较为领先的企业,且接近国际水平。
其中,氦制冷机集结了上文所说的六大关键技术,可以进行氢液化、氦液化(可为医院核磁提供液氦等)。
最后,宁永强讲解了1.5吨/天氢液化器的流程,并分享了中科富海和理化所自2017年以来做的液氢工作——
2017年,开始研发首套1.5吨/天氢液化器,2019年完成,预计2021年安装调试;
2019年,承接北京市科委5吨/天大型氢液化装置磁浮轴承氢透平膨胀机研发项目;
2020年,承接科技部新能源液氢专项,打造5吨/天氢液化工厂及其配套设施;
2021年,申报广州省新能源液氢项目,与其他企业进行合作,打造氢液化示范工程项目。
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