WNEVC 2022 | 陳學東：中國氫能儲運裝備技術進展

由中國科學技術協會、北京市人民政府、海南省人民政府、科技部、工業和信息化部、生態環境部、住房和城鄉建設部、交通運輸部、國家市場監督管理總局、國家能源局聯合主辦的第四屆世界新能源汽車大會(WNEVC 2022)于8月26日至28日在北京和海南線上線下舉辦。其中，北京會場位于北京經濟技術開發區藝創國際會展中心。

會議由中國汽車工程學會等單位主辦，將以“碳中和愿景下的全電動化與全球合作”為主題，邀請全球政產學研各界代表共同探討。大會將包括20多場會議，13，000平方米的技術展覽和許多同期活動。200多位政府高級領導人、海外機構官員、全球商界領袖、學者和行業專家將出席會議并發表演講。

其中，中國機械工業集團有限公司副總經理兼總工程師、中國工程院院士陳在8月26日舉行的“氫能與燃料電池汽車商業化”主論壇上發表了精彩演講。

陳院士的主要觀點如下:

(1)氫能是能源轉化的重要載體，也是二氧化碳排放高峰時實現碳中和的重要解決方案之一。歐美氫燃料電池產業鏈逐漸形成，我國在京津冀、長三角、粵港澳等地也逐漸形成了大規模的產業集群。

(2)氫能儲運設備的可靠制造技術是產業發展急需解決的瓶頸問題。我國在低溫液氫儲運設備和加壓固體儲氫設備的設計制造方面取得了很大進步，但在儲氫儲運設備的可靠性制造方面還存在很多不足。

(3)在氫能儲運裝備方面，中國將重點發展70MPa高壓加氫站設計、制造和運維領域的關鍵技術和裝備研制，大型氫氣液化技術和關鍵裝備研制，液氫潛水泵/往復泵/閥等裝備研制，車載供氫設備設計、制造和維護，52MPa高壓大容量儲氫管束容器研制，純氫和摻氫天然氣管道輸送技術。

(4)供行業參考的幾個問題:常溫高壓氫脆可能被高估；目前，地方政府對氫能利用的局限性認識不足；氨氫聚變路線需要進一步討論，純氫路線可能更安全。

以下為現場演講:

各位專家、各位同事，大家下午好，我給大家做一個關于我國氫氣儲運進展的報告。我的報告分為三部分。第一部分介紹了我國發展氫能的背景。氫能是能源轉化的重要載體，也是二氧化碳排放高峰時實現碳中和的解決方案。日本、美國、歐盟等國家的氫燃料電池技術產業鏈逐漸形成，我國的相關產業鏈也發展迅速，在京津冀、長三角、粵港澳等地形成了一定的產業集群。

2020年以來，國務院辦公廳以及國家發改委、科技部等多個部門制定了許多政策，支持多元化氫能應用生態建設，推動全產業鏈技術創新，推進關鍵技術。近年來，清華大學李俊院士和北航王云鵬院士在工程院做了氫能裝備的戰略研究，我負責氫能儲運的研究。

第二部分介紹了氫能儲運設備的主要技術進展。氫能產業鏈與機械密切相關。這里說的I型氣瓶是金屬容器，用于加氫站，不用于汽車。ⅱ型和ⅲ型是四面的，ⅳ型是四面塑料的，還有灌裝用的壓縮機，閥門，密封等。如何突破這些氫能技術，也是氫能產業持續突破的瓶頸問題。

常溫高壓的氣態氫、低溫壓力的工業氫、低溫壓力的超臨界氫和壓力下的固態氫儲存。我展示的美國、挪威、韓國都發現有人員傷亡的火災事故，所以首先要了解材料的損傷機理和設備的損傷情況。

材料和設備在高溫高壓環境下會發生氫腐蝕和氫損傷，而在常溫低壓環境下不易發生。主要問題是瓶子存放的容器。一種集裝箱存儲分為多層集裝箱和單層集裝箱。美國已經研制出100 MPa以下的容器，浙江大學也在研究。

第二個設備也有高壓氣態氫化的問題。美國和德國制造的隔膜式和壓力泵式，以及離子液體式壓機，和中國制造的隔膜式壓機。我們做的45 MPa的正好可以用在35 MPa的瓶子里。赫德利現在已經開發了120 MPa，已經運行了三年。我們和同濟大學金屬所一起研發了90 MPa的壓縮機，所以我覺得壓縮機的壓力不是主要問題，主要是可靠性問題。

還有氫氣供應管道。以前美韓主要是做的比較好，70 MPa的能力，壽命可靠性高。合肥院在做高壓閥門，35 MPa沒問題，甚至更高的壓力也在研發中。美國造了ⅳ型集裝箱，成本高，效率低。合肥院正在研發52 MPa管束容器，未來應該可以和國際水平相媲美。

還有管道氫氣輸送，分為純氫氣和天然氣混氫氣。長輸管道輸氫壓力不超過20 MPa，長輸管道壓力更高。應該是美國提出來的，把多余的工業副產品氫氣摻進去。他們認為5%到15%沒問題，間接起到了碳減排的作用。

另一種車載高壓設備是儲氫瓶瓶口組合閥。加拿大和德國開發了70 MPa型瓶的瓶口閥，難度很大。電池調節流速并結合多種功能。目前我國只做35 MPa以下的瓶，現在沈陽已經開發出III型瓶，安……合肥院、山東澳洋、郭芙氫能正在開發70 MPa氣瓶。目前正在進行各項性能測試，相信不久的將來會有突破。此外，高壓儲氫瓶和閥門的試驗和評價裝置只要按歐盟的規定上路，就必須通過氫和燃料電池汽車和GTR13的安全技術法規，以氫為介質進行壓力循環試驗、溫度循環和過熱效應條件下的安全性。壓力參數指標目前國內最高，可在70 MPa和90 MPa系統上進行循環實驗。這個實驗設備已經得到了豐田的認可。

第二輛車使用氫氣作為高壓，第一輛車是燃料電池空氣壓縮機和氫氣循環泵。這個不是很難，關鍵是安裝在車內，噪音低。把多余的氫氣抽回來，這個泵我們國內做不出來，主要是日本德國美國，國內還在研究。

下面介紹低溫液氫的儲運設備。目前正在制造3500和4700液氫儲罐。我們做了300立方米的設備在文昌使用，也有固定和移動設備。這個設備有兩層結構，內層是氫氣，中間是抽氫，還需要隔熱保冷。還有就是液氫的大型鐵路公路運輸問題，主要是液氫的儲罐。液氫站還有一個重要的設備，就是液氫檢查泵和往復泵。過去，只有法國、德國和英國制造它們。這兩種泵都要浸在液氫中，所以電極設計非常重要。我們正在研制一個500升的深冷高壓超臨界復合儲氫瓶，深冷液氫儲氫瓶和抵押液氫儲氫瓶，難度不是很大，主要是保溫控制和保冷。固體儲氫主要是利用金屬化合物來儲氫。南非和英國開發了這種設備，主要用于叉車和停車。不適合乘用車。德國很多潛艇都使用這種技術。中國在廣東有應用，高性能儲氫材料的研發現在國內外都在做，國內像復旦這樣的公司也在做這些工作。儲氫效率有高有低，但難度不是很大。

雖然我國做了大量工作，但與國外發達國家相比仍有不足，如壓縮機、液氫站的閥門、運行在車輛和公路上的70 MPa IV瓶、50 MPa管束容器等。我下面提到的國家計劃已經布置好了，正在研究。一個是70 MPa高壓加氫站的設計、建設和運維，由總院、浙大、同濟正在做。未來中石化計劃建設1000座加氫站，預計到2035年全國加氫站將達到1500座。在氫氣液化領域，大型氫氣液化流程、膨脹機、液氫儲罐等都需要進一步解決。還有一些類似液氫的往復泵在攻關，車上有70 MPa的IV瓶和70 MPa的瓶口閥。

我們認為52 MPa高壓大容器儲氫管束容器的研發依賴于公路運輸中的循環，密封結構和瓶口閥門需要連接，其安全性和耐久性需要進一步突破。管道輸送沒有大的安全技術問題，主要是加氫工藝和混氫工藝的研究，主要是經濟性比較。是否需要建設管道，是根據時間和地點來研究的。

最后，討論了兩個有爭議的問題。一個是很多專家在儲氫和運輸設備的實施過程中談到氫脆。氫脆的實際問題是一個非常古老的問題。美國、日本、沈陽金屬所和合肥院已經對金屬材料的損傷進行了深入的研究……氫環境中的als。第一，氫分子必須進入原子，原子氫進入內部后會發生氫損傷。一個是高溫，高溫高壓環境。此外，還可能產生化纖環境和電鍍環境。常溫高壓下有氫脆的問題嗎？長期的研究表明，在200度以上的溫度下，甚至在升高的溫度下，氫脆的問題都不存在。當然，室溫達到70 MPa左右是否會有這個問題，國內外都有研究。氫氣設備在常溫高壓下的問題，在中低壓環境下儲存大量氫氣，我們不需要考慮這個問題。服役40年以上的沒有問題。國內外也在研究室溫30 MPa以上的氫氣環境問題。我們認為它可能是由氫原子形成并進入金屬的，但對于膨脹速度還沒有明確的結論，但我們認為可能高估了。研究了高溫充氫后材料性能的退化規律，并進行了無高壓對比實驗。從目前的研究情況來看，在常溫高壓下將氫轉化為氫原子是可能的，但總院結合超高壓儲氫實驗容器的使用和維護進行了相關驗證實驗，至今未發現明顯影響。

其次，關于氫能的技術經濟性及其對碳減排的貢獻，我們認為氫氣是二次能源，其經濟性要考慮一次能源的消耗。我認為利用工業副產氫氣用于天然氣系統摻雜是好的，但產量有限。其次，需要結合CCUS技術，因為環保成本比較高。電解水產生氫氣主要是電的來源。如果煤電生產的氫氣不適合，現在生產的氫氣才是未來的發展方向。可再生能源產生的電如果用在偏遠的地方，更有可能并網或者儲存起來，如果用可再生能源電解水就更難了。

建設安全高效的基礎設施也是一大課題，短距離管道運輸有一定意義，200公里以內。長途運輸也是在源頭沒有大規模的氫氣，電力輸送比氫氣輸送更方便。現在又有一條路線，認為氫氣運輸不安全，提出了氨氫融合、二氧化碳加氫制汽油的技術路線。如果最后氨分解的氫氣消耗能量，也是不合適的，而且氨本身的安全性比氫氣更不安全，所以也討論了氨氫路線。

第二是二氧化碳在加氫的過程中會消耗能量，然后如果直接在末端燃燒，對碳減排沒有貢獻，二氧化碳只是作為載體的一個循環。其實我可以告訴你，只要控制好，氫的運輸過程是非常安全的。我覺得以后大家用純氫會更安全可靠。謝謝你。

(注:本文根據現場速記整理，未經發言人審核。)由中國科學技術協會、北京市人民政府、海南省人民政府、科技部、工業和信息化部、生態環境部、住房和城鄉建設部、交通運輸部、國家市場監督管理總局、國家能源局聯合主辦的第四屆世界新能源汽車大會(WNEVC 2022)于8月26日至28日在北京和海南線上線下舉辦。其中，北京會場位于北京經濟技術開發區藝創國際會展中心。

會議由中國汽車工程學會等單位主辦，將以“碳中和愿景下的全電動化與全球合作”為主題，邀請全球政產學研各界代表共同探討。會議……ence將包括20多個會議，13，000平方米的技術展覽和許多并行活動。200多位政府高級領導人、海外機構官員、全球商界領袖、學者和行業專家將出席會議并發表演講。

其中，中國機械工業集團有限公司副總經理兼總工程師、中國工程院院士陳在8月26日舉行的“氫能與燃料電池汽車商業化”主論壇上發表了精彩演講。

陳院士的主要觀點如下:

(1)氫能是能源轉化的重要載體，也是二氧化碳排放高峰時實現碳中和的重要解決方案之一。歐美氫燃料電池產業鏈逐漸形成，我國在京津冀、長三角、粵港澳等地也逐漸形成了大規模的產業集群。

(2)氫能儲運設備的可靠制造技術是產業發展急需解決的瓶頸問題。我國在低溫液氫儲運設備和加壓固體儲氫設備的設計制造方面取得了很大進步，但在儲氫儲運設備的可靠性制造方面還存在很多不足。

(3)在氫能儲運裝備方面，中國將重點發展70MPa高壓加氫站設計、制造和運維領域的關鍵技術和裝備研制，大型氫氣液化技術和關鍵裝備研制，液氫潛水泵/往復泵/閥等裝備研制，車載供氫設備設計、制造和維護，52MPa高壓大容量儲氫管束容器研制，純氫和摻氫天然氣管道輸送技術。

(4)供行業參考的幾個問題:常溫高壓氫脆可能被高估；目前，地方政府對氫能利用的局限性認識不足；氨氫聚變路線需要進一步討論，純氫路線可能更安全。

以下為現場演講:

各位專家、各位同事，大家下午好，我給大家做一個關于我國氫氣儲運進展的報告。我的報告分為三部分。第一部分介紹了我國發展氫能的背景。氫能是能源轉化的重要載體，也是二氧化碳排放高峰時實現碳中和的解決方案。日本、美國、歐盟等國家的氫燃料電池技術產業鏈逐漸形成，我國的相關產業鏈也發展迅速，在京津冀、長三角、粵港澳等地形成了一定的產業集群。

2020年以來，國務院辦公廳以及國家發改委、科技部等多個部門制定了許多政策，支持多元化氫能應用生態建設，推動全產業鏈技術創新，推進關鍵技術。近年來，清華大學李俊院士和北航王云鵬院士在工程院做了氫能裝備的戰略研究，我負責氫能儲運的研究。

第二部分介紹了氫能儲運設備的主要技術進展。氫能產業鏈與機械密切相關。這里說的I型氣瓶是金屬容器，用于加氫站，不用于汽車。ⅱ型和ⅲ型是四面的，ⅳ型是四面塑料的，還有灌裝用的壓縮機，閥門，密封等。如何突破這些氫能技術，也是氫能產業持續突破的瓶頸問題。

常溫高壓的氣態氫、低溫壓力的工業氫、低溫壓力的超臨界氫和壓力下的固態氫儲存。我展示的美國、挪威、韓國都發現有人員傷亡的火災事故，所以首先要了解材料的損傷機理和設備的損傷情況。

材料和設備在高溫高壓環境下會發生氫腐蝕和氫損傷，而在常溫低壓環境下不易發生。主要問題是瓶子存放的容器。一種集裝箱存儲分為多層集裝箱和單層集裝箱。美國已經研制出100 MPa以下的容器，浙江大學也在研究。

第二個設備也有高壓氣態氫化的問題。美國和德國制造的隔膜式和壓力泵式，以及離子液體式壓機，和中國制造的隔膜式壓機。我們做的45 MPa的正好可以用在35 MPa的瓶子里。赫德利現在已經開發了120 MPa，已經運行了三年。我們和同濟大學金屬所一起研發了90 MPa的壓縮機，所以我覺得壓縮機的壓力不是主要問題，主要是可靠性問題。

還有氫氣供應管道。以前美韓主要是做的比較好，70 MPa的能力，壽命可靠性高。合肥院在做高壓閥門，35 MPa沒問題，甚至更高的壓力也在研發中。美國造了ⅳ型集裝箱，成本高，效率低。合肥院正在研發52 MPa管束容器，未來應該可以和國際水平相媲美。

還有管道氫氣輸送，分為純氫氣和天然氣混氫氣。長輸管道輸氫壓力不超過20 MPa，長輸管道壓力更高。應該是美國提出來的，把多余的工業副產品氫氣摻進去。他們認為5%到15%沒問題，間接起到了碳減排的作用。

另一種車載高壓設備是儲氫瓶瓶口組合閥。加拿大和德國開發了70 MPa型瓶的瓶口閥，難度很大。電池調節流速并結合多種功能。目前我國只做35 MPa以下的瓶，現在沈陽已經開發出III型瓶，安……合肥院、山東澳洋、郭芙氫能正在開發70 MPa氣瓶。目前正在進行各項性能測試，相信不久的將來會有突破。此外，高壓儲氫瓶和閥門的試驗和評價裝置只要按歐盟的規定上路，就必須通過氫和燃料電池汽車和GTR13的安全技術法規，以氫為介質進行壓力循環試驗、溫度循環和過熱效應條件下的安全性。壓力參數指標目前國內最高，可在70 MPa和90 MPa系統上進行循環實驗。這個實驗設備已經得到了豐田的認可。

第二輛車使用氫氣作為高壓，第一輛車是燃料電池空氣壓縮機和氫氣循環泵。這個不是很難，關鍵是安裝在車內，噪音低。把多余的氫氣抽回來，這個泵我們國內做不出來，主要是日本德國美國，國內還在研究。

下面介紹低溫液氫的儲運設備。目前正在制造3500和4700液氫儲罐。我們做了300立方米的設備在文昌使用，也有固定和移動設備。這個設備有兩層結構，內層是氫氣，中間是抽氫，還需要隔熱保冷。還有就是液氫的大型鐵路公路運輸問題，主要是液氫的儲罐。液氫站還有一個重要的設備，就是液氫檢查泵和往復泵。過去，只有法國、德國和英國制造它們。這兩種泵都要浸在液氫中，所以電極設計非常重要。我們正在研制一個500升的低溫高壓超臨界復合儲氫瓶，低溫液態儲氫瓶，抵押液態儲氫瓶，難度不是很大，主要是保溫控制和保冷。固體儲氫主要是利用金屬化合物來儲氫。南非和英國開發了這種設備，主要用于叉車和停車。不適合乘用車。德國很多潛艇都使用這種技術。中國在廣東有應用，高性能儲氫材料的研發現在國內外都在做，國內像復旦這樣的公司也在做這些工作。儲氫效率有高有低，但難度不是很大。

雖然我國做了大量工作，但與國外發達國家相比仍有不足，如壓縮機、液氫站的閥門、運行在車輛和公路上的70 MPa IV瓶、50 MPa管束容器等。我下面提到的國家計劃已經布置好了，正在研究。一個是70 MPa高壓加氫站的設計、建設和運維，由總院、浙大、同濟正在做。未來中石化計劃建設1000座加氫站，預計到2035年全國加氫站將達到1500座。在氫氣液化領域，大型氫氣液化流程、膨脹機、液氫儲罐等都需要進一步解決。還有一些類似液氫的往復泵在攻關，車上有70 MPa的IV瓶和70 MPa的瓶口閥。

我們認為52 MPa高壓大容器儲氫管束容器的研發依賴于公路運輸中的循環，密封結構和瓶口閥門需要連接，其安全性和耐久性需要進一步突破。管道輸送沒有大的安全技術問題，主要是加氫工藝和混氫工藝的研究，主要是經濟性比較。是否需要建設管道，是根據時間和地點來研究的。

最后，討論了兩個有爭議的問題。一個是很多專家在儲氫和運輸設備的實施過程中談到氫脆。氫脆的實際問題是一個非常古老的問題。美國、日本、沈陽金屬所和合肥院已經對金屬材料的損傷進行了深入的研究……氫環境中的als。第一，氫分子必須進入原子，原子氫進入內部后會發生氫損傷。一個是高溫，高溫高壓環境。此外，還可能產生化纖環境和電鍍環境。常溫高壓下有氫脆的問題嗎？長期的研究表明，在200度以上的溫度下，甚至在升高的溫度下，氫脆的問題都不存在。當然，室溫達到70 MPa左右是否會有這個問題，國內外都有研究。氫氣設備在常溫高壓下的問題，在中低壓環境下儲存大量氫氣，我們不需要考慮這個問題。服役40年以上的沒有問題。國內外也在研究室溫30 MPa以上的氫氣環境問題。我們認為它可能是由氫原子形成并進入金屬的，但對于膨脹速度還沒有明確的結論，但我們認為可能高估了。研究了高溫充氫后材料性能的退化規律，并進行了無高壓對比實驗。從目前的研究情況來看，在常溫高壓下將氫轉化為氫原子是可能的，但總院結合超高壓儲氫實驗容器的使用和維護進行了相關驗證實驗，至今未發現明顯影響。

其次，關于氫能的技術經濟性及其對碳減排的貢獻，我們認為氫氣是二次能源，其經濟性要考慮一次能源的消耗。我認為利用工業副產氫氣用于天然氣系統摻雜是好的，但產量有限。其次，需要結合CCUS技術，因為環保成本比較高。電解水產生氫氣主要是電的來源。如果煤電生產的氫氣不適合，現在生產的氫氣才是未來的發展方向。可再生能源產生的電如果用在偏遠的地方，更有可能并網或者儲存起來，如果用可再生能源電解水就更難了。

建設安全高效的基礎設施也是一大課題，短距離管道運輸有一定意義，200公里以內。長途運輸也是在源頭沒有大規模的氫氣，電力輸送比氫氣輸送更方便。現在又有一條路線，認為氫氣運輸不安全，提出了氨氫融合、二氧化碳加氫制汽油的技術路線。如果最后氨分解的氫氣消耗能量，也是不合適的，而且氨本身的安全性比氫氣更不安全，所以也討論了氨氫路線。

第二是二氧化碳在加氫的過程中會消耗能量，然后如果直接在末端燃燒，對碳減排沒有貢獻，二氧化碳只是作為載體的一個循環。其實我可以告訴你，只要控制好，氫的運輸過程是非常安全的。我覺得以后大家用純氫會更安全可靠。謝謝你。

(注:本文根據現場速記整理，未經發言人審核。)

標簽：北京發現豐田

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