近日,我国神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,3名航天员安全出舱。至此,我国空间站阶段首次载人飞行任务取得圆满成功。氢能作为火箭发动机燃料,在我国航天领域扮演着越来越重要的角色。
早在今年4月29日,我国空间站“天和”核心舱被长征五号B型火箭送入太空,采用的就是自主研制的液氢、液氧发动机。未来,我国为载人登月设计的长征九号也将采用推力更大的氢氧发动机。可以说,液氢液氧发动机已经成为了我国新一代运载火箭主要的发展方向。
氢气具备来源广泛、清洁高效和应用场景丰富等优点,被认为是21世纪的终极能源,发展氢能对于我国实现双碳目标和能源转型升级具有重要的支撑作用。
然而我国氢能发展起步较晚,氢产业链制储运加等许多环节关键技术仍掌握在美欧等西方国家手中,他们不但进行相关的技术封锁,还以高价出售相关的技术设备,一定程度上制约了我国氢能产业的发展。
其中就有法国网友妄言,长征五号氢氧发动机中的液态氢燃料全部依赖法国法液空公司制氢设备——“只要法国人停止供应,中国空间站建设就得立刻暂停”。这样卡脖子的关键技术如果不能掌握在自己手中,我国航天以及氢能产业的发展永远都会受制于人。
让人振奋的是,近日,由中国航天科技集团有限公司六院101所(下称“航天101所”)研制的我国首套自主知识产权的基于氦膨胀制冷循环的氢液化系统调试成功,从而实现了液氢完全国产。
据了解,该套氢液化技术系统研制历时400多天,包括透平膨胀机、控制系统、压缩机、正仲氢转化器等核心设备在内的90%以上的设备完全采用国产,填补了我国自主知识产权的液氢规模化生产方面的空白。
氢能的使用主要包括氢气的生产、储存和运输、应用等方面,而决定氢能应用关键的是安全高效的氢能储运技术。可以说,该项研发的突破不仅在保障运载火箭燃料供给方面有重要的战略意义,同时为我国氢能产业氢的规模化储运提供了自主可控的技术和装备基础,促进氢气成本的下降。
氢能属于新兴产业,也是技术密集型产业,每一项技术的突破都需要耗费大量的人力、物力成本。国外公司不是慈善组织,想要获得所谓的“先进技术”必然要付出高昂的代价,这种代价最终都会转嫁在每一克氢气上,让消费者买单。
高成本是当前氢能大规模推广的主要难题。以加氢站建设为例,加氢站主要设施包括储氢装置、压缩设备、加注设备和站控系统等,目前每座加氢站建设成本平均为1200万-2000万元,其中压缩机成本最高,约占总成本的30%,需要大量进口,其他环节大量进口的设备也不在少数。值得注意的是,当前氢气压缩机国产化比例正在逐步提高,加氢站建设费用已大幅下降。
再以氢燃料电池汽车为例,北京奥运会之前,我国从德国采购的3辆梅赛德斯-奔驰燃料电池客车每辆高达180万美元,相当于1490万元人民币,可谓天价,百公里氢耗费用也是惊人。十多年后,每辆燃料电池公交车的费用已经降到了约200万元,百公里氢耗只有6.7kg/100km,如果按照氢气每公斤30元计算,百公里氢耗在200元左右,已经低于燃油车运营费用。
氢能产业实现高质量发展既是技术问题,也是经济问题。许多教训早已证明,只有走自主研发之路,自主掌握核心技术,再通过技术转化进行规模化生产,才能一劳永逸,从源头降低氢气成本,最终让消费者得到实惠,氢能应用才能得到普及。
对此,一些科研院所已经提前布局。以航天101所为例,截至目前,101所已基本完成我国商用市场两个氢液化系统集成建设项目,也是目前我国商用市场仅有的两个已调试成功的氢液化系统项目。此外,航天101所和国内多个企业也有合作。2020年9月,搭载有航天101所研制的60kg车载液氢供氢系统的北汽福田32T液氢重卡正式发布,是我国也是全球首款液氢重卡。
事实再次证明,科学技术是第一生产力,科技进步是我国降低氢能成本的关键所在。随着国家氢能相关扶持政策的出台,氢能产业正在逐步进入“科技研发-规模化-降低成本-开拓市场-科技研发”的良性循环模式,氢能社会到来的速度正在加快。