氫的液化是利用低溫深冷技術(shù)，將壓縮后的氫氣降溫至零下252.8℃，使其成為液態(tài)產(chǎn)品，并存儲于特制的絕熱容器中。氫液化技術(shù)是伴隨著航天領(lǐng)域?qū)σ簹涞男枨蟀l(fā)展起來的。隨著工業(yè)革命和氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，液氫應(yīng)用已經(jīng)從航天領(lǐng)域擴展到民用工業(yè)、交通和能源領(lǐng)域。
據(jù)悉，我國液氫主要應(yīng)用于航天和軍事領(lǐng)域，具備液氫生產(chǎn)能力的文昌基地、西昌基地和北京航天101所，均服務(wù)于航天火箭發(fā)射領(lǐng)域。民用液氫領(lǐng)域處于起步階段，規(guī)模較小。在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展風(fēng)口下，近兩年液氫設(shè)備國產(chǎn)化，民用液氫項目發(fā)展節(jié)奏加快。2022年3月發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃》指出，推動低溫液氫儲運產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。目前，北京航天101所、國富氫能、中科富海等企業(yè)積極發(fā)展液氫自主技術(shù)，在裝備設(shè)計制造、工程系統(tǒng)解決方案、服務(wù)供應(yīng)等方面具備較強的實力。
北京航天101所承擔(dān)集團(tuán)公司自主研發(fā)項目“液態(tài)儲氫加氫示范系統(tǒng)及其關(guān)鍵設(shè)備研制”課題于2023年3月通過航天科技(9.710, -0.04, -0.41%)集團(tuán)驗收。承建的國內(nèi)首座民用市場液氫工廠（0.5t/d）及其研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的基于氦膨脹制冷循環(huán)的國產(chǎn)噸級氫液化工廠（2t/d）已成功運行。
國富氫能致力于成為綠氫全產(chǎn)業(yè)鏈裝備解決方案提供商，著力構(gòu)建從可再生能源制氫-氫液化及液氫儲運-終端應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)模式，布局了液氫加氫站、液氫加氫機，車載液氫燃料罐等產(chǎn)品。2022年11月，國富氫能與烏蘭察布市察右中旗政府簽約風(fēng)光制氫一體化示范項目，初步規(guī)劃可再生能源裝機約400MW，項目擬分兩期建設(shè)，一期液氫規(guī)模10t/d，二期液氫規(guī)模30t/d。2023年4月，國富氫能10t/d氫液化工廠核心設(shè)備及PEM水電解制氫系統(tǒng)下線，核心設(shè)備擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，未來繼續(xù)向30t/d規(guī)模升級。
中科富海擁有全套自主知識產(chǎn)權(quán)，可以獨立研發(fā)集成制造大型氫液化設(shè)備。在氫液化設(shè)備方面，中科富海聯(lián)合中科院理化所先后投入1.5t/d、5t/d、10t/d成套氫氣液化裝置的開發(fā)，致力突破高速氫透平膨脹機、正仲氫轉(zhuǎn)化技術(shù)、超低漏率板翅式換熱器、系統(tǒng)集成智能調(diào)控等自主知識產(chǎn)權(quán)核心關(guān)鍵技術(shù)，逐步實現(xiàn)成套裝備國產(chǎn)化。2023年3月，中科富海下線“5t/d氫液化器大型臥式冷箱”核心設(shè)備，為后續(xù)成套大型5t/d液氫工廠示范奠定基礎(chǔ)。
液氫相比高壓氣態(tài)儲氫具備很多優(yōu)勢：一是儲重比大。液氫相比于氣態(tài)儲氫的最大優(yōu)勢是密度大，液氫公路罐車單次運輸能力在2.5噸~3.3噸，是20MPa長管拖車單次運輸能力6倍~8倍，且運輸車自重降低30%左右，更加適用于規(guī)?；瘍\氫。二是儲存壓力低，可保證安全。液氫日常儲存運輸?shù)膲毫Φ燃壿^低，遠(yuǎn)低于高壓氣氫儲運壓力等級，在日常運營過程中更易保證安全。三是液氫汽化純度高。各環(huán)節(jié)的雜質(zhì)含量能得到有效控制，純度能夠達(dá)到6N~7N，滿足燃料電池汽車、電子芯片等高純氫需求。四是中遠(yuǎn)距離運輸，液氫成本優(yōu)勢明顯。在中長途（200km~1000km）儲運場景下，液氫儲運規(guī)模大、效率高，成本約為高壓氣態(tài)儲運成本的1/10，具備成本優(yōu)勢。
但是，液氫儲運也存在一定的劣勢：一是液氫技術(shù)門檻較高。液氫技術(shù)在我國發(fā)源于航天領(lǐng)域，技術(shù)入門要求較高。目前，液氫制取、應(yīng)用集中在航天產(chǎn)業(yè)，服務(wù)于航天火箭發(fā)射領(lǐng)域，受眾范圍小。二是絕熱性能要求高。液氫的沸點極低（-252.8℃），與環(huán)境溫差極大，對容器的絕熱要求很高。三是液化工廠投資大，能耗較高。氫液化工廠前期設(shè)備投資較大，現(xiàn)階段液氫市場需求小，規(guī)?；瘧?yīng)用不足，產(chǎn)能規(guī)模上升緩慢，導(dǎo)致液氫單位生產(chǎn)能耗比高壓氣氫單位能耗大。
成本方面，液氫成本與氫氣成本、液化綜合能耗成本高度相關(guān)，氫氣成本占比約58%，液化系統(tǒng)綜合能耗成本占比約20%。主要影響因素為氫氣源成本與液化工廠所在地的電價。另外，氫液化具有規(guī)模效應(yīng)，液化規(guī)模由5t/d擴大至50t/d時，液化成本可降低50%。未來，氫液化規(guī)模與核心裝備技術(shù)國產(chǎn)化是液氫降本的重點。
隨著氫能應(yīng)用規(guī)模的增大，液氫儲運市場所占的比重將越來越大，可以充分利用海上風(fēng)電、三北地區(qū)低價可再生能源制取綠氫，再利用當(dāng)?shù)氐蛢r電力進(jìn)行液化。預(yù)計到2025年，國內(nèi)液氫年產(chǎn)能規(guī)模達(dá)7萬噸，2030年國內(nèi)液氫年產(chǎn)能規(guī)模達(dá)18.5萬噸。預(yù)計2025年，液態(tài)儲氫容器具備大規(guī)模生產(chǎn)能力，液氫罐車試制完成。到2030年，低溫液態(tài)儲氫技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，儲氫容器的瓶口閥、管路、泄放閥等核心零部件，以及加氫裝置的止回閥、控制系統(tǒng)基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，成套技術(shù)設(shè)備國產(chǎn)化率超過85%，絕熱性能追平國際水平，低溫液態(tài)儲氫規(guī)模應(yīng)用，將成為中遠(yuǎn)距離氫能儲運的最佳技術(shù)方案之一
