在10月26日举办的“2021中日韩氢能产业高峰论坛”上，江苏国富氢能技术装备股份有限公司战略总监魏蔚发表了主题为“液氢工厂发展前景与产业解决方案”的演讲。他从液氢产业前景、低能耗液氢开发、长距离液氢储运方法和产业解决方案四个方面进行了讲解。

江苏国富氢能技术装备股份有限公司战略总监魏蔚

一、双碳目标下中国液氢产业前景广阔

作为能源消费大国，我国石油、天然气高度依赖进口，已危及国家能源安全。而发展氢能，能一举解决我国能源体系的问题。氢能源由于各种优越特性，被认为是未来社会的“终极能源”，欧美发达国家均予以高度重视，我国也从国家战略高度定位了氢能源产业。2021年9月22日，中共中央国务院发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，提出非化石能源消费比重2030年达到25％左右，2060年达到80％以上，要深度调整产业结构，加快构建清洁低碳安全高效能源体系，加快推进低碳交通运输体系建设。魏蔚认为，在双碳目标下，中国液氮产业具有广阔的发展前景，主要体现为以下三方面：

2030实现碳达峰给制氢产业带来了机遇。要实现2030年碳达峰需要减少10亿吨标煤的规模，按照12亿千瓦可再生能源发电，2500h/年平均发电量可解决9亿吨标煤。其余的1亿吨标煤需要1000万吨绿氢来解决，即可再生能源电解水制氢能力达到3.5万吨/天，需要电解槽装机规模40GW。光伏实际发电量只有理论发电量的70%，上网率只有90%，而采用PEM制氢技术理论发电量的所有电力都可用于制氢。到2030年，我国可再生能源发电成本预计可降到0.1元/KWh，制氢成本降至1.45元/kg，极具竞争力。

绿氢固碳减排给液氢产业带来了市场机遇。要实现2030年碳达峰需要的1000万吨绿氢，如果有15%是液氢运输，则一天要生产出4500吨液氢，需要30吨的液氢工厂，150座左右。氢能产业链跟天然气产业链非常相似，包括它的生产运输和终端应用环节。因此目前天然气的发展路径可以作为氢能产业未来发展的借鉴。我国目前一年有2.5亿吨的天然气消费，其中接近30%是液化天然气消费。那么我国液氢未来10年成熟之后，市场上将有15%以上的液氢消费。中国目前有200座左右液化天然气工厂，那么未来有上百座液氢工厂也是能达到的，而这些绿氢会有80%用在能源、石油、化工和钢铁领域来实现能源和工业的重要减排，大概只有20%左右会用在交通领域。

中国燃料电池汽车及加氢站数量快速增长。到2020年，全球燃料电池汽车保有量32535辆，中国保有量7325辆，居全球第三。2020年中国增加1177辆，增量全球第一。截至2020年底，全球建成对外运营的加氢站527座，中国居全球第三。2020年中国增加49座加氢站，增量全球第一。截至2021年7月1日，中国累计建成146座加氢站，其中136座已投入运营，待运营的有10座，另有188座在建或规划中。按照2020年发布的《新能源汽车技术路线图2.0》，到2030年燃料电池汽车将达到100万辆，加氢站超过5000座。参考我国近万座天然气加气站的市场，其中LNG和L-CNG加气站占比约40%。考虑到液氢重卡配套和70MPa加氢需求，未来液氢储氢加氢站占比将不少于30%。

二、开发大规模低能耗液氢技术

如何开发大规模的低能耗液氢技术呢？魏蔚认为，借鉴美、欧、日、澳等国液氢产业的发展经验，我们应建立大规模的绿氢液化工厂，在规模效益下，氢液化能耗和成本会大幅下降，同时规模扩大也会带来技术路线和工艺流程的优化，从而降低液化能耗。

规模是决定氢液化能耗和成本的关键因素。对于液氢工厂来说，若规模只有2吨/天及以下，氢液化的能耗会超过每公斤20度电，而当液氢工厂的规模增加到50吨/天时，能耗就可降到每公斤8~9度电。若规模扩大到每天150吨/天时，液化能耗可降到每公斤6度电。液氢工厂的液化总成本包括固定投资成本和运行成本，总成本会随着规模的上升而逐渐下降。

技术路线和工艺流程优化带来能耗降低。随着规模的扩大，氢液化的技术路线和工艺流程都会相应带来优化。随着氢液化规模的扩大，采用基于氢膨胀制冷的改进型Claude循环系统可明显提升㶲效率。能源石化行业中，LNG、LEG、LPG、乙烯等有大量低温冷能，丙烷脱氢副产氢冷能利用来液化可大幅降低氢液化能耗。数据显示，100吨/天规模的氢液化成本仅为5吨/天规模的35%。当规模扩大至50吨/天时，采用氨膨胀预冷和MRC预冷比LN2预冷循环的能耗低，当规模扩大至100吨/天时能耗降低更显著。

美、欧、日、澳等国液氢产业的发展趋势借鉴。美国、欧洲、日本、澳大利亚等国家，液氢产业已经有了长足的发展。以美国为例，美国占有全球80%以上的液氢生产市场，其液氢出厂价只有2.5~4美元/千克，即17~27.5元人民币/千克。美国2018年后新建的液氢工厂，最小的规模也是30吨/天，大的甚至到100吨/天。澳大利亚也正在由液化天然气出口大国转型为液氢出口大国。而今年10月14号，美国知名的纳斯达克上市公司，全球领先的氢燃料电池交钥匙工程整体解决方案企业PLUG POWER，以液氢作为唯一的储运技术，已建成超百座的液氢加氢站，日消耗液氢40吨，服务3万辆燃料电池叉车。这家企业的规划是在2022年底建设4座液氢工厂，每天生产液氢200吨，到2025年底建成6座液氢工厂，生产每天液氢500吨。到2025年底，将在美国各地建设13座风能和太阳能工厂，以支持大规模绿氢的生产和绿氢的液化。为达成这一目标，PLUG POWER收购了一家领先的低温液化技术公司Applied Cryo Technologies，及一家电解水制氢企业。美国PLUG POWER的发展路径可作为我们未来对标和发展的对象。借鉴中国液化天然气产业的经验，未来我们要发展的是绿氢的液化工厂，而且是大规模的绿氢液化工厂。而中国液化天然气的进口比例非常高，跟澳大利亚相比，中国的液化天然气成本之所以高，是因为工厂多、规模小，产能很少超过百万吨，而澳大利亚的液化天然气产线都在四五百万吨，甚至上千万吨的规模，所以说澳大利亚的液化天然气能耗低。因此，我们在液化天然气产业链所走的弯路不要再走了。

因此，未来中国的液氢产业链早期采用大规模的化石燃料制氢。随着可再生能源发电成本的降低，电解水制氢具备了经济性之后，2GW的光伏装机就可以支持一个百吨级的绿氢制氢和液化工厂。随着海上风电和液化平台技术的发展，可以实现大规模的海上液氢工厂。那么在实现大规模的绿氢生产之后，如何实现长距离的绿氢液化和储运呢？

三、实现长距离绿氢液化和储运

魏蔚认为，发展海上风电制氢和液氢罐箱多式联运是实现长距离绿氢液化和储运的关键。

我国大规模可再生能源制氢，一是西北部的光伏制氢，二是海上制氢。可再生能源在陆地上的转移路径是高压槽罐拖车、液氢公路铁路运输及氢气管网。西北的光伏风电和沿海的海上风电电解水制氢之后，通过高压槽罐拖车就近消纳，或通过液氢公路和铁路罐箱运输到液氢储氢型加氢站或汽化站，或者通过氢气管网实现氢进万家。液氢既可以在终端进入到加氢站为各种车辆加氢，也可以为工业特种气体用户提供重要的工业原料。

发展液氢的能效性和经济性的逻辑在于，一是液氢工厂的能耗是随着规模的扩大而不断大幅度降低的。二是把氢气液化是最高密度的储氢和最高效的运输方式。液氢罐箱车单次运输2.5-3吨，是20MPa长管拖车的6-8倍，且运输车的自重降低30%左右，因此液氢的百公里运输费用只有20MPa长管拖车的10%-15%。三是氢的纯度更高。液氢零下253度的低温，使得它的气化具有最高的纯度和最优秀的品质，可以全产业链到终端都获得超纯氢，更有利于燃料电池和高端制造业。四是液氢在电解水制氢的氢源地液化电费更低。到了下游终端使用时可节省在加氢站使用时的电费，相当于比气态氢携带了更多廉价的绿电。在加氢站，液氢泵加注70MPa的综合能耗不超过2KWh/kg，比气氢加注综合能耗（35MPa下，3-4KWh/kg；70MPa下，6-8KWh/kg）低，能耗优势明显。此外，液氢能实现对加氢速度的提升，对安全性的提升，对70MPaIV型瓶的保护，这一点也是非常重要的。

海上风电发展和海上绿氢的生产和储运是最近几年的重要发展趋势。海面平坦风速大，年工作小时数长，土地费用低，沿海地区弃电率低。2020年底中国海上风电装机9GW，总量全球第二，增速全球第一。近海风电可以通过电缆上岸，也可以通过制氢和氢气管道上岸。若是中远海就只能通过氢气的低温液化，或者与氮气、空气合成液氨，通过液氢船或罐式集装箱进行联运。像中船集团、三峡能源等企业已开始海上风电制氢项目示范，而全球知名的海上风电厂商，通用电气、维斯塔斯、西门子歌美飒、中国海装、明阳智能等，其海上风电单机装机已经突破10兆瓦。

液氢船配送到陆地各地的运输方式，中间需要经过多次液氢转注环节，每多一次转注，就多一次空气进入液氢系统形成固体颗粒物的风险，同时每次转注都需要浪费一定量的氢气进行吹扫。只有在液氢进入超大规模应用，液氢船运输才具备经济性。

液氢罐箱多式联运，不仅可以海上运输和公路运输，还可以直接放置在加氢站和汽化站作为固定容器使用，实现了液氢从生产工厂直接到用户，最多可以减少三次转注。开发液氢罐箱多式联运，比液氢运输船和液氢海上接收站技术容易解决。

液氢罐箱比液氢罐车的公路运输更加安全。由于罐箱堆码的要求，液氢罐箱必须有框架的保护，因此在公路运输时，即使出现追尾、碰撞翻车等交通事故，液氢罐箱仍能在框架的保护下确保不损坏和泄露，从而大大提升安全性。而罐车由于没有刚性框架的保护，一旦发生追尾、碰撞，很容易发生泄露和二次燃烧爆炸。提升装备的安全性可以减少事故发生的概率，这对于液氮产业的健康快速发展具有重要意义。发展液氢罐箱的多式联运，可以加快液氢应用推广，同时推动海上风电制绿氢液化长距离储运的快速产业化。2021年10月24日，中共中央、国务院印发的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中指出，要大力发展多式联运。

四、国富氢能绿氢全产业链装备解决方案

最后，魏蔚表示，国富氢能作为绿氢全产业链装备解决方案的提供商，不仅在加氢站成套设备和车载供氢系统领域，已经在国内具有较高的市场占有率，为中国提供了60多座加氢站的成套设备和4500多辆燃料电池汽车的供电系统，同时还在8~30吨的氢液化装置、液氢储运容器、液氢罐箱，及500KW电解槽和电解水制氢装置这个产业链上全产业链布局。

公司自主设计的8-10吨/天的氢液化装置即将完工出厂。2022年上半年完成工厂的安装调试，具备生产液氢的硬性条件，而多式联运的ISO液氢罐式集装箱，已完成建造并进行低温性能试验，液氢的静态蒸发率不超过每天0.7%，可以确保15天以上的储存和不排放维持时间。

为支持山东省“氢进万家”项目和发展山东的氢能产业，今年5月国富氢能与合作伙伴联合成立了齐鲁氢能发展有限公司，规划了液氢高压氢以及副产干冰的氢能一体化项目。其中一期规划液氢产能10吨/天，在2022年达产二期，产能30吨/天，项目建设期2021年-2023年。未来，齐鲁氢能的发展定位是打造液氢工程设计、建造和运营服务能力，成为山东省液氢龙头企业和中国首家最有影响力的液氢化工程综合解决方案供应商。