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鴻達興業液氫工廠投產,民用液氫產業蓄勢待發

2020-04-29 10:44:24


此前,日本液氫運輸船下水引起了世界范圍內的廣泛關注,這也是國際首艘液氫運輸船,用以緩解日本本土氫氣供需矛盾。我國氫能產業發展迅速,但在民用液氫方面近乎空白,遠落后于發達國家,加快民用液氫產業發展也成為了氫能產業的共識。

日前,國內民用液氫終于取得突破。4月28日,鴻達興業公告稱氫液化工廠項目已經完成項目建設和安裝調試等工作,現已建成投產,生產液氫、高純氫氣、超純氫氣等(產品純度可達99.9999%以上)。據悉,該民用液氫工廠位于內蒙古自治區烏海市,年產液氫約180噸。4月25日上午經過系統聯動調試,該工廠一次性開車成功,順利產出液氫。除了鴻達興業之外,浙江嘉華能源也正在嘉興建設液氫工廠。

鴻達興業填補了民用液氫空白的填補,有利于解決長距離氫氣運輸成本問題,打破國際對我國液氫產業的封鎖,解決用氫地與產氫地錯配問題,擴大氫能產業應用示范區域,加快國內氫能產業發展。


液氫技術有望實現氫氣低價運輸

一直以來,氫的高密度儲運被認為是制約氫能產業發展的重大瓶頸之一。

當前,氫的輸送主要有四種方式:一是高壓氣態運輸,這是目前氫能汽車發展的主流技術;二是管道輸送;三是低溫液氫輸送;四是固體或液體儲氫運輸。

受限于安全管理標準等問題,我國陸上運輸以高壓氣態為主,運輸成本高昂。根據實踐,在現行20MPa高壓氣態下,1KG氫氣運輸成本將近10元/百公里。在目前副產氫成本在10-15元/KG的情況下,要達到站售氫氣成本低于30元/kg,高壓氣態僅適用于200公里以內的短途運輸,長途運輸將依靠管道及低溫液氫的發展。

液態氫是通過預冷和節流膨脹等工藝,把氫氣降溫到-253℃變成液體。液氫的體積能量密度約為35MPa高壓氣氫的3倍,70MPa的1.8倍。雖然將氫氣從氣態降溫變為液體能耗較高,但當運輸距離超過200千米時,液氫時的運輸和能耗費用之和將低于高壓氣氫。日本、美國、德國等國的實踐證明,液氫的運輸成本僅為高壓氫氣的1/5-1/8。因此液氫在規?;瘍Υ?、運輸方面具有明顯的優勢,被視為降低氫氣儲運成本的重要手段。

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不同運氫方式成本對比


鴻達興業液氫工廠的投產,標志著國內民用液氫行業正式起步。對比國外液氫發展情況,國內技術還未成熟、設備成本高且缺乏液氫相關的技術標準和政策規范,且國內布局液氫的企業較少,應用還僅限于航天行業,在民用方面還未實現使用。但真正突破國外技術封鎖、形成規?;袌?,仍有大量工作需要完成。


美國液氫產能全球占比85%,國內液氫市場近乎空白

據了解,全球目前已經有數十座液氫工廠,總液氫產能480噸/天,其中北美占了全球液氫產能總量的85%以上。美國本土已有15座以上的液氫工廠,液氫產能達326噸/天以上,居于全球首位,包括加拿大有80噸/天的液氫產能也為美國所用。歐洲4座液氫工廠液氫產能24噸/天。亞洲有16座液氫工廠,總產能38.3噸/天,其中日本占了亞洲三分之二的產能。全球近500座加氫站中液氫儲氫型加氫站占比三分之一,主要分布在美國、歐洲和日本,且其新建的加氫站以液氫儲氫型為主。

美國的民用液氫占據主流市場,且主要用于工業領域。其中33.5%用于石油化工行業,37.8%用于電子、冶金等其他行業,10%左右用于燃料電池汽車加氫站,僅有18.6%的液氫用于航空航天和科研試驗。為了滿足高端制造、冶金、能源、電子和航空航天等領域不斷增長的需求,美國近兩年還在加大液氫工廠建設力度。預計2021年美國本土的液氫產能將超過500噸/天。

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美國液氫應用領域占比


中國在用的液氫工廠僅有海南文昌、北京101所和西昌基地等寥寥數個,均服務航天火箭發射,總產能約為4噸/天,最大的海南文昌液氫工廠產能也僅2噸/天,民用液氫市場在鴻達興業工廠投產后才不是一片空白。也正是因為如此,中國液氫生產成本高達500元/kg,是美國的20倍以上(2.5美元/kg),產品質量和制造水平與美國存在較大差距。 


發展自主技術才能打破外國技術封鎖

多年以來,美國一直對中國禁運與大規模液氫生產和儲運相關系統裝備和組件、測試檢測與生產裝備(如氫液化裝置、氫膨脹機、正仲氫轉化器、液氫泵、DN50以上液氫閥門等)、材料(超低溫用碳纖維增強復合材料)、工藝技術(10噸/天及以上氫液化裝置與工藝),也禁止NASA和美國企業與中國航天系統開展液氫技術領域內任何形式的技術交流與合作。美國在對中國技術禁運的同時,也限制其盟國向中國出售設備和技術。

只有在國內打破技術壟斷,但各項技術及標準尚未成熟、成本偏高之際,外國才會取消禁運條例并向國內出口成熟技術以打壓國內技術發展甚至扼殺在搖籃之中。

以汽車產業為例,由于國內缺乏ESP相關技術,博世公司一直壟斷了國內ESP市場并高價出售相關產品。在比亞迪宣布成功研發自主ESP系統后,博世公司以比亞迪自有成本價的一半出售其ESP產品,最終使比亞迪放棄使用自主開發的系統,成功維護了其壟斷地位。

在液氫市場上相似場景也在重演。

在上個世界末中國自主開發了小型氦膨脹機和氫液化裝置后,法液空和林德開始向中國出售2噸/天及以下的氫液化裝置,但其規模僅夠科研試驗用途,10噸/天及以上領域的大型氫液化技術與成套裝置仍屬于禁運設備,同時DN50及以上的液氫閥門、氫膨脹機和氫潛液泵等關鍵設備和零部件也未開放。

在中國2015年實現了火箭發射場用300m3大型液氫罐的自主設計和小批量生產,打破了發達國家在液氫儲存領域的壟斷之后,美國企業對中國液氫儲運容器的管制開始有所放松。美國Gardner Cryogenics等企業開始謀劃特種設備使用進口,將此前禁運的ISO液氫罐箱通過國家市場管理局及行業評審機構進入中國使用,以支持美國氣體公司利用液氫罐箱向中國高價出口和傾銷美國的液氫,在中國民用超純氫市場謀取暴利(中國6N以上超純氫的制取成本超過150元/kg,是美國本土液氫售價的8倍左右)。

從2017年開始,全國氫能標委會組織國內涉及液氫生產運營和液氫裝備研究、制造企業,高等院校編寫制定了《液氫生產系統技術規范》《液氫貯存和運輸安全技術要求》《氫能汽車用燃料液氫》三項國家標準,在調查研究、試驗檢測和總結經驗的基礎上完成了送審稿,已在2019年10月審查通過,可望在今年年中發布實施。

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液氫貯存相關國內標準


在中國企業將航天技術軍民融合、開展民用液氫儲運裝備的標準制訂和技術應用之際,外國企業一邊推廣自己的裝備和推銷液氫同時,一邊詆毀中國氫液化技術不成熟、不具有經濟性、液氫儲運裝備安全性不達標等,并質疑中國民用氫液化、儲運技術和標準,企圖干預和阻礙中國企業液氫儲運、制取裝備的開發進程。

在外國嚴密的技術封鎖之下,與其他行業一樣,只有實現了液氫自主技術突破,才能打破外國封鎖,進而走向全球市場。目前國內除了鴻達興業外,還有國富氫能、未勢能源、中科富海等多家企業正致力于民用液氫技術的開發和推廣。氫氣既是能源,也是工業氣體,液氫產業的發展不僅關系到氫能汽車發展,也關系到石油、電子、冶金等產業的發展,希望國內氫能企業能夠學習借鑒外國企業先進經驗、敢于先試先行、積極申請國家重大項目,推動國內民用液氫產業的發展,進而助推其他產業向高端轉型升級。





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