大同日报 -A3 能源革命 造福人类-
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A3能源革命 造福人类
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能源革命对外开放百家论坛之五十五

中国民用液氢全产业链市场可行性分析与发展进程(上)

  魏蔚,女,1973年9月出生,毕业于上海交通大学低温工程专业,副教授、高级工程师,工学博士,江苏省“博士后集聚计划人才”,全国锅炉压力容器标准化技术委员会鉴定评审专家,锅容标委ISO/TC220低温容器直属工作组组员,中国技术监督情报协会危化品储工委委员,中国氢能供应与利用百人会理事,海南氢能学会理事等。参与制修订GB18442、GB18443、GB31480等十余项国家标准、行业标准与地方标准,申请专利60余项,曾获国家教育部科技进步一等奖、苏州市科技进步三等奖等。主要研究领域为能源装备技术、氢液化与液氢储运技术和氢能利用。曾任张家港中集圣达因低温装备有限公司技术中心总经理、中集安瑞科深冷技术研究院常务副院长。现任张家港富瑞氢能装备有限公司董事,张家港氢云新能源研究院院长。

各种液氢火箭发动机

  

1 核心提示 液氢的安全性及其在终端市场应用的技术经济性优势

  氢与液氢具有易泄漏、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。
  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。
  为燃料电池汽车加注氢气的液氢储氢型加氢站与高压储氢型加氢站相比更适合规模化商业运营。液氢储氢型加氢站运输和储存效率提高6~8倍,日加氢量可达2000kg/d;日加氢量500kg/d及以上时建站设备投资可降低20%;增压效率高、液氢冷能利用可减少预冷能耗,使得运营成本降低50%;比高压储氢、增压加氢用的设备紧凑、占地面积小;高纯氢品质更容易保证燃料电池的寿命和性能;除了35/70MPa高压氢,还可提供液氢、深冷高压氢加注。液氢在车辆燃料的应用与LNG高度相似,如重型卡车、公交车辆、商业化船舶、列车轻轨等。深冷高压氢比液氢密度高15%~20%,是常温70MPa氢气密度的两倍,适合长续航里程的车辆。液氢通过是否升压或复温等不同加注方式,可覆盖所有燃料电池车型。

2 核心提示 民用液氢的产业链的发展

  全球液氢总产能470t/d,其中北美占全球液氢产品总量的85%以上。美国拥有15座液氢生产工厂,单座工厂产能3~54t/d,总生产能力326t/d,居全球首位;欧洲有4座,总生产能力为24.4t/d;亚洲有16座,总生产能力为38.3t/d。
  全球液氢主要国家产能
  日本在液氢产业链的使用和推广力度最大。主要液氢生产商有岩谷气体、川崎重工、Pacific hydrogen等公司,已建成对外运营的加氢站超过100座,力推液氢运输储存和液氢储氢型加氢站,成为了全球首个用液氢船运输和进口液氢的国家。
  美国是全球最繁荣最庞大的液氢市场。年产氢1000万吨,其中1%被液化用于超纯氢市场,液氢消耗量超过10万吨/年,商品液氢一部分由国内液化装置提供,另有一部分来自加拿大的合资公司。美国最主要的液氢供应商是AP空气化工和普莱克斯,各占总产能45%,燃料电池汽车液氢用量最大的公司是plug power,该公司拥有全球最多的液氢储氢型加氢站。
  林德和法液空公司带动了欧洲和亚洲液氢产业链发展。欧洲有超过100座加氢站,主要在德国和法国,其次是英国、挪威、丹麦、瑞典、奥地利等。林德和法液空的液氢工厂和液氢加氢站不仅布局在欧洲,同时积极拓展到整个亚洲市场。