液氢能否摆脱“贵族能源”的标签

中国战略新兴产业融媒体记者 陈雯

9月25日，我国首套氢膨胀5吨/天氢液化系统在北京发布。该系统由中国航天科技集团六院101所、航天氢能科技有限公司联合研制。

每天5吨液氢，这是我国在液氢大规模制备领域取得的重大突破。

目前来看，氢能的开发利用已经成为新一轮世界能源技术变革的重要方向，近年来，国内在液氢关键制取和储运设备方面取得了一定的突破，业界也屡屡传出液氢民用商业化加速的消息。距离液氢的规模化民用突破还有哪些难题需要攻克？今后该如何发展氢能？

提高经济性的方式

液氢的存储密度是35兆帕气氢的3倍，有很好的应用前景。近两年来，国内在液氢制取设备自主研发上有了较大突破。除了刚刚提到的中国航天科技集团六院101所、航天氢能，还有中山低温院、国富氢能、中科富海、杭氧集团等，都在大力攻克这一领域的技术难点。

据了解，我国在大型氢液化冷箱、高速低温透平膨胀机等关键设备领域已取得突破，大型液氢制取设备实现了成套装备国产化。

必须承认的是，液氢的制备和储运环节都存在较高技术门槛。

液氢存储容器的难点之一体现在材料方面。常用的低温材料有不锈钢、铝合金、钛合金以及其他复合材料，高氢环境易造成材料氢脆、氢蚀及氢渗透从而影响其力学性能。生产液氢储存装置的企业需要对不同材料的抗氢脆、氢渗透、氢敏感性等有深入研究，还要具备储氢材料质量检测的能力，这对企业来说是很大挑战。

除了材料方面，液氢储罐民用商业化的难点，还体现在液氢储罐的容积和蒸发损失上。液氢储罐容积正在朝着大型化方向发展，然而这也意味着会加大液氢蒸发速度，蒸发损失加大。

从现状来看，液氢的应用基本是集中在航天领域。要突破民用市场，必须考虑其能耗和效率等指标，因此，经济性也成为其突破民用市场的“拦路虎”。

>> 8月12日，在长春绿动氢能科技有限公司，工人查看制氢设备运行情况。新华社记者 张楠/摄

1990年起，美国就制定了多项法规推动氢能源的发展，但仍然没能推广下去，因为美国早期氢能价格之高可谓“贵族能源”。

如果以目前的技术水平去进行市场化运营，液氢在制备和储运环节的经济性如何呢？

参考国外相对成熟的技术发展路线，规模化制备液氢需要考虑氢源成本和液化成本。根据某研究所的综合测算，若氢气源按照工业副产氢纯化后满足燃料电池用氢质量标准的氢气计算，电力成本按照0.6元/m³进行估算，则氢气源成本约为17元/kg，液化成本约为12.5元/kg，液氢生产成本约为29.5元/kg。

这两项成本中占据主导影响的，分别是氢气源的种类、液化工厂所在地的电价。氢气源的种类也与电价相关，因此，若是在风光资源丰富的地区，可采用电解制氢工厂和液化工厂紧邻发电厂结合建设的方案来摊低氢气液化的能耗成本。

可以看出，在成本问题上，“运”是关键一环。

“当运输距离超过250km时，液氢模式的综合成本优势得以显现。”一家液氢装备研发生产企业负责人表示，液氢的携氢密度高使其在长距离运输方面的优势得以发挥，可以把氢源丰富地区的氢以液态的形式运出来。

“尤其是在电价较低的西部地区，液化后的氢通过液氢运输到东部沿海城市，能够显著降低运输成本。”9月20日，在第二届北京氢能产业大会暨京津冀氢能产业发展对话活动中，清华大学教授、博士生导师李建秋表示。

储运环节，不仅是影响液氢经济性的一大核心因素，也是放大液氢优势的主要关键所在。另外，中国工程院院士、中国矿业大学（北京）教授彭苏萍表示，通过优化液化设备的能效和降低电解水制氢的成本，液氢的经济效益可以大幅提高，这也将为未来液氢大规模推广奠定基础。

加氢站网络的完善被提上日程

要“氢”装上阵，加氢站网络的完善被提上日程。

北汽福田工程研究院燃料电池技术副总监刘永亮分析，液氢的运输目前主要依赖铁路和公路运输，但未来液氢应用形式的多样化将推动更多加氢站的建设，以满足市场需求。

地方层面，西安市将大力推动氢能产业链建设，开展加氢站建设和氢燃料电池在分布式发电、交通运输等特定场景的应用示范。到2025年，建成加氢站6座，氢燃料电池汽车推广500辆以上；到2030年，累计建成加氢站20座，推广氢燃料电池汽车2000辆。山东省累计推广氢燃料电池汽车2041辆，居全国第四；建成加氢站38座，居全国第二；青岛港自主研发完成6台轨道吊氢能改造，打造全球首个氢能港口轨道应用示范。

据统计，截至2023年11月30日，中国共建成各类加氢站412座，其中2023年新建成超50座。

在北京，依托大兴国际氢能示范区、昌平能源谷和房山中关村氢能产业园，已初步形成集聚发展的产业布局。同时，中关村氢能产业联盟等公共平台也为产业协同创新与集群发展提供了有力支撑。

2022年，北京市城市管理委员会发布《北京市氢燃料电池汽车车用加氢站发展规划（2021-2025年）》，围绕北京市“一条环路、两片区域、三类节点、多条通道”的货运和通勤客运加氢需求，开展加氢站布局，目标在2023年前力争建成并投运37座加氢站，并在2024-2025年力争再新建并投运至少37座加氢站，至2025年实现加氢站保有量74座。

但据记者调查，目前北京地区实际上还在开放运营的加氢站仅有7座。

从全国加氢站建站速度来看，2022年以后年增速也明显下滑。

专家分析，首先是2022年以后国家政策红利影响逐渐减弱；其次各地建站审批管理等政策制定仍不完善，建站、取证、运营、补贴在实际落实过程中尚存效率问题；此外目前燃料电池汽车实际运营数量较少、加氢站总体运营负荷低，从而影响其运营经济性和整体市场信心。当前，建站固定投资成本（不含土地成本）在960万元/座左右，其中站用压缩机、储氢容器等基本实现国产化，加氢枪及高压阀件等仍高度依赖进口；预计到2025年随着设备的进一步国产化，建站成本下降12%至845万元/座，到2030年建站成本降低到709万元/座。

氢能走到商业化临界点了吗？

另外，氢能储运装备安全也是一个重要的挑战。

由于氢气易泄漏爆炸、易引发材料高压氢脆，国内外最近一些年的氢安全事故不断发生，例如2019年美国、挪威、韩国均发生了储氢装备的爆炸事故。我国虽然加氢站运行的时间不是特别长，但也出现了不少的问题，如储氢容器水压试验时的爆炸、压缩机膜片开裂、阀断裂等。

中国工程院院士郑津洋认为，必须建立氢能安全的研究体系与行业标准，为氢能产业的健康发展提供基础保障。

“企业对标准不感兴趣，说明市场没有起来。”李建秋指出，标准体系的建设对于液氢技术的应用推广至关重要。国内目前在液氢技术标准方面还存在不足，尤其是在重卡和航空领域，液氢的储运、加注、使用标准尚不完备，难以支撑大规模产业化应用。建议借鉴欧洲等发达国家的先进标准，同时加快国内标准的制定，以确保液氢技术在未来能有更快的发展和应用。

如果没有标准，产业的发展速度会大打折扣。实际上，在液氢乃至整个氢能产业领域，部分标准滞后、标准覆盖面不足的问题仍然存在。

关于液氢的标准制定，记者了解到，就在9月24日，依据《中关村氢能与燃料电池技术创新产业联盟团体标准管理办法（试行）》的有关规定，《液氢燃料电池电动商用车动力性能试验方法》等4项团体标准已通过标委会审定。

一般来说，团标在制定过程中往往更加灵活，能够迅速响应市场和技术创新的诉求，对当前推动氢能产业的进一步发展有重要意义。

进一步，关于获取准确的数据和推动产业标准化，江苏国富氢能技术装备股份有限公司联合创始人、战略科学家魏蔚认为，“中国需要不止一个液氢实验检测机构，最好建立五个以上的真实介质检测平台，分布在不同地区。液氮和液氦的实验数据无法代替液氢，必须进行真实的液氢实验。”

李建秋预测，2030年将是液氢发展的分水岭，在此之前，液氢的产能将缓慢增长，但2030年之后，随着碳达峰向碳中和的过渡，液氢的应用将大幅提速，带动整个氢能产业的转型升级。

2019年，氢能被首次写入政府工作报告；2020年“双碳”目标提出后，我国氢能源迎来更大的推广力度；2022年3月，国家能源局把氢能提升到我国未来能源的重要组成部分；2023年8月，国家发展改革委提出氢能源产品指导目录。

“我国的能源禀赋特征是煤炭多，油气较缺乏。根据去年年底公布的数据，我们算了一笔账，除水之外的可再生能源在一次结构能源中占的比例只有8%，水稳定保持在7%，此外，还有4%左右的核电。所以我国能源转型要走‘第二条路’，即把高碳能源低碳化利用，这个过程就是加氢减碳的过程。”在日前召开的风光氢储绿色能源发展大会上，彭苏萍表示。“我国氢能源现在面对的问题不是做不做，而是如何把它做好。”

今年1月，中集安瑞科旗下中集圣达因低温装备有限公司成功研发并下线国内首台商用液氢罐车；3月，中集圣达因设计开发的国内首台商用液氢球罐在安徽阜阳正式开工，该液氢球罐为双层真空球形容器，总容积400立方米，液氢装载量可达25吨以上。

从技术方面看，国内液氢的核心难点正在逐渐攻克中，一些装备环节已经实现国产化突破，部分核心部件则还有待进一步攻关。业内人士分析，氢能系统层面总体上已经迫近民用商业化的临界点，下一步就是需要在一些示范项目中去验证、改进和提高了。

市场需求才是新技术得以推广的最大动力，对于液氢来说，同样如此。