“航天101所”的氫能新局

文 | 本刊記者 李帥

對于氫能裝備檢測水平低和液氫發(fā)展受制于外的難題，軍工出身的航天101所會給出怎樣的答案？

園博園向西南十公里，豐臺云崗東王佐北路，中國航天動力的起點——北京航天試驗技術(shù)研究所（航天101所）便位于這里。數(shù)十年前，航天101所設計、建設了我國第一座火箭發(fā)動機試驗臺，也是迄今為止我國唯一的低溫氫氧發(fā)動機試驗中心。

12月18日，在航天101所低溫技術(shù)研究的小樓里，劉玉濤正被眾人圍在中央，他的身后是與液氫相關(guān)的種種裝備。作為航天101所的副總工程師，劉玉濤對于液氫技術(shù)如數(shù)家珍，但是這一次他所介紹的液氫裝備并非服務于火箭，而是近年來大熱的民用氫能。

2018年以來，氫能在能源領(lǐng)域迅速躥紅，但是目前國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)主要力量集中在氫能裝備的產(chǎn)品研制和推廣方面，針對產(chǎn)品性能測試和質(zhì)量驗證等方面的技術(shù)經(jīng)驗不足，缺乏成熟的氫能裝備性能檢測和試驗方法、標準以及基礎(chǔ)設施。

而在氫能儲運方面，液氫無疑是未來的重要方向，但是目前主要液氫設備供應商美國的Air Products、Praxair，法國法液空，德國林德，俄羅斯深冷等相關(guān)裝備進口困難，國產(chǎn)化任務迫在眉睫。

對于氫能裝備檢測水平低和液氫發(fā)展受制于外的難題，軍工出身的航天101所會給出怎樣的答案？

測試大拿

2018年，中國航天科技集團有限公司（中國航天）成立了氫能工程技術(shù)研發(fā)中心，憑借航天液氫及氫相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)優(yōu)勢，向民用領(lǐng)域推廣成為發(fā)展的重要方向。而作為中國航天下屬的航天101所，其最大的優(yōu)勢便是氫能裝備試驗檢測。

1958年，美國研制出世界上第一臺氫氧火箭發(fā)動機RL-10。中國在1961年開始研究液氫，氫能裝備試驗與檢測隨之誕生，同年我國第一個火箭發(fā)動機試驗研究機構(gòu)——國防部第五研究院試驗站成立，成為我國火箭動力試驗事業(yè)的開端，而試驗站就是今天航天101所的前身。

對于氫能裝備檢測，早在兩年前的2017年，中國特種設備檢測研究院（中國特檢院）便聯(lián)合航天101所成立了氫能裝備檢測中心?！皺z測中心是中國特檢院基礎(chǔ)的檢測能力和航天101所氫能裝備的檢測能力的結(jié)合，其中適應氫能裝備的檢測有氣瓶水壓試驗、火燒試驗、氫循環(huán)試驗、振動試驗等等?！眲⒂駶硎?。

除了特種檢驗，航天101所還具備液氫方面的工作和檢驗能力，比如氫的燃燒實驗、擴散實驗、爆炸危險性，特別是液氫中固空（固態(tài)空氣）累積、危險性等等。

“這是我們最近進行的一次液氫傾倒試驗，也就是將來大規(guī)模用的液氫容器或者運輸車出現(xiàn)大量液氫泄漏是什么情況，3立方米的液氫從空中傾倒，14秒倒完，整個擴散完畢是29秒，全部擴散在30米界限之內(nèi)。還有模仿高壓氫管道突然斷裂的情況下液氫大規(guī)模排放的試驗。”劉玉濤指著一張圖片介紹道。

目前，航天101所氫氣產(chǎn)能為1200Nm3/h，日常存儲量24000Nm3/h，滿足氫能裝備試驗檢測用氣需求。同時，廠區(qū)擁有多臺高壓氫氣壓縮機、中壓氫氣壓縮機和氫氣輸送管路，經(jīng)過合理操作，可以輸出95MPa氫氣。

在12月18日同期舉行的北京氫能裝備試驗檢測推介會上，記者了解到，目前航天101所已經(jīng)建成了液氫加氫站關(guān)鍵設備測試平臺、70MPa高壓氫氣瓶測試平臺以及車載液氫系統(tǒng)測試平臺。

對標國家標準，航天101所已經(jīng)建成國內(nèi)第一座95MPa等級的高壓氫能裝備檢測試驗平臺。平臺具備氫介質(zhì)下各類儲氫容器、閥門等部件的火燒、疲勞、泄漏和可靠性性能考核試驗和型式試驗能力;其中，氫氣環(huán)境試驗平臺的充放氣試驗壓力最高可達90MPa，充氣最高速率大于3kg/min，是國內(nèi)首套70MPa以上儲氫氣瓶的快速充放氣試驗系統(tǒng)，單位質(zhì)量儲氫密度超過5%，單位體積儲氫密度40.2kg/m3。

液氫爭雄

液氫是通過預冷和膨脹節(jié)流等工藝，把氫氣降溫到-253℃從而變成液體，密度可達普通氫氣的780倍，使得氫可以高效地儲存和運輸。

但是，氫液化過程能耗高，液氫的制備、儲運及應用裝備技術(shù)仍需突破，安全性有待普及，液氫標準規(guī)范不完善也是液氫所面臨的現(xiàn)實問題。

在全國氫能標準化技術(shù)委員會高級顧問陳霖新看來，液氫主要的工程應用前景有航天、車輛、用氫裝備供氣系統(tǒng)以及工業(yè)用氫等等。我國的氫能汽車主要以重卡、物流車、客車為主，未來可能會應用于潛艇，所以一定要抓緊對于液氫的研究。

事實上，除了軍工的液氫應用，國內(nèi)民用商業(yè)化的液氫項目也取得了很多進展，而這其中都不乏航天101所的身影。

推介會上，航天101所王成剛所長和浙江浙能北海水力發(fā)電有限公司孫志久董事長還進行了國內(nèi)首套自主開發(fā)的1m3/h氫液化系統(tǒng)示范項目簽約儀式。

其實早在半年前的7月8日，浙江省能源集團有限公司便與浙江嘉化能源化工股份有限公司在嘉興港區(qū)簽約液氫工廠項目，共建全國首個商用液氫工廠。首套示范裝置建設規(guī)模為日產(chǎn)液氫1.5噸，產(chǎn)出液氫將用于加氫站加氫、航空航天、電子、冶金等領(lǐng)域。

7月17日，航天101所氫能項目組便赴浙江能源集團商談氫液化工廠布局、土建及共用工程建設方案等內(nèi)容。

事實上，浙江液氫項目并非孤例。2019年9月，航天101所所長帶隊前往貴州省六盤水市對接氫能項目，先后與盤江煤電集團電力投資公司和六盤水市政府進行項目調(diào)研與洽商，詳細了解了六盤水市氫源現(xiàn)狀，并對液氫廠擬選廠址進行實地踏勘。

除了航天101所所參與的兩個液氫項目，還有一個液氫項目同樣號稱國內(nèi)首個商業(yè)化運營液氫廠，這個項目較之上述兩個項目都要早。

2018年底，北京中科富海低溫科技有限公司（中科富海）與美國的Air Products簽訂協(xié)議，將引進世界最先進技術(shù)水平的液氫儲運加氫站成套設備，并計劃在廣東省建成中國首座商業(yè)運營的液氫儲運型加氫站。該加氫站設計加氫能力500kg/天，并可依需求擴展至1500kg/天，具備35MPa和70MPa同時加氫的能力。

中科富海成立于2016年8月，是中科院理化所的科技成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化公司，研發(fā)有0.5噸～5噸/天的系列氫液化裝置。

資料顯示，中科富海除了廣東的液氫項目之外，還在與國家電投、阜陽市潁昊工程管理有限公司有所接洽。

與推介會同期舉行的，還有航天101所、中國特檢院、中科院理化所、北京低碳院、西安交大、浙江大學、浙能集團等13家國內(nèi)液氫科研、應用、產(chǎn)業(yè)單位合作協(xié)議的簽署儀式，13家共同成立了國內(nèi)首個液氫協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)合體。

盡管國內(nèi)幾個商業(yè)化液氫項目還沒有落地，但是已經(jīng)有越來越多的人加入到這個行列之中。尤其是航天101所和中科富海兩家，均有實際的液氫項目推進，無論誰第一個建成投運，從0到1的過程對于中國液氫來說都是巨大的突破。