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能源革命对外开放百家论坛之一八一

氢能篇之——氢能产业应用(上)

  1 观点呈现

  作为燃料应用

  (一)

  氢能应用环节是氢能产业链的末端,包括将氢直接作为燃料应用于工业、大规模发电等领域,氢燃料电池、氢燃料电池汽车等领域。

  氢具有易泄漏、易扩散、氢脆、燃烧爆炸、超低温的特点,它的分子量小、粘度低,检漏需要氢或氦;具有极高的扩散系数与浮升力,爆炸仅发生在封闭空间;低温氢脆不如发生在常温和高压下明显,但选材仍需谨慎;可以快速燃烧,燃烧速度是天然气的8倍,迅速燃烧也降低了二次火灾风险;液氢,无绝热保温的液氢管道和设备,汽化器外表冷凝的液体空气,产生低温灼伤;液氢汽化易产生蒸发损失,汽化潜热小、沸点低,设备需要高效可靠的真空绝热;超低温引起外界的相变:-253℃的低温下,除了氦气所有气体都会凝结和凝固。

  选材和制造要求高导致液氢设备成本提高,但液氢比高压氢和LNG、LPG更安全,最重要的是氢气的品质和纯度能够得到保证。

  液氢在航空航天与火箭发射之中得到了广泛的应用,如“长征5号”运载火箭、欧洲宇航防务集团“零排放超高音速客机”(ZEHST)液氢发动机概念机等。液氢-液氧发动机的比推力最高,相同比推力时运载火箭的重量下降50%。液氢不仅广泛应用于各国的运载火箭卫星发射,并逐渐向民用航天领域推广。

  2 观点呈现

  作为燃料应用

  (二)

  工业气体与超纯氢用户使用液氢具有极大的品质优势。在电子工业中,半导体、电真空材料、硅晶片、光导纤维生产等领域,氢作为热处理的气氛气和过程气,纯度对产品的好坏影响很大,需要99.999%高纯氢,尤其要控制氧含量<0.1ppm。有些企业需要通过脱氧膜、钯管等提纯方式来达到99.99999%。在浮法玻璃生产中,浮法玻璃成形设备锡槽需要密封并连续地送入高纯氮、氢混合气,维持微正压与还原气氛,保护锡液不被氧化。在粉末冶金与热处理中,用作还原气将金属氧化物还原成金属,用作保护气在金属高温锻压中,使金属不被氧化,氢气纯度要求99.99%-99.999%或更高。超纯氢可以通过高压外供氢(品质不易控制,需现场二次处理)、水电解现场制氢(品质可控,但设备投资大、运行成本高)、液氢外供氢(直接汽化即可获得超纯氢,有规模效益)三种方式获得。

  3 观点呈现

  作为燃料应用

  (三)

  中国拥有航天数十年的液氢应用和经验的积累。在用的氢液化装置分别在北京、西昌、文昌,均服务于航天火箭发射及相关试验研究。液氢储罐已经可以完全国产化,最大容积300立方米。在用的氢液化装置主要来自法液空和林德,最大液化能力2.5吨/天。在用的100立方米铁路运输罐车来自俄罗斯。经过了北京101所数十年火箭发动机测试和液氢系统零部件测试,液氢的生产、使用与安全管理积累了丰富的经验,液氢泵、液氢阀门等关键零部件已经试验试制,液氢加注转注、安全泄放等积累了大量试验测试数据,GJB及航天系统军用液氢领域的标准体系相对完善。

  军用液氢应用于大流量火箭推进剂加注场景,民用液氢应用于高压加氢站与汽化站场景;军用液氢运用专线、专车运输,民用液氢运用危险货物公路、水路公共运输;军用液氢具有一次性、阶段性,需要专门维护保养,民用液氢24小时运行全年无休,长期连续保证;军用液氢需 GJB单独体系,委托检验,民用液氢则需TSG21大容规、TSGR0005移规型式试验与强制检验;军用液氢军事禁区,范围严控,民用液氢面向社会,影响范围广;军用液氢具有严格的保密性,事故案例不对外,民用液氢则公开调查,追责体系透明。由于民用与军用液氢使用管理的差异,对民用液氢提出了新的要求,要求民品有更加谨慎的风险评估方法和应对策略,并制定不同于军品的设计、制造、检验标准和安全管理规范。

 
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