WNEVC2022陈学东：中国氢能储运装备技术进展

由中国科学技术协会，北京市人民政府，海南省人民政府，科技部，工业和信息化部，生态环境部，住房和城乡建设部，交通运输部，国家市场监督管理总局，国家能源局联合主办的第四届世界新能源汽车大会于8月26—28日在北京和海南以线上线下的方式举行其中，北京会场位于北京经济技术开发区艺创国际会展中心

会议由中国汽车工程学会等单位主办，以碳中和愿景下的全方位电动化与全球合作为主题，邀请世界各国政产学研各界代表共同探讨大会将包括20多场会议，13，000平方米的技术展览和多项同期活动200多位政府高层领导，海外机构官员，全球商界领袖，院士和行业专家将出席会议并发表演讲

其中，中国机械工业集团公司副总经理兼总工程师，中国工程院院士陈在8月26日举行的氢能与燃料电池汽车商业化主论坛上发表了精彩演讲。

陈东院士的主要观点如下:

氢能是能源转化的重要载体，也是实现碳中和峰值二氧化碳排放的重要解决方案之一欧美氢燃料电池产业链逐渐形成，我国在京津冀，长三角，粤港澳等地也逐渐形成了大规模的产业集群

氢气储运设备的可靠性制造技术是工业发展中亟待解决的瓶颈问题我国在低温液氢储运设备和加压固体储氢设备的设计制造方面取得了很大进展，但在储氢储运设备的可靠性制造方面还存在很多不足

在氢气储运装备方面，我国将重点突破70MPa高压加氢站设计，制造，运行和维护，大型氢气液化工艺及关键设备开发，液氢潜水泵/往复泵/阀设备开发，车载供氢设备设计，制造和维护，52MPa高压大容量储氢管束容器研发，纯氢和掺氢天然气管道输送技术等领域的关键技术和装备研发。

几个问题供参考:室温高压氢脆可能被高估，目前，地方政府对氢能利用的局限性认识不足，氨氢聚变路线需要进一步讨论，纯氢路线可能更安全。

以下为现场演讲实录:

各位专家，各位同事，大家下午好，我给大家做一个关于我国氢气储运进展的报告我的报告分为三部分第一部分介绍了我国氢能利用的背景氢能是能源转化的重要载体，是实现碳中和二氧化碳峰值排放的解决方案日本，美国，欧盟等国家氢燃料电池技术产业链逐渐形成，我国相关产业链也发展迅速，在京津冀，长三角，粤港澳等地形成了一定的产业集群

2020年以来，国务院办公厅，国家发改委，科技部等多部门制定了多项政策，支持多元化氢能应用生态建设，促进全产业链技术创新，推动关键技术研究最近几年来，清华大学李俊院士和北京航空航天大学王云鹏院士在工程院进行了氢能装备的战略研究我负责氢气储存和运输的研究

第二部分介绍了氢气储运设备的主要技术进展氢能的产业链与机械密切相关这里说的I型气瓶是金属容器，用于加氢站，不用于汽车II型和III型是全能的，IV型是全能塑料，也用于填充压缩机，阀门，密封件等如何突破氢能的这些技术，也是氢能产业继续突破的瓶颈问题

常温气态氢，低温大气氢，低温高压超临界氢，加压固态储氢，在美国，挪威，韩国都发现过火灾事故，有人员伤亡，所以先了解材料的损伤机理和设备的损伤。

材料和设备在高温高压环境下会发生氢腐蚀和氢损伤，而在常温低压环境下不易发生主要问题是瓶子存放的容器一种是集装箱仓储分为多层集装箱和单层集装箱美国已经陆续研制出100 MPa的容器，浙江大学也在研究

第二个设备也有高压气态氢化的问题美国德国做的隔膜式，压力泵式，离子液体式压机，中国做的膜式压机，我们做的45 MPa的，正好可以用在35 MPa的瓶子里海德现在开发了一个120兆帕的，已经运行了三年我们和同济大学金属所一起研发了90 MPa的压缩机，所以我觉得压缩机的压力不是主要问题，主要问题是可靠性

还有氢气供应管道以前主要是美韩做的好，能达到70 MPa，寿命可靠性高合肥院在做高压阀门，35 MPa没问题，更高的压力也在研发中美国已经做了IV型捆绑式集装箱，成本较高，效率较低合肥院正在研发52 MPa的管束容器，未来应该可以和国际水平相媲美

还有管道输氢，包括纯氢和天然气混氢长输管道输氢压力小于20 MPa，长输管道压力稍高应该是美国提出的，在其中加入过量的工业副产品氢气他们认为5%到15%没问题，间接起到了碳减排的作用

另一个车载高压装置是储氢瓶瓶口的组合阀加拿大和德国开发了70 MPa IV瓶的瓶口阀，难度很大电池可以调节流量，集多种功能于一身目前我国只做35 MPa以下的瓶，现在沈阳都开发了III型瓶，合院，山东澳洋，郭芙氢能都在开发70 MPa的瓶目前正在评估各种性能，相信不久的将来会有突破此外，高压储氢瓶和阀门试验评估装置，按照欧盟的规定，只要上路就要通过氢和燃料电池汽车和GTR13的安全技术法规审查，以氢气为介质进行压力循环试验，温度循环和过热效应条件下的安全性目前压力参数指标全球第一，可对70 MPa和90 MPa系统进行循环实验这个实验设备已经得到了丰田的认可

第二辆车使用高压氢气，另一辆是燃料电池空气压缩机和氢气循环泵这个不是很难，但关键在于车内噪音低把多余的氢气抽回来，这个泵国内还做不出来，主要是日本德国美国，国内还在研究

下面介绍低温液氢的储运设备目前正在制造3500和4700液氢储罐我们做了300立方米在文昌用，也有固定式和移动式该设备有两层结构内层充氢气，中间抽氢气，也是保温保冷还有就是液氢的大型铁路和公路运输问题，主要是液氢的储罐氢气站的另一个重要设备是液氢检查泵和往复泵过去，只有法国，德国和英国在这样做这两个泵都要浸在液氢中，所以电极设计很重要深冷高压超临界复合储氢瓶，深冷和抵押液氢瓶，我们正在研制一个500升的，难度不是很大，主要是绝热控制和保冷的问题固体储氢主要是利用金属化合物来储氢南非和英国已经开发了这种设备，主要用于叉车和停车，但不适用于客车德国很多潜艇都使用这种技术中国广东有应用，高性能储氢材料的研发现在国内外都在做国内像复旦这样的公司也在做这些工作，储氢效率有高有低，但是难度不是很大

我国虽然做了大量工作，但与国外发达国家相比仍有不足，如压缩机，液氢站阀门，车载和路跑用70 MPa IV瓶，50m pa管束容器等已经制定和研究了下列国家计划一个是70 MPa高压加氢站的设计，建设，运行和维护，由总院，浙大，同济正在做中石化计划未来建设1000座加氢站，预计到2035年中国将有1500座加氢站在氢液化领域，大型氢液化工艺，膨胀机和液氢储罐等问题有待进一步解决还有一些类似液氢的往复泵正在攻关，车上有70 MPa的IV瓶和70 MPa的瓶口阀

我们认为52 MPa高压大容器储氢管束容器的研发依赖于公路运输中的循环，密封结构和瓶口阀门需要连接，其安全性和耐久性有待进一步突破运输方面没有太大的安全技术问题，主要是加氢工艺和掺氢工艺的研究，主要是经济性比较是否需要建管道，是按时间和地点来研究的

最后，讨论了两个有争议的问题一个是很多专家在储氢和运输设备的实施过程中谈到氢脆氢脆的实际问题是一个非常古老的问题美国，日本，沈阳冶金研究所，合肥院长期以来对金属材料在氢环境中的损伤进行了深入的研究第一，氢分子要进入原子，原子氢进入内部后会发生氢损伤一个是高温高温高压环境，一个是化纤环境，电镀环境常温高压下有氢脆现象吗长期研究表明，温度在200℃以上，即使温度升高，也不存在氢脆的问题当然，常温达到70 MPa左右是否会有这个问题，国内外都有研究常温下氢气设备的问题，对于中低压环境下储存大量氢气的情况，我们不需要考虑这个问题服役40年以上的没有问题国内外也在研究30 MPa以上常温氢气的问题我们认为它可能是由氢原子形成并进入金属的但是关于膨胀率还没有明确的结论，但是我们认为可能高估了研究高温充氢后材料性能的退化规律，做无高压对比实验从目前的研究情况来看，氢在常温高压下转化为氢原子是可能的但通用技术研究所结合超高压储氢实验容器的使用和维护进行了相关验证实验，目前未发现明显影响

建设安全高效的基础设施也是一个主要问题，短距离管道运输是有意义的，在200公里以内长距离输送也是因为源头没有大规模的氢气，所以比氢气输电更方便现在又有一条路线，认为氢气运输不安全，提出了氨氢融合，二氧化碳加氢制汽油的技术路线如果最后氨分解出来的氢气消耗能量，也是不合适的，而且氨本身的安全性比氢气更不安全，所以也讨论了氨氢路线

其次，二氧化碳加氢的过程会消耗能量，然后如果最后直接燃烧，对碳减排没有任何贡献，二氧化碳只会作为载体循环其实我可以告诉你，只要控制好，氢的运输过程是非常安全的我觉得以后大家用纯氢会更安全可靠谢谢你