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鸿达兴业液氢工厂投产,民用液氢产业蓄势待发

2020-04-29 10:44:24


此前,日本液氢运输船下水引起了世界范围内的广泛关注,这也是国际首艘液氢运输船,用以缓解日本本土氢气供需矛盾。我国氢能产业发展迅速,但在民用液氢方面近乎空白,远落后于发达国家,加快民用液氢产业发展也成为了氢能产业的共识。

日前,国内民用液氢终于取得突破。4月28日,鸿达兴业公告称氢液化工厂项目已经完成项目建设和安装调试等工作,现已建成投产,生产液氢、高纯氢气、超纯氢气等(产品纯度可达99.9999%以上)。据悉,该民用液氢工厂位于内蒙古自治区乌海市,年产液氢约180吨。4月25日上午经过系统联动调试,该工厂一次性开车成功,顺利产出液氢。除了鸿达兴业之外,浙江嘉华能源也正在嘉兴建设液氢工厂。

鸿达兴业填补了民用液氢空白的填补,有利于解决长距离氢气运输成本问题,打破国际对我国液氢产业的封锁,解决用氢地与产氢地错配问题,扩大氢能产业应用示范区域,加快国内氢能产业发展。


液氢技术有望实现氢气低价运输

一直以来,氢的高密度储运被认为是制约氢能产业发展的重大瓶颈之一。

当前,氢的输送主要有四种方式:一是高压气态运输,这是目前氢能汽车发展的主流技术;二是管道输送;三是低温液氢输送;四是固体或液体储氢运输。

受限于安全管理标准等问题,我国陆上运输以高压气态为主,运输成本高昂。根据实践,在现行20MPa高压气态下,1KG氢气运输成本将近10元/百公里。在目前副产氢成本在10-15元/KG的情况下,要达到站售氢气成本低于30元/kg,高压气态仅适用于200公里以内的短途运输,长途运输将依靠管道及低温液氢的发展。

液态氢是通过预冷和节流膨胀等工艺,把氢气降温到-253℃变成液体。液氢的体积能量密度约为35MPa高压气氢的3倍,70MPa的1.8倍。虽然将氢气从气态降温变为液体能耗较高,但当运输距离超过200千米时,液氢时的运输和能耗费用之和将低于高压气氢。日本、美国、德国等国的实践证明,液氢的运输成本仅为高压氢气的1/5-1/8。因此液氢在规模化储存、运输方面具有明显的优势,被视为降低氢气储运成本的重要手段。

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不同运氢方式成本对比


鸿达兴业液氢工厂的投产,标志着国内民用液氢行业正式起步。对比国外液氢发展情况,国内技术还未成熟、设备成本高且缺乏液氢相关的技术标准和政策规范,且国内布局液氢的企业较少,应用还仅限于航天行业,在民用方面还未实现使用。但真正突破国外技术封锁、形成规模化市场,仍有大量工作需要完成。


美国液氢产能全球占比85%,国内液氢市场近乎空白

据了解,全球目前已经有数十座液氢工厂,总液氢产能480吨/天,其中北美占了全球液氢产能总量的85%以上。美国本土已有15座以上的液氢工厂,液氢产能达326吨/天以上,居于全球首位,包括加拿大有80吨/天的液氢产能也为美国所用。欧洲4座液氢工厂液氢产能24吨/天。亚洲有16座液氢工厂,总产能38.3吨/天,其中日本占了亚洲三分之二的产能。全球近500座加氢站中液氢储氢型加氢站占比三分之一,主要分布在美国、欧洲和日本,且其新建的加氢站以液氢储氢型为主。

美国的民用液氢占据主流市场,且主要用于工业领域。其中33.5%用于石油化工行业,37.8%用于电子、冶金等其他行业,10%左右用于燃料电池汽车加氢站,仅有18.6%的液氢用于航空航天和科研试验。为了满足高端制造、冶金、能源、电子和航空航天等领域不断增长的需求,美国近两年还在加大液氢工厂建设力度。预计2021年美国本土的液氢产能将超过500吨/天。

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美国液氢应用领域占比


中国在用的液氢工厂仅有海南文昌、北京101所和西昌基地等寥寥数个,均服务航天火箭发射,总产能约为4吨/天,最大的海南文昌液氢工厂产能也仅2吨/天,民用液氢市场在鸿达兴业工厂投产后才不是一片空白。也正是因为如此,中国液氢生产成本高达500元/kg,是美国的20倍以上(2.5美元/kg),产品质量和制造水平与美国存在较大差距。 


发展自主技术才能打破外国技术封锁

多年以来,美国一直对中国禁运与大规模液氢生产和储运相关系统装备和组件、测试检测与生产装备(如氢液化装置、氢膨胀机、正仲氢转化器、液氢泵、DN50以上液氢阀门等)、材料(超低温用碳纤维增强复合材料)、工艺技术(10吨/天及以上氢液化装置与工艺),也禁止NASA和美国企业与中国航天系统开展液氢技术领域内任何形式的技术交流与合作。美国在对中国技术禁运的同时,也限制其盟国向中国出售设备和技术。

只有在国内打破技术垄断,但各项技术及标准尚未成熟、成本偏高之际,外国才会取消禁运条例并向国内出口成熟技术以打压国内技术发展甚至扼杀在摇篮之中。

以汽车产业为例,由于国内缺乏ESP相关技术,博世公司一直垄断了国内ESP市场并高价出售相关产品。在比亚迪宣布成功研发自主ESP系统后,博世公司以比亚迪自有成本价的一半出售其ESP产品,最终使比亚迪放弃使用自主开发的系统,成功维护了其垄断地位。

在液氢市场上相似场景也在重演。

在上个世界末中国自主开发了小型氦膨胀机和氢液化装置后,法液空和林德开始向中国出售2吨/天及以下的氢液化装置,但其规模仅够科研试验用途,10吨/天及以上领域的大型氢液化技术与成套装置仍属于禁运设备,同时DN50及以上的液氢阀门、氢膨胀机和氢潜液泵等关键设备和零部件也未开放。

在中国2015年实现了火箭发射场用300m³大型液氢罐的自主设计和小批量生产,打破了发达国家在液氢储存领域的垄断之后,美国企业对中国液氢储运容器的管制开始有所放松。美国Gardner Cryogenics等企业开始谋划特种设备使用进口,将此前禁运的ISO液氢罐箱通过国家市场管理局及行业评审机构进入中国使用,以支持美国气体公司利用液氢罐箱向中国高价出口和倾销美国的液氢,在中国民用超纯氢市场谋取暴利(中国6N以上超纯氢的制取成本超过150元/kg,是美国本土液氢售价的8倍左右)。

从2017年开始,全国氢能标委会组织国内涉及液氢生产运营和液氢装备研究、制造企业,高等院校编写制定了《液氢生产系统技术规范》《液氢贮存和运输安全技术要求》《氢能汽车用燃料液氢》三项国家标准,在调查研究、试验检测和总结经验的基础上完成了送审稿,已在2019年10月审查通过,可望在今年年中发布实施。

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液氢贮存相关国内标准


在中国企业将航天技术军民融合、开展民用液氢储运装备的标准制订和技术应用之际,外国企业一边推广自己的装备和推销液氢同时,一边诋毁中国氢液化技术不成熟、不具有经济性、液氢储运装备安全性不达标等,并质疑中国民用氢液化、储运技术和标准,企图干预和阻碍中国企业液氢储运、制取装备的开发进程。

在外国严密的技术封锁之下,与其他行业一样,只有实现了液氢自主技术突破,才能打破外国封锁,进而走向全球市场。目前国内除了鸿达兴业外,还有国富氢能、未势能源、中科富海等多家企业正致力于民用液氢技术的开发和推广。氢气既是能源,也是工业气体,液氢产业的发展不仅关系到氢能汽车发展,也关系到石油、电子、冶金等产业的发展,希望国内氢能企业能够学习借鉴外国企业先进经验、敢于先试先行、积极申请国家重大项目,推动国内民用液氢产业的发展,进而助推其他产业向高端转型升级。