北极星氢能网讯:近年来，氢燃料电池凭借着清洁、高效、可再生等显著优势，成为氢能产业中兼具商业价值和环保价值的重要发展方向。

1、引言

根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》中的总体目标，中国氢能在中国能源体系中的占比到年、年和年将达到4%、5．9%和10%，年经济产值到年将超过10万亿，燃料电池车的数量将超过万辆。一个高效、可靠、低成本的氢供应链是燃料电池产业发展的基础。

我国是产氢大国，可以充分保证氢燃料电池产业所需的氢源。但我国的氢气主要来源与煤炭工业联系紧密，集中在我国的三北地区，而东部沿海地区能源需求量巨大，因此存在严重的氢能供需错配问题。所以，我国氢能和燃料电池产业发展的核心问题不在于使用氢，而在于输运氢。由于氢气密度小的特性，在尚未具备大规模管道输氢的技术背景下，将氢液化以提高储运密度是最直接有效的输送方法。相较于高压储运，液氢储运具有运输成本低、氢纯度高、计量方便等优势，更适合大规模部署和输运。本文介绍了以液氢储运为核心的“氢气制取—液氢生产—液氢储运—气化加注”氢燃料供应未来发展模式，通过对比当前的气氢储运技术，对液氢形式的氢能供应链各个环节的优缺点以及未来发展的技术难点进行了分析。

2、制氢技术

制氢技术主要分为化石能源制氢的传统方式和采用可再生能源的新方式。目前，全球氢的产量约0万吨/天，主要来自于煤和天然气等传统化石燃料。考虑到制氢技术较为成熟，不是制约氢燃料电池供应链的主要问题，在此仅作简单介绍。

2．1传统制氢方式

传统的化石燃料制氢主要有煤制氢、天然气制氢，氯碱工业副产提纯和甲醇制氢等。中国煤炭资源丰富，煤制氢成本低、技术成熟，虽然存在产氢效率低、环境污染的问题，但煤化工仍是短期内中国氢的主要来源。天然气制氢成本略高于煤制氢，能量转化率高，但硬件成本较高，也是目前工业中主要的制氢方式。氯碱工业副产提纯制氢则是回收提纯原本直接排放到空气中的副产物氢气，具有良好的经济前景。甲醇制氢则主要受甲醇原料成本的限制，工业中应用较少。

2．2新型制氢方式

化石燃料日益枯竭，传统制氢方法带来的环境污染问题，促使从其他原料中获取氢的研究快速发展。目前采用新型制氢方式主要有:电解水制氢、光制氢和生物质制氢等，未来主要需要攻克的技术问题是大规模低成本制氢。

电解水制氢技术研究已久，其原料广泛、无污染，目前的主要问题是电解过程中电力成本过高。通过降低电解过程中的能耗以及采用清洁能源作为电力来源的方式，解决成本问题后将不失为一种有效的方式。

光制氢中除了用光能提供电解水所需能量的制氢方法外，还可以通过光热化学、光电化学和人工光合制氢。但光制氢技术尚处于实验阶段，距离产业化应用还有一定的距离。

生物质制氢是将秸秆、稻草等通过裂解或酶催化反应得到氢气，和光制氢一样，生物质制氢技术尚未成熟，无法做到长时间连续稳定地运行。

3、液氢的生产

3．1氢液化流程

氢的液化最早由英国的JamesDewar于年通过J－T节流实现。到年出现了Claude循环，区别于之前的氢液化方式主要在于膨胀机的使用。使用液氮预冷、膨胀机提供低温区冷量的Claude循环，效率比采用J－T节流的LindeHampson循环高约50－70%。

目前，Claude循环仍然是大型氢液化装置的基础，根据制冷方式的不同又分为氢膨胀制冷和氦膨胀制冷氢液化流程。氢膨胀制冷循环流程如图1所示，采用氢气自膨胀提供低温区冷量。而氦膨胀制冷循环氢液化流程则是利用沸点更低的氦作为制冷剂提供低温区冷量，如图2所示。

无论在氢膨胀制冷或在氦膨胀制冷氢液化流程中，透平膨胀机均是最关键的核心设备，也是系统低于80K温区的主要冷量来源。

图1氢膨胀制冷氢液化循环流程

图2氦制冷的氢液化系统

为了获得透平膨胀机的大冷量、减少系统复杂性，透平膨胀机需运行在大膨胀比工况，这就意味着透平中的工质流动与能量转换复杂。另外，氢、氦的物性与普通工质有着迥然区别，这就使透平的转速超高，需采用氢、氦气体轴承，这就对高速转子系统的稳定性带来了更高的要求。要获得优异的透平膨胀机性能，不仅需要对冷端的低温膨胀特性进行深入研究，也需要充分

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