储运是氢能利用的关键
    
  　　氢能源作为一种二次能源，具有很多优点，例如热值高、利用无污染等。目前，氢的主要来源有：水电解制氢，天然气、甲醇重整制氢，煤、油气化重整制氢以及工业副产氢等。
  　　电能可通过水电解非常方便、高效地转化为氢能。我国每年有大量电力没有得到良好的利用，形成“四弃”现象，即“弃风”、“弃水”、“弃光”、“弃核”，每年的总量可达约1500亿kWh。若利用这部分电力进行水电解制氢，再将氢气输送利用，将极大地提高我国的能源利用效率。但目前气体运输的高昂成本和较小的输送能力成为氢储能的一大瓶颈。
  　　在几种制氢方式中，工业副产氢成本最低，其主要来源是焦炉煤气、氯碱工业、丙烷脱氢等，大都是化工或钢铁行业中某个工艺环节所需加氢而产生的企业配套设备过剩产能。由于供需错配，又缺乏有效储运手段，我国每年工业副产氢超过1000万吨，其中有约200万吨以上没得到有效利用。
  　　实现氢能的有效利用，首先要解决制取、储运和应用等一系列问题，而储运是氢能应用的关键，也是目前氢气用户端价格高企的主要原因。

液氢储运的优势
 
　　  目前，氢的储运方式主要有4种方式：高压氢气储罐和集束管车；液氢储罐和槽车；氢气管道；有机或金属储氢材料储运。目前，除欧洲建有少量氢气长途输运管道外，各国氢储运主要依靠压缩氢气和液氢储运两种方式。采用液氢储运相比其他几种方式拥有以下几点优势。
　  　成本低、运量大  液氢密度高、储运成本低、储存压力低，也更安全。液氢的密度是常温、常压下氢气密度的800余倍。一个高压氢气储运站采用集束管车储运压力为200~700bar，储氢量为300~1000kg，占地面积为60~80平方米。采用低温液体储罐压力为1~1.3bar，储氢量约400~6000kg，占地面积为15~30平方米。可见液态储氢量大，加氢站占地面积小。同时，液氢储运的运输成本也较低，一辆40立方米的液氢槽车可运输约3000kg的氢，充装时间只需0.5~2小时，而一辆集束管车只能运输约300kg的氢，充装时间需要2~4小时。相同重量的氢气采用液态储运所耗费用是压缩氢气的十几分之一。
  　　纯度高  经过液化后的氢气纯度高，因此能够增加电池寿命及电量。氢燃料电池性能和寿命受CO等杂质含量影响很大。由于氢的沸点远低于CO、H₂S等易引起氢燃料电池中毒的杂质沸点，液化过程中杂质被固化，液氢纯度大于99.999%，再气化使用后，纯度可提高至99.9999%~99.99999%。
　　  效率高、能耗低  液氢加注采用的高压液氢活塞泵出口压力可达875bar，流量为100kg/hr，能耗只有0.5kWh/kgH₂。而压缩氢气采用的同等压力等级的氢气压缩机在流量等方面都很难达到此水平，而能耗则高达约5kWh/kgH₂。
  　　液氢储运作为氢大规模储运的更优选择，在氢的储运等各方面都具有明显优势，必将成为氢能储运的主流方式。目前，国际上约400多座加氢站中，已有约1/3采用液氢进行储运。液氢输运与储存方式在未来氢能产业链中也将越来越重要。

液氢生产及储运的关键技术
    
　　  液氢的生产和储运涉及很多核心部件和关键技术，包括氢的液化设备，如氦透平膨胀机、低漏率换热器、氦螺杆压缩机、低温阀门、正仲氢转化器等核心部件，和液氢的储运设备，如液氢泵、液氢储罐、液氢槽车等。
　　  氦透平膨胀机是氦制冷氢液化器的核心部件，决定了氦制冷氢液化器的液化能力、能耗和稳定性。该部件需要在小于50K的温度下达到每分钟10万转以上的转速，持续承受20bar高压、高速气流的冲击，同时达到65%以上的绝热效率。因此该部件采用气体润滑的气体轴承，并对加工精度有着极高要求，往往需要使用五轴精密数控机床加工。
  　　液氢运输至液氢加氢站后，如何使液氢流动至加氢设备和给氢加压便成了关键问题，液氢泵是一个能效远高于氢压缩机的选择。液氢泵多为大型涡轮泵，用涡轮作为驱动泵的动力设备，此前主要应用在航天领域，为航天器输送低温液氢燃料。目前液氢泵正在逐渐向民用领域倾斜。小型液氢泵的研究已经有多年历史，国外以Linde公司为代表成功研制了高压液氢活塞泵。其技术特点是：小型化，可以装入20英尺集装箱；单级压缩；最大加注能力达到120kg/h；最小输入压力达到2bar；最大输出压力达到900bar；噪声低于74dB(A)；出口状态为液体。
  　　液氢抵达用户现场后，需要用液氢贮箱来储存。液氢贮箱作为一种低温液体贮箱，其容器必须要求绝热，以减少漏热导致的蒸发损失。对于液氢贮箱而言，目前绝热性能最好，且使用率最高的绝热方式是真空多层绝热。采用真空多层绝热的100立方米液氢贮箱的日蒸发率可达约0.5%。典型的液氢贮箱内胆材料一般为不锈钢，内胆的支撑通过内构件实现，内构件要求绝热性好，以满足贮箱的绝热要求。

我国液氢行业现状
    
  　　我国氢液化行业发展较晚，工程实例较少。1956年，洪朝生院士等人首次在低温实验室使用Linde-Hampson循环获得液氢。1961年，在钱学森同志的倡导下，北京航天试验技术研究所(一〇一所)建立了低温技术研究室，开始研制氢与液化设备，并开展相关系列研究工作，以满足未来航天工业的需求。1966年，第一套工业规模液氢生产装置在一〇一所投产。1969年，吉林氢液化设备投产，后因事故发生爆炸。1972年，陕西兴平化肥厂氢液化设备投产，同样采取Linde-Hampson循环，供航天发射和氢氧发动机研制试验用。1996年，一〇一所引进的德国Linde公司氢液化循环设备投产，该设备采用改进的预冷型Claude循环。此后，一〇一所、西昌卫星发射中心、海南文昌发射中心先后于2008年、2012年、2013年引进法国液空氢液化设备并投产，采用改进的预冷型Claude氦膨胀循环。到目前为止，我国在用的氢液化设备仍以进口的法液空、Linde的氦膨胀循环为主。
  　　在氢液化设备国产化方面，中科院理化所近年来做了大量工作，研制出了工业规模的氢液化工程样机，并连续成功运行，通过了鉴定试验，具备了市场推广的基础。以此为契机，理化所联合社会资本成立了成果转化公司，研发推出了首台全国产化氦透平制冷氢液化器。该系统氢液化能力达到1000L/h，可连续运行8000小时，氦循环工作压力达4~20bar，透平转速达到80000转/分。目前该氢液化器已完成整体工艺包，进入生产建造阶段，整个系统在能耗、氢安全性设计等方面都进行了充分的考虑和研究，并具有全套知识产权，必将助力我国氢能源行业的发展。
  　　此外，液氢储运是氢燃料电池汽车产业规模化应用的必然手段。当前，我国燃料电池汽车产业飞速发展，而燃料电池汽车的商业运行和使用需要配套加氢站的建设和完善的制氢、储运、加氢服务。从国外的经验看，加氢站建设要与燃料电池汽车生产同步进行甚至超前发展，形成良性循环。开发氢能源尤其是液氢产业链的关键设备及技术，研究氢能综合高效利用的新方式、新方法必将成为能源领域的新潮流。