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1引言

隨著發(fā)展方式、人口及消費(fèi)模式等諸多因素的影響，能源消費(fèi)總量快速增長(zhǎng)，由此導(dǎo)致的資源、環(huán)境問(wèn)題日益突出。首先，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“富煤、少油、缺氣”的狀態(tài)，能源結(jié)構(gòu)單一，以有限存量化石燃料的燃燒導(dǎo)致我國(guó)成為遭受污染、風(fēng)暴、干旱等災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。近年來(lái)，燃煤、揚(yáng)塵、汽車(chē)尾氣等地面顆粒物的排放是我國(guó)霧霾的主要來(lái)源。據(jù)《中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)環(huán)境管理年報(bào)2017》顯示，2016年全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)到2.95億輛，排放污染物4472.5萬(wàn)噸，其中氮氧化物(NOx)577.8萬(wàn)噸，顆粒物(PM)53.4萬(wàn)噸。其次，我國(guó)的CO2減排面臨迫切性。2015年，我國(guó)簽署《巴黎協(xié)定》，目標(biāo)是在2030年中國(guó)單位GDP的二氧化碳排放要比2005年下降60%～65%，非化石能源在總的能源當(dāng)中的比例提升到20%左右。低碳綠色能源的開(kāi)發(fā)在減排過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的作用。最后，我國(guó)目前的能源供應(yīng)安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2018年中國(guó)原油對(duì)外依存度已經(jīng)超過(guò)了71%，天然氣對(duì)外依存度也高達(dá)43%。因此，綠色清潔高效低成本的能源開(kāi)發(fā)利用是未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要研究方向。 

氫能以其來(lái)源廣、可儲(chǔ)存、可再生、燃燒熱值高、可電可燃、零污染的特殊稟性，是一種值得期待的清潔高效的二次能源，成為國(guó)際能源變革的重要選擇，被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础?/span>結(jié)合我國(guó)實(shí)際，發(fā)展氫能對(duì)保障國(guó)家能源供應(yīng)安全、應(yīng)對(duì)氣候變化以及優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)具有一定的支撐作用。 

然而，當(dāng)前我國(guó)氫能利用的主要特點(diǎn)是“就地生產(chǎn)，就地消費(fèi)”，全生命周期商業(yè)化應(yīng)用中諸如制取、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用等各環(huán)節(jié)還不夠成熟，而儲(chǔ)運(yùn)是其中的瓶頸環(huán)節(jié)。目前常見(jiàn)的儲(chǔ)運(yùn)方式是高壓氣態(tài)氫及液態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫方式相對(duì)成熟，截止2010年10月，215座加氫站中，80%以上都采用了高壓氫氣存儲(chǔ)的方法。然而，氫氣的密度低，20MPa壓力下，其密度為14.4kg/m3，即使未來(lái)達(dá)到70MPa的儲(chǔ)運(yùn)壓力，其密度也僅為39kg/m3。對(duì)于儲(chǔ)氫密度來(lái)說(shuō)，一個(gè)充氣壓力為15MPa的標(biāo)準(zhǔn)高壓鋼瓶?jī)?chǔ)氫重量?jī)H約為1.0%;供太空用鈦瓶的儲(chǔ)氫重量也僅為5%。針對(duì)以上存儲(chǔ)密度低的問(wèn)題，近年來(lái)，研究人員把目光轉(zhuǎn)向了液態(tài)儲(chǔ)氫方式，液氫在常壓下的密度為70.9kg/m，相當(dāng)于70MPa氫氣密度的1.8倍。車(chē)載液氫瓶的存儲(chǔ)密度可達(dá)到6.67%。因此低溫液態(tài)儲(chǔ)氫在存儲(chǔ)密度、容量上等方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)。 但是，目前我國(guó)的液氫主要是為航天服務(wù)，相應(yīng)的在運(yùn)行的氫液化裝置位于航天發(fā)射場(chǎng)場(chǎng)區(qū)內(nèi)，且裝置均為國(guó)外進(jìn)口，相關(guān)液氫產(chǎn)業(yè)鏈的民用化技術(shù)嚴(yán)重滯后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家。

鑒于此，本文首先概述了氫液化技術(shù)的發(fā)展，并對(duì)不同的氫液化方式進(jìn)行比較，研究了國(guó)際氫能研究項(xiàng)目WE－NET及IDEALHY的大規(guī)模氫液化流程的特點(diǎn)，為今后氫能的商業(yè)化應(yīng)用做技術(shù)儲(chǔ)備。此外，定量對(duì)比分析高壓氫氣與液氫應(yīng)用中在同樣的初始條件下從氣源到終端用戶(hù)使用所涉及的能耗。最后，總結(jié)了目前氫液化過(guò)程相關(guān)技術(shù)的研究熱點(diǎn)跟難點(diǎn)，并對(duì)未來(lái)液氫的大規(guī)模應(yīng)用進(jìn)行展望。

2氫液化技術(shù)發(fā)展 

液氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的發(fā)展以氫液化裝置的研究獲得液氫為基礎(chǔ)。因此，液氫的獲得需要通過(guò)一定的制冷方式將溫度降低到氫的沸點(diǎn)以下。按照制冷方式的不同，主要的氫液化系統(tǒng)有:預(yù)冷的Linde－Hampson系統(tǒng)、預(yù)冷型Claude系統(tǒng)和氦制冷的氫液化系統(tǒng)。上述三種流程形式各有特點(diǎn)，Linde－Hampson循環(huán)能耗高、效率低、技術(shù)相對(duì)落后，不適合大規(guī)模應(yīng)用。Claude循環(huán)綜合考慮設(shè)備以及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，適用于大規(guī)模氫液化裝置，尤其是液化量在3噸/天(TPD)以上的系統(tǒng)。氦制冷的氫液化裝置由于近年來(lái)國(guó)際及國(guó)內(nèi)氦制冷機(jī)的長(zhǎng)足發(fā)展，其采用間壁式換熱形式，安全性更高，但是由于其存在換熱溫差，整機(jī)效率稍遜于Claude循環(huán)，更適用于3TPD以下的裝置。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)制造難度、設(shè)備投資以及系統(tǒng)的大小進(jìn)行液化循環(huán)的合理選擇。 

液氫儲(chǔ)運(yùn)形式中液氫制取的功耗在總功耗中占據(jù)很大比重。目前，隨著關(guān)鍵設(shè)備的進(jìn)步以及流程的創(chuàng)新，氫液化裝置的比功耗逐漸降低。圖1標(biāo)示了理論的三種流程、實(shí)際運(yùn)行流程以及部分概念性流程循環(huán)效率以及比功耗。從圖中可以直觀地看出，理論流程的效率低，比功耗大，即使是效率最高的預(yù)冷的Claude循環(huán)的理論流程的循環(huán)效率仍低于10%，比功耗高于30kWh/kgLH2;目前在運(yùn)行的氫液化裝置的相對(duì)循環(huán)效率在20%—30%之間，比功耗約為10—15kWh/kgLH2，例如圖中Ingolstadt、Leuna的氫液化比功耗分別為13.6，11.9kWh/kgLH2;概念性流程的循環(huán)效率高于30%，比功耗小于10kWh/kgLH2。1kg氫氣的可用能為33kWh，按照目前已經(jīng)運(yùn)行流程的12kWh/kg來(lái)計(jì)算，液化每kg氫氣約用掉了36%的可用能。為了使今后的大規(guī)模應(yīng)用過(guò)程中提高氫能應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性，國(guó)際大型機(jī)構(gòu)也就大規(guī)模低成本氫液化裝置開(kāi)展深入研究。具有典型代表性的研究項(xiàng)目有，日本W(wǎng)orldEnergyNetwork(WE－NET)項(xiàng)目，歐洲IDEALHY項(xiàng)目。下面分別介紹上述項(xiàng)目的流程以及研究成果。

液氫制取流程的研究及優(yōu)化以循環(huán)效率為最終目標(biāo)。圖1標(biāo)示了理論流程、實(shí)際運(yùn)行流程以及部分概念性流程效率以及單位能耗。從圖中可以直觀的看出，理論流程的效率低，單位能耗大，即使是效率最高的預(yù)冷的Claude循環(huán)，其理論流程效率仍低于10%，單位能耗高于30kWh/kgLH2;目前在運(yùn)行的氫液化裝置的相對(duì)循環(huán)效率在20%—30%之間，單位能耗約為10—15kWh/kgLH2，例如圖中Ingolstadt、Leuna的氫液化單位能耗分別為13.6kWh/kgLH2，11.9kWh/kgLH2;概念性流程的循環(huán)效率高于30%，單位能耗小于10kWh/kgLH2。為了提高今后大規(guī)模應(yīng)用中氫能的經(jīng)濟(jì)性，國(guó)際大型機(jī)構(gòu)對(duì)大規(guī)模低成本氫液化系統(tǒng)開(kāi)展深入研究。具有典型代表性的研究項(xiàng)目有，日本W(wǎng)E－NET，歐洲IDEALHY。下面分別介紹上述項(xiàng)目的流程特點(diǎn)以及研究成果。

 

2.1 日本W(wǎng)orldEnergyNetwork(WE－NET)項(xiàng)目 

日本W(wǎng)E－NET項(xiàng)目目標(biāo)定位于未來(lái)氫能的大規(guī)模輸運(yùn)及儲(chǔ)存，針對(duì)大型氫液化裝置－液化量300TPD的流程進(jìn)行研究，其流程圖如圖2所示。

 

循環(huán)中300K到80K溫區(qū)的熱量主要由液氮帶走，然后利用單獨(dú)的制冷循環(huán)，通過(guò)膨脹制冷的形式進(jìn)一步降溫。液化路氫氣首先將來(lái)流氫氣壓縮到設(shè)計(jì)壓力，然后通過(guò)各級(jí)換熱器逐漸降溫，最終液氫存儲(chǔ)溫度為20.4K@1.06bar。氫的正仲轉(zhuǎn)化除在80K液氮溫區(qū)采用等溫轉(zhuǎn)化外，其他各級(jí)在換熱器通道內(nèi)設(shè)置催化劑Fe2(OH)3，完成近似連續(xù)轉(zhuǎn)化過(guò)程，產(chǎn)品液氫中仲氫的濃度＞95%。考慮目前透平膨脹機(jī)的輸出功率較大，采用回收透平膨脹機(jī)功率減小系統(tǒng)耗功，提高循環(huán)效率。為了進(jìn)行優(yōu)選，進(jìn)一步比較了采用氫循環(huán)，氦循環(huán)，氖循環(huán)的低溫透平冷卻形式的循環(huán)單位能耗，分別為8.5，8.69，8.59kWh/kgLH2。從上述技術(shù)指標(biāo)來(lái)看，采用氫循環(huán)進(jìn)行冷卻是最合適、最經(jīng)濟(jì)的。氫Claude循環(huán)的計(jì)算條件如表1所示。 

 

2.2歐洲IIntegrated Design for Efficient Advanced Liquefaction of Hydrogen(DEALHY)項(xiàng)目 

IDEALHY項(xiàng)目的目標(biāo)是通過(guò)設(shè)計(jì)與優(yōu)化大幅降低系統(tǒng)的單位能耗，達(dá)到6kWh/kgLH2左右的目標(biāo)。其針對(duì)建立液化量為50TPD的氫液化裝置，單位能耗最終優(yōu)化為6.4kWh/kgLH2。從如圖3所示的流程圖中，可以將整個(gè)過(guò)程分為以下5個(gè)階段:

(1)入口氣體的壓縮;

(2)冷卻到279K;

(3)混合制冷劑預(yù)冷到130K;

(4)布雷頓循環(huán)冷卻到26.8K;

(5)終極膨脹與液化。產(chǎn)品品質(zhì):液氫溫度22.8K，純度100%，仲氫濃度98%。為了達(dá)到低的單位能耗，過(guò)程參數(shù)以及關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)與目前常用流程的對(duì)比見(jiàn)表2，主要差別體現(xiàn)在過(guò)程氫氣的壓力，預(yù)冷方式，預(yù)冷的制冷劑，以及壓縮方式和最終的膨脹形式。

除上述兩個(gè)具有代表性的國(guó)際項(xiàng)目外，很多學(xué)者也針對(duì)經(jīng)典的液氫流程進(jìn)行改進(jìn)，以期降低系統(tǒng)的單位能耗，提高整機(jī)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。比如Valenti等研究的氦制冷氫液化流程，系統(tǒng)產(chǎn)量為860TPD，單位能耗為5.29kWh/kg。Quack等采用三級(jí)丙烷預(yù)冷蒸汽壓縮循環(huán)、He－Ne布雷頓循環(huán)等預(yù)冷形式，產(chǎn)量為170TPD的裝置的最終單位能耗:6.93kwh/kgLH2。Berstad等采用混合制冷劑預(yù)冷形式，針對(duì)86TPD的流程，計(jì)算得到單位能耗:6.2—6.5kwh/kgLH2。 

 

3 高壓氣氫與液氫儲(chǔ)運(yùn)的能耗分析

來(lái)自氫氣源的氫氣輸送到零售商的方式如圖4所示，包括高壓氣瓶組及液氫槽車(chē)運(yùn)輸。在此過(guò)程中的能耗主要是壓縮、液化、運(yùn)輸?shù)哪芎摹?/span>本部分將分別從以下三個(gè)方面進(jìn)行核算，考慮從氣源到最終用戶(hù)的成本，由于目前的各項(xiàng)設(shè)備制造、加工水平仍不成熟，因此，不計(jì)算設(shè)施的投資成本。 

3.1氫氣液化能耗分析 

目前能夠提供商業(yè)化液氫裝置的公司主要是普萊克斯、林德、法液空等。普萊克斯大型裝置多采用修正的Claude循環(huán)的氫制冷方式，單位能耗相對(duì)較低，約為12.5—15kWh/kg LH2。法液空小型裝置采用氦制冷氫液化流程，單位能耗約為17.5kWh/kg LH2。對(duì)于未來(lái)的氫液化裝置，林德公司期望最終的10TPD的氫液化站單位能耗能降低到10kWh/kg LH2，50TPD型號(hào)的可以降到9kWh/kg LH2;法液空的最終目標(biāo)是將氫液化站的單位能耗降低到9kWh/kg LH2。此處，氫液化能耗按照遠(yuǎn)期期望值12kWh/kg計(jì)算。

 3.2運(yùn)輸能耗

運(yùn)輸車(chē)在水平道路上等速形式，必須克服來(lái)自地面的滾動(dòng)阻力Fpl和來(lái)自空氣的空氣阻力Fw。在此，考慮比較理想的情況，即車(chē)在水平道路上等速行駛。 

 

其中f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，取為0.018，G為車(chē)輪負(fù)載。

 

其中Ua為運(yùn)輸車(chē)的行駛速度，km/h;A為迎風(fēng)面積，即車(chē)在行駛方向上的投影面積，m2。

按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，此處迎風(fēng)面積A取為7，CD取為0.8。

此時(shí)，運(yùn)輸車(chē)的行駛總阻力：

 

假設(shè)運(yùn)輸車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率為35%，則燃料需要提供的總功為:

 

其中W為燃料提供的能量，J;S 為運(yùn)輸車(chē)的運(yùn)輸里程，m。 

根據(jù)普萊克斯公司的介紹，運(yùn)輸4500kg液氫與運(yùn)輸300kg高壓氫氣的公路運(yùn)輸車(chē)的總重類(lèi)似，約為80000lbs(36287.2kg)，如圖5所示。

 

在相同的能耗下，液氫的運(yùn)輸能力是高壓氫氣的15倍。通過(guò)以上公式可以計(jì)算得到，總重為36噸的運(yùn)輸車(chē)，液氫與高壓氣氫的載重分別為4500kg，300kg;則每100km，每kg液氫與高壓氣氫的所需功耗為:0.16，2.38kWh。圖6為液氫與高壓氫的運(yùn)輸能耗隨里程的變化，從圖中可以看到，液氫的運(yùn)輸能耗隨里程增加而增加緩慢，而高壓氣氫則隨里程增加而直線增大，因此，通過(guò)上面的計(jì)算得知液氫在運(yùn)輸成本上具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

  

3.3 加壓能耗

高壓氫運(yùn)輸過(guò)程中的能耗主要為加壓能耗，其通過(guò)氫氣壓縮機(jī)提高氫氣源的壓力進(jìn)行運(yùn)輸或者儲(chǔ)存。壓縮過(guò)程的耗功及絕熱效率見(jiàn)表3所示。目前，高壓長(zhǎng)管拖車(chē)的運(yùn)輸壓力通常為20MPa，運(yùn)輸?shù)郊託湔疽院?，通過(guò)氫壓縮機(jī)將氣源的壓力提升到氣瓶存儲(chǔ)壓力70MPa。為了保證跟液氫儲(chǔ)運(yùn)的進(jìn)出口條件的一致性，這里也假設(shè)氫氣源壓力為2MPa，因此，總的加壓成本包括兩部分，一部分為2MPa加壓到20MPa，另外一部分為20MPa到70MPa。按照75%的絕熱效率，則兩部分的總能耗分別為:1.5，0.8kWh/kg。總功耗為:2.3kWh/kg。常溫壓縮，需要冷水機(jī)組進(jìn)行冷卻，按照COP為2.5計(jì)算，則冷水機(jī)組的總能耗為:0.9kWh/kg。此部分加壓的總功耗為:3.1kWh/kg。 

 

同理，液氫的加壓為從1.2bar的利用液氫泵把飽和液氦加壓到70MPa，按照60%的絕熱效率計(jì)算，則液氫的加壓成本為0.4kWh/kg。 

3.4 總能耗 

高壓氫的總能耗包括氫的壓縮能耗以及運(yùn)輸能耗，液氫的總能耗包括氫的液化能耗，壓縮(加注)能耗，運(yùn)輸能耗。圖7為液氫與高壓氫總能耗隨運(yùn)輸里程的變化，從圖中可以看出，在運(yùn)輸里程達(dá)到500公里以上時(shí)，液氫的總運(yùn)輸能耗低于高壓氣氫。液氫在運(yùn)輸成本上的優(yōu)勢(shì)使得長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)哪芎慕档停瑑r(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，大規(guī)模運(yùn)輸?shù)那闆r，完全可以彌補(bǔ)氫氣液化過(guò)程中的耗功，儲(chǔ)運(yùn)成本成倍減少。目前日本計(jì)劃使用的液氫的氫能運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，以澳大利亞褐煤為原料制取氫氣，進(jìn)而進(jìn)行氫氣液化，以液體形式通過(guò)游輪經(jīng)海上運(yùn)輸?shù)诌_(dá)日本，為澳日雙邊氫能試點(diǎn)項(xiàng)目供應(yīng)氫燃料。

 

當(dāng)然，在整個(gè)過(guò)程中，還有其他的能耗在本次計(jì)算中沒(méi)有涉及，比如:液氫在運(yùn)輸過(guò)程中存在蒸發(fā)的現(xiàn)象;高壓氫運(yùn)輸管束的氫氣不能充分利用，存在利用率的問(wèn)題(此利用率與壓縮機(jī)的輸入壓力相關(guān));運(yùn)輸過(guò)程中的過(guò)路費(fèi)等。

4 發(fā)展與展望 

液氫儲(chǔ)運(yùn)相比其它形式具有巨大的潛在優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在存儲(chǔ)密度高，單車(chē)運(yùn)輸量大，在遠(yuǎn)距離運(yùn)輸中具有重要的優(yōu)勢(shì)。正是由于液氫上述的優(yōu)勢(shì)，因此，國(guó)家正在加大此方向的政策引導(dǎo)和扶持力度。為了實(shí)現(xiàn)在氫能領(lǐng)域的商業(yè)化推廣應(yīng)用，以下幾個(gè)方面仍然是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 

(1)大型化、規(guī)?；簹淞鞒痰膭?chuàng)新 

氫液化裝置的大型化才能夠?qū)崿F(xiàn)液氫的規(guī)?；a(chǎn)，結(jié)合上文的分析，生產(chǎn)規(guī)模增大，有助于降低整個(gè)裝置的單位能耗，從而降低終端用戶(hù)的用氫成本。然而，目前我國(guó)所應(yīng)用的氫液化裝置，仍然屬于小型裝置，生產(chǎn)每kg液氫的能耗大于20kWh，遠(yuǎn)高于國(guó)際耗能。因此，研制符合我國(guó)國(guó)情的新型大型氫液化流程，提高系統(tǒng)效率，降低系統(tǒng)單位能耗，將極大促進(jìn)我國(guó)氫能的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。 

(2)氫液化過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題研究 

氫液化過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題主要包括動(dòng)力機(jī)械(透平膨脹機(jī)、壓縮機(jī))的設(shè)計(jì)、制造，正仲氫轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)計(jì)等。 

對(duì)于關(guān)鍵的制冷設(shè)備透平膨脹機(jī)來(lái)說(shuō)，為了使透平膨脹機(jī)效率最佳，葉輪線速度應(yīng)接近膨脹氣體的聲速。當(dāng)氫氣壓力為2MPa，入口氫氣溫度為30K時(shí)，其聲速約為569m/s。聲速的提高增加了轉(zhuǎn)子的應(yīng)力，提高了設(shè)計(jì)難度，對(duì)于壓縮機(jī)亦是如此。因此，氫氣工質(zhì)用透平膨脹機(jī)以及壓縮機(jī)的制造難度顯著增大。此外，氫的粘度低，密度小，高速氣體軸承的剛度、承載力下降，因此給氣體軸承的加工與設(shè)計(jì)帶來(lái)難度。 

對(duì)于氫液化過(guò)程中獨(dú)有的正仲氫轉(zhuǎn)化過(guò)程來(lái)說(shuō)，目前國(guó)際上流行的主流轉(zhuǎn)換技術(shù)為連續(xù)轉(zhuǎn)化，其催化劑置于換熱器通道內(nèi)，耗功最小，理論上接近可逆轉(zhuǎn)化。一般是分段布置在液氮至液氫溫度之間，效果顯著。對(duì)于此方面的研究，國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)相關(guān)研究的報(bào)道，需開(kāi)展大量的實(shí)驗(yàn)研究。 

(3)裝置安全性以及可靠性研究

氫氣在空氣中可燃范圍為4%—75%，且分子量小、黏度低、極易泄漏。因此，高安全性、良好的氣密性和有效的保護(hù)措施是氫液化器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一。目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)的液氫民用化規(guī)范缺乏，應(yīng)逐步建立起完善的液氫技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與安全規(guī)范，以支持全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。此外，通過(guò)氫液化器的可靠性研究，減少系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間，提高整機(jī)運(yùn)行時(shí)間，對(duì)于今后整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性具有重要意義，目前此部分工作還停留在理論階段，隨著氫液化裝置的普及，將會(huì)有更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于理論預(yù)測(cè)的驗(yàn)證，提供更加符合實(shí)際的可靠性模型。 

(4)生命周期碳排放控制

全生命周期綠色潔凈無(wú)污染的氫能應(yīng)用是追求的目標(biāo)。因此，在整個(gè)氫能的應(yīng)用過(guò)程中，需要進(jìn)行全生命周期的碳排放控制。全生命周期分析是評(píng)估一項(xiàng)產(chǎn)品從生產(chǎn)、使用到廢棄或回收再利用等不同階段所造成的環(huán)境影響。氫能的應(yīng)用過(guò)程中包括氫的制取、儲(chǔ)運(yùn)、使用等多個(gè)環(huán)節(jié)，如何通過(guò)合理的控制手段，減少碳排放甚至達(dá)到整個(gè)生命周期的零碳排放，等。

(5)超臨界氫的研發(fā)及應(yīng)用 

超臨界氫是在液氫研究的基礎(chǔ)上，提出的一種新型的氫能儲(chǔ)運(yùn)形式。為了能夠達(dá)到一定的存儲(chǔ)密度，通常超臨界氫的溫度在液氮溫度(77K)以下，壓力在25MPa以上。其與高壓氣氫相比，存儲(chǔ)密度大，且不受加注時(shí)的溫升影響，因此加氫速度不受限制;與液氫相比，則避免了液氫蒸發(fā)造成的一系列的問(wèn)題。但是從超臨界氫的狀態(tài)參數(shù)可以看出，其為低溫高壓氫，因此，其存儲(chǔ)儲(chǔ)罐既需要保溫，同時(shí)還要承壓，加工制造難度增大。目前國(guó)內(nèi)對(duì)相關(guān)的研究還較少，需進(jìn)行合理的材料選型，以降低成本、減輕重量，提高單位重量?jī)?chǔ)氫比。 

5 總結(jié) 

氫能在我國(guó)未來(lái)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中具有重要作用，預(yù)計(jì)到2050年，氫能在我國(guó)終端能源體系中占比為10%左右，而液氫是大規(guī)模氫能應(yīng)用中必然選擇。隨著國(guó)內(nèi)相關(guān)的液氫民用化標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的發(fā)布及貫徹落實(shí)，將極大地推動(dòng)液氫從生產(chǎn)到應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)的突破，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的建立將有助于加速我國(guó)的能源轉(zhuǎn)型步伐及應(yīng)對(duì)氣候變化。 

 

編輯：陳丹  校對(duì)：楊東川  審核：楊東川

來(lái)源：東方財(cái)富，氫云鏈整理

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