陳曉露，劉小敏，王娟，張邦強，楊海波，楊燕梅，鮑威，3

（1 佛山綠色發(fā)展創(chuàng)新研究院，廣東 佛山 528200；2 國家技術(shù)標準創(chuàng)新基地（氫能），廣東 佛山 528200；3 中國標準化研究院，北京 100191）

氫氣作為一種優(yōu)良的能源載體，具有高效、清潔、無污染和可持續(xù)等優(yōu)勢，是當(dāng)前最有前景的清潔能源之一[1-2]。美、歐、日等發(fā)達國家都從國家可持續(xù)發(fā)展和安全戰(zhàn)略的高度，制定了長期的氫能源發(fā)展戰(zhàn)略。早在2001 年，美國就出臺了《國家氫能源發(fā)展藍圖報告》，2002年美國能源部又提出了《向氫經(jīng)濟過渡的2030年遠景展望報告》；歐盟于2003 年發(fā)表了《未來氫能和燃料電池展望總結(jié)報告》；日本也于2003年就推出了《WE-NET》計劃開發(fā)氫能，總投資110億美元[3-4]。近年來全球氫能產(chǎn)業(yè)迎來新的發(fā)展熱潮，歐盟于2020 年推出了《歐盟氫能源戰(zhàn)略》，同年法國、西班牙、德國、荷蘭等國家也發(fā)布了氫能戰(zhàn)略；在亞洲地區(qū)，中、日、韓三國政府出臺了多項氫能與氫燃料電池汽車發(fā)展路線圖，制定了一系列氫能產(chǎn)業(yè)支持政策；在北美地區(qū)，加拿大也于2020 年推出了《國家氫戰(zhàn)略》，美國氫能政策推進較為緩慢，但也在部分地區(qū)推出了相關(guān)政策鼓勵氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚處于起步階段，現(xiàn)階段問題較多，如氫能發(fā)展頂層設(shè)計和規(guī)劃不足、區(qū)域氫源短缺、關(guān)鍵技術(shù)瓶頸、相關(guān)標準規(guī)范缺失等。氫能利用的關(guān)鍵技術(shù)包括氫的制取、儲運及應(yīng)用，其中儲運是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。與氣態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫相比，液氫儲運具有純度高、遠距離輸運成本低、加注效率高等優(yōu)點，是氫儲運的重要研究方向[5-7]。我國液氫發(fā)展由于起步較晚，各環(huán)節(jié)技術(shù)均遠落后于國外，制約了我國液氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文分析主要針對液氫儲運環(huán)節(jié)，由于我國液氫目前主要應(yīng)用于航天領(lǐng)域，可參考的國際標準體系不完善，國內(nèi)尚無現(xiàn)行相關(guān)標準，使得液氫難以實現(xiàn)大規(guī)模民用，因此液氫儲運技術(shù)及其標準化的研究十分必要。

1 液氫特性及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 液氫特性

液氫最早是通過預(yù)冷、節(jié)流和換熱等過程將氫氣液化所得。按制冷方式，目前已應(yīng)用的氫氣液化流程主要包括三種：預(yù)冷型林德-漢普遜流程、克勞特流程和氦制冷液化流程[8]。其中，預(yù)冷型林德-漢普遜流程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)可靠，一般用于中、小型氫液化裝置[9]；隨著透平膨脹機廣泛應(yīng)用于預(yù)冷型克勞特流程，液氮預(yù)冷的克勞特循環(huán)熱力完善度遠高于預(yù)冷型林德-漢普遜系統(tǒng)，目前大規(guī)模的氫液化裝置主要采用預(yù)冷型克勞特流程[10]；氦制冷液化流程中氫氣不參與制冷過程，工作壓力較低，因此整個流程更加安全可靠，但氦制冷液化流程的能耗較高，因此一般常用于小型氫液化裝置[11]。

液氫是一種無色、無味的高能液體燃料，一個大氣壓（101325Pa）下，液氫的飽和溫度約為20K，飽和密度約為70.8kg/m3。常溫常壓下，液態(tài)氫氣的密度比氣態(tài)氫氣的密度高845 倍[12]。氫氣由于氣化潛熱低，液化難度較大，僅次于氦氣。但氫氣液化得到的液氫貯存方便、儲氫密度大、單位質(zhì)量熱值高，是氫能應(yīng)用的重要途徑[13]。

表1為儲存相同質(zhì)量氫氣的氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種儲氫系統(tǒng)的性能比較[14]；表2為儲氫合金、液化儲氫和汽油的各項性能比較[15]。由表1、表2 可以看出，儲存相同質(zhì)量的氫時，液氫所需的儲器容積和總質(zhì)量均遠低于氣態(tài)儲氫系統(tǒng)，且液氫具有明顯高于儲氫合金和汽油的質(zhì)量儲能密度。因此，液化儲氫是一種較為理想的儲氫技術(shù)。

表1 儲氫系統(tǒng)比較（儲存相同質(zhì)量氫氣）[14]

表2 儲氫合金、液化儲氫和汽油各項性能比較[15]

液氫是一種具有良好發(fā)展前景的氫能儲運方式，但液氫的使用安全問題一直備受關(guān)注。由于溫度低、沸點低，液氫一旦發(fā)生泄漏，可能導(dǎo)致嚴重的安全事故。一方面，液氫的低溫特性可能對周圍的設(shè)備和人員造成較大的傷害；另一方面，液氫蒸發(fā)后形成的氣氫由于可燃范圍寬（4%～75%）[16]，且擴散性強，與空氣混合后會形成可燃氣云，極易發(fā)生著火或爆炸。國內(nèi)外關(guān)于液氫泄漏擴散的試驗和模擬研究較多[17-19]，液氫發(fā)生意外泄漏時的擴散規(guī)律和防范措施也是液氫使用安全中的重要問題[20]。

隨著氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對儲氫密度的要求也越來越高。國際能源署（IEA）提出單位質(zhì)量儲氫密度高于5%，體積密度高于50kg/m3；美國能源部（DOE）則提出，用于燃料電池汽車的氫氣質(zhì)量儲氫密度要達到6.5%。液氫作為目前唯一能夠滿足高儲氫密度要求的深冷儲供技術(shù)，其儲運技術(shù)的發(fā)展對氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。

1.2 正仲氫

正仲氫轉(zhuǎn)換是氫氣液化過程中需要解決的一項關(guān)鍵技術(shù)。氫通常是正氫和仲氫的混合物，且平衡氫中正仲氫的濃度比是溫度的函數(shù)。在通常溫度時，平衡氫是含75%的正氫和25%的仲氫的混合物，稱為正常氫（或標準氫），用符號n-H2表示。

當(dāng)溫度降低時，具有高能態(tài)的正氫會自發(fā)地轉(zhuǎn)化為低能態(tài)的仲氫，使得仲氫濃度不斷上升，并釋放轉(zhuǎn)化熱。液態(tài)氫在沒有催化劑的情況下也會發(fā)生正-仲氫轉(zhuǎn)化，但速率極為緩慢，如果將氫氣直接液化，轉(zhuǎn)化過程將在液氫儲存容器中進行。由于正氫向仲氫的自發(fā)轉(zhuǎn)化是一個放熱過程，釋放的熱量高于液氫的汽化潛熱，因此這一過程會造成液氫儲存容器中液氫的蒸發(fā)。液氫蒸發(fā)產(chǎn)生的氣態(tài)氫不僅會導(dǎo)致儲氫容器內(nèi)的壓力升高，對儲氫容器產(chǎn)生損傷，還會降低液氫無損儲存的時間，增加氫再液化的能耗[21-22]。因此，正仲氫轉(zhuǎn)化過程必須在氫液化過程中完成，由于自發(fā)轉(zhuǎn)化過程極為緩慢，需采用催化劑加快轉(zhuǎn)化過程，目前我國采用的正仲氫轉(zhuǎn)化催化劑主要依賴進口。

1.3 液氫發(fā)展現(xiàn)狀

世界上最早的氫液化裝置由詹姆斯·杜瓦于1898年制得，為液氫的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，該裝置后來由美國國家標準局（NBS）用于研究。此后，液氫的研究一直停留在實驗室階段。直至1949 年，NBS低溫工程實驗室建成了一套320L/h的氫液化裝置，之后AP公司在美國先后建造了三座液氫工廠，其中位于佛羅里達的液氫工廠是世界上第一套大型氫液化裝置，產(chǎn)能為27t/d。隨著液氫技術(shù)成熟并廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域，涌現(xiàn)出空氣化工產(chǎn)品（Air Products）、林德（Linde）和法液空（Air Liquide）等大型的液氫國際企業(yè)，并在美國、歐洲、亞洲等地建成多座液氫工廠。美國從20 世紀50年代后期開始液氫的工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，1970 年日產(chǎn)量已達到220t，截至目前美國的液氫生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)量等仍處于全球首位。

表3所示為全球液氫產(chǎn)能的主要分布情況。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界在運營的液氫工廠已有數(shù)十座，液氫總產(chǎn)能近500t/d。其中，美國擁有十余座液氫工廠，液氫產(chǎn)能高于326t/d；此外，加拿大的液氫總產(chǎn)能為80t/d，此部分液氫也主要供應(yīng)美國；歐洲的液氫總產(chǎn)能約為24t/d；亞洲液氫總產(chǎn)能高于39.7t/d，其中日本液氫總產(chǎn)能占比較大，達到31t/d；2019 年底，日本川崎重工發(fā)布消息，“SUISO FROTIER”號運輸船將從日本下水，用于大規(guī)模運輸液氫。這是世界上第一艘液氫的海上運輸船，計劃于2020年底首次前往維多利亞，開始從澳大利亞向日本運輸液氫，其液氫產(chǎn)能暫未知。

從表3中可以看出，在全球范圍內(nèi)北美的液氫產(chǎn)量占全球液氫產(chǎn)量的80%以上，遠高于其他國家。近兩年來，美國仍在加大液氫工廠的建設(shè)力度，美國普萊克斯公司（PRAX）將在德克薩斯La Porte 建設(shè)第五座液氫工廠，產(chǎn)能大于30t/d，計劃于2021 年投產(chǎn)；空氣化工產(chǎn)品公司2019 年在美國西部建造一個日產(chǎn)百噸級的液氫工廠，向位于加利福尼亞州的加氫站提供液氫；法國液空公司也于2019年初在美國開工建設(shè)液氫工廠，產(chǎn)能為30t/d，預(yù)計于2021 年投產(chǎn)。統(tǒng)計顯示，2021 年美國的液氫產(chǎn)能將高于500t/d[23]。

表3 全球液氫產(chǎn)能的主要分布情況

我國由于液氫技術(shù)尚處于起步階段，且主要應(yīng)用于航天領(lǐng)域，關(guān)鍵設(shè)備和系統(tǒng)仍依賴進口，液氫用于民用成本過高，因此目前在運營的民用液氫工廠較少，且單套產(chǎn)能較小，多為示范應(yīng)用工程。2020年4月，我國第一個民用液氫工廠在內(nèi)蒙古烏海順利投產(chǎn)，產(chǎn)能約0.5t/d。此前，我國在用的液氫工廠僅有三座，分別位于海南文昌航天基地、北京航天試驗技術(shù)研究所和西昌基地，總產(chǎn)能僅4t/d，其中產(chǎn)能最高的海南文昌基地的液氫工廠產(chǎn)能也僅有2t/d，這三座液氫工廠產(chǎn)量均用于航天火箭發(fā)射。我國擁有全球最大的液氫民用市場，各大國際企業(yè)近年來紛紛開啟在我國的液氫產(chǎn)業(yè)布局。美國AP 公司正在浙江嘉興海鹽建造我國第一座大型商用液氫工廠，預(yù)計投產(chǎn)后液氫產(chǎn)量為30t/d；近日林德也在我國簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，將在我國建設(shè)首個液氫工廠；此外，國內(nèi)浙能集團建設(shè)的液氫工廠，液氫產(chǎn)能為1.5t/d。

2 液氫儲運技術(shù)現(xiàn)狀

液氫儲運是液氫產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是連接液氫工廠和液氫用戶的紐帶，直接影響氫源的地域配置優(yōu)化。液氫的存儲技術(shù)關(guān)鍵在于液氫儲罐，而液氫運輸技術(shù)關(guān)鍵則在于運輸設(shè)備。

2.1 液氫的存儲

液氫的存儲需使用具有良好絕熱性能的低溫液體存儲容器，也稱液氫儲罐。液氫儲罐有多種類型，根據(jù)其使用形式可分為固定式、移動式、罐式集裝箱等，按絕熱方式可分為普通堆積絕熱和真空絕熱兩大類。

普通堆積絕熱液氫儲罐主要通過降低固體和氣體導(dǎo)熱降低漏熱量從而實現(xiàn)絕熱，具體做法是在儲罐表面制造夾層空間，填裝絕熱材料后對夾層進行抽真空處理，常用絕熱材料包括固體泡沫、粉末、纖維等。普通堆積絕熱液氫儲罐成本較低，但由于夾層真空度較低，因此絕熱性能較差，一般用于需現(xiàn)場制造的大型液氫儲罐。真空絕熱液氫儲罐則主要通過夾層空間內(nèi)的高真空度實現(xiàn)絕熱，根據(jù)夾層內(nèi)使用的材料分為單純真空絕熱、真空多孔材料絕熱、高真空復(fù)合多層纏繞絕熱和高真空單層多層纏繞絕熱等。高真空度絕熱液氫儲罐結(jié)構(gòu)較為簡單，但由于高空度要求較高，因此成本較高，一般適用于小型的液氫存儲。液氫儲罐絕熱結(jié)構(gòu)的選擇需考慮儲罐容積、形狀、蒸發(fā)率、成本等多方面因素[24]。

2.1.1 固定式

固定式液氫儲罐一般用于大容積的液氫存儲（>330m3），固定式液氫儲罐可采用多種形狀，常用的包括球形儲罐和圓柱形儲罐。研究表明，液氫儲罐的漏熱蒸發(fā)損失與儲罐的容積比表面積（S/V）成正比，而球形儲罐具有最小的容積比表面積，同時具有機械強度高、應(yīng)力分布均勻等優(yōu)點，因此球形儲罐是較為理想的固定式液氫儲罐[24]，但球形液氫儲罐加工難度大、造價高昂。美國NASA常使用的大型液氫球型儲罐直徑為25m，容積可達3800m3[25-26]，日蒸發(fā)率<0.03%。

常用圓柱形液氫儲罐結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖中可以看出，圓柱形液氫儲罐主要由罐體及進液口、取樣口、轉(zhuǎn)注口、外接氣源口、自增壓器及壓力、液位測試裝置等組成。我國自行研制的大型固定式液氫儲罐多為圓柱形液氫儲罐。

圖1 圓柱形液氫儲罐結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 移動式

由于移動式運輸工具的尺寸限制，移動式液氫儲罐常采用臥式圓柱形，通常公路運輸?shù)囊簹鋬拮畲髮挾认拗茷?.44m。移動式液氫儲罐采用的運輸方式包括公路運輸、鐵路運輸及海運等。移動液氫儲罐的容積越大，蒸發(fā)率越低，船運移動式儲罐容積較大，910m3的船運移動式液氫儲罐其蒸發(fā)率可低至0.15%；鐵路運輸107m3容積蒸發(fā)率約為0.3%；公路運輸?shù)囊簹洳圮嚾照舭l(fā)率較高，30m3的液氫槽罐日蒸發(fā)率約為0.5%。移動式液氫儲罐的結(jié)構(gòu)、功能與固定式液氫儲罐并無明顯差別，但移動式液氫儲罐需要具有一定的抗沖擊強度，能夠滿足運輸過程中的加速度要求。

2.1.3 罐式集裝箱

液氫存儲的罐式集裝箱與液化天然氣（LNG）罐式集裝箱類似，空氣化工產(chǎn)品、林德和法液空等公司均有成熟產(chǎn)品，40ft（1ft=0.3048m）罐式集裝箱的日蒸發(fā)率可低至0.5%。罐式集裝箱可實現(xiàn)從液氫工廠到液氫用戶的直接儲供，減少了液氫轉(zhuǎn)注過程的蒸發(fā)損失，且運輸方式靈活，既能采用陸運，也可進行海運，是一種應(yīng)用前景較好的液氫存儲方式。

我國“可再生能源與氫能技術(shù)”重點專項2020年度項目申報指南中，項目“1.8-液氫制取、儲運與加注關(guān)鍵裝備及安全性研究（應(yīng)用示范類）”所涉考核指標為：研制儲存用液氫儲罐容積≥300m3，液氫靜態(tài)日蒸發(fā)率≤0.25%/d，維持時間≥30d；運輸用液氫槽罐≥40m3，液氫靜態(tài)日蒸發(fā)率≤0.73%/d，維持時間≥12d，真空壽命≥5 年。與前述液氫存儲容器的相關(guān)參數(shù)對比可以看出，我國液氫存儲技術(shù)與國際先進水平差距較大。

2.2 液氫的運輸

2.2.1 陸運

液氫的陸運為公路或鐵路運輸，采用的運輸工具為液氫槽車，液氫公路或鐵路槽車一般裝載圓柱形液氫儲罐，公路運輸?shù)囊簹鋬奕莘e不超過100m3，鐵路運輸?shù)奶厥獯笕萘恳簹鋬奕莘e最高可達到200m3。

2.2.2 海運

液氫也可采用船舶進行海運，船上可裝載較大容量的液氫儲罐，將液氫由海路進行長距離的運輸。用于船運的液氫儲罐最大容積可達到1000m3[27]，且無需經(jīng)過人口密集區(qū)域，相較于陸運更加安全、經(jīng)濟。日本川崎“SUISO FROTIER”號即為液氫的海上運輸船，德國、加拿大也有類似的液氫海運船。

加拿大與歐洲撰寫的氫能開發(fā)計劃《Euro-Quebec Hydro-Hydrogen Pilot Project》報告中，計劃將液氫由加拿大運往歐洲，用于液氫在歐洲的存儲、分配和使用，重點研究了如何在液氫船的甲板上安裝多個液氫儲罐[28]。液氫海運是一種較好的液氫的運輸方式，但液氫船的核心技術(shù)難度較高，投入較大。

2.2.3 管道輸送

液氫也可以采用管道輸送，但由于液氫溫度極低，對液氫輸送管路的低溫性能和絕熱性能要求較高，不適用于遠距離輸送（<2km），一般用于航天發(fā)射場或航天發(fā)動機試驗場內(nèi)的液氫輸送。航天發(fā)射場往往需要將液氫由儲罐運輸?shù)桨l(fā)射點，此時就需要采用液氫管道輸送，如美國肯尼迪發(fā)射場采用液氫管道將液氫由球型儲罐運至440m外的發(fā)射點，使用的輸送管路有20 層真空多層絕熱[29,30]。圖2 所示為航天發(fā)動機試驗場內(nèi)液氫輸送管道的工作原理圖，液氫由液氫貯罐向試驗容器加注時，首先打開K2 閥門，然后打開K1，加注完成后，關(guān)閉K2，K1保持打開狀態(tài)[31]。

圖2 液氫輸送管道工作原理圖[31]

2.3 我國液氫儲運技術(shù)的難點和未來發(fā)展方向

我國液氫儲運技術(shù)發(fā)展起步較晚且關(guān)鍵設(shè)備進口受限，液氫在民用領(lǐng)域的應(yīng)用幾乎空白，液氫產(chǎn)業(yè)各個環(huán)節(jié)都比較薄弱，尤其是儲運環(huán)節(jié)，制約了液氫的規(guī)?；瘧?yīng)用。從氫儲運技術(shù)角度出發(fā)，目前國內(nèi)仍以氣態(tài)氫儲運技術(shù)為主，運輸壓力低于20MPa，使得氫氣運輸成本高居不下。作為一種高效氫儲運方法，液氫在美國、歐洲、日本等都有較大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，各項技術(shù)均已相對成熟，而我國在液氫生產(chǎn)、儲運、加注、計量、安全保障、故障預(yù)測、事故處置等多個方面都落后國外，甚至是空白。液氫在制氫純度、儲氫密度、遠距離運輸上相較于其他儲氫方式均有較大優(yōu)勢，液氫儲運技術(shù)研究對我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義重大。

液氫的無損儲存一直是低溫液體存儲的研究熱點。液氫長時間無損儲存涉及兩方面關(guān)鍵技術(shù)突破。第一，正仲氫的高效催化轉(zhuǎn)化：進一步提高液化過程中高純度液氫中的仲氫濃度，有效降低液氫罐中可能發(fā)生的自發(fā)轉(zhuǎn)化過程，降低轉(zhuǎn)化熱帶來的液氫蒸發(fā)損失。第二，液氫儲罐絕熱性能提升：由傳統(tǒng)的被動絕熱方式向主動絕熱技術(shù)轉(zhuǎn)變，將更低熱導(dǎo)率、更高低溫性能的材料應(yīng)用于液氫儲罐，進一步提高液氫存儲容器的絕熱性能。研究表明，液氫運輸?shù)某杀倦S著運輸距離的增加而降低，液氫更適用于較遠距離的運輸。當(dāng)液氫應(yīng)用達到一定規(guī)模時，液氫運輸成本也會隨之降低，此時液氫儲運的關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化能夠進一步降低液氫的儲運成本。綜上所述，在液氫存儲方面，大容積、低蒸發(fā)率液氫儲罐的研發(fā)是液氫存儲技術(shù)發(fā)展的重要研究方向，而液氫運輸?shù)碾y點則在于關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化。液氫儲運技術(shù)將朝向提高液氫儲運效率，有效降低儲運成本，實現(xiàn)液氫的規(guī)?；瘧?yīng)用的方向發(fā)展。此外，液氫儲運技術(shù)的發(fā)展必須依靠儲運環(huán)節(jié)的標準化，加快相關(guān)標準規(guī)范的制訂，完善液氫儲運標準化體系，才能推動液氫產(chǎn)業(yè)的健康、有序發(fā)展。

3 液氫儲運標準化

3.1 國外標準現(xiàn)狀

表4 列出了國際上應(yīng)用較多的標準，其中液氫的國際標準化組織（International Organization for Standardization,ISO）標準僅兩項：液氫-道路車輛燃料罐和液氫-道路車輛加注系統(tǒng)接口。美國壓縮氣體協(xié)會和消防協(xié)會發(fā)布的液氫標準主要涉及液氫的通用要求和安全問題，包括液氫儲罐的設(shè)置、安裝、操作等方面的安全要求。從表4 中可以看出，液氫領(lǐng)域的國際通用標準較少，國外標準多在本國內(nèi)發(fā)布實施。

表4 液氫儲運國際標準

ISO/TC 197（Hydrogen Technologies）是國際標準化組織氫能標準化技術(shù)委員會，成立于1990年，主要負責(zé)制氫、氫儲運、氫相關(guān)檢測、氫能利用等方面的國際標準制修訂工作。我國成立于2008 年的全國氫能標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 309），負責(zé)對口ISO/TC 197的氫能國際標準化工作。

在國際上，各國對液氫的標準長期以來都有較高的關(guān)注度。2020 年12 月9 日召開的國際標準化組織氫能技術(shù)委員會（ISO/TC 197）第29次全體會議上，討論并通過了液氫標準預(yù)案PWI 24077（LH2 use in non-industrial settings），該預(yù)案主要涉及液氫的使用安全。預(yù)案中首先提出了液氫使用安全中的高風(fēng)險問題，主要包括三個方面：①氣液兩相氫的爆炸危險性；②人口密集區(qū)域液氫溢出時低溫液氫云團的燃燒特性；③大量液氫釋放時的處理常識與經(jīng)驗。在對液氫使用中涉及使用安全的迫切需求進行分析的基礎(chǔ)上，該預(yù)案提出了液氫標準方向的建議：①重新修訂或擴充ISO/TR 15916—2015的內(nèi)容，該標準目前正由WG 29 修訂，可增進修改第5～7部分中涉及液氫的內(nèi)容，也可在該標準中單獨編制液氫部分內(nèi)容；②修訂現(xiàn)有兩項液氫ISO國際標準，即ISO 13984和ISO 13985，在兩項標準中進一步增加液氫使用安全的規(guī)范；③制訂新的液氫使用安全標準。該標準預(yù)案的發(fā)起人建議采用前兩種方案，即在現(xiàn)有ISO液氫標準中進行重新修訂或增加內(nèi)容，會議通過了該標準預(yù)案，并交由工作組WG 29承擔(dān)相關(guān)的標準提案及后續(xù)修訂工作。

3.2 國內(nèi)標準現(xiàn)狀

液氫標準在國際上一直備受關(guān)注，由液氫國際標準匯總可以看出，美國液氫民用標準較多，歐洲及日本等其他國家均有國際或其他標準作為支撐。我國液氫的應(yīng)用由于目前仍主要集中在航天領(lǐng)域，主要參照標準為國家軍用標準GJB 2645—1996《液氫運輸包裝貯存標準》和GJB 5405—2005《液氫安全應(yīng)用準則》，目前民用液氫的儲運暫無可以依據(jù)的現(xiàn)行標準。

為填補我國液氫民用領(lǐng)域的標準空白，2018年全國氫能標準化技術(shù)委員會組織相關(guān)單位進行三項液氫國家標準提案并獲得立項，分別為《氫能汽車用燃料液氫》《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》和《液氫貯存和運輸安全技術(shù)要求》。2021年4月30日，三項液氫國家標準正式發(fā)布，標準號分別為GB/T 40045—2021、GB/T 40061—2021 和GB/T 40060—2021，三項液氫國標于2021 年11 月開始實施。其中，《氫能汽車用燃料液氫》標準規(guī)定了氫能汽車用燃料液氫的技術(shù)指標、檢驗方法以及包裝、標志、貯運、安全警示等；《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》標準規(guī)定了液氫生產(chǎn)系統(tǒng)的氫液化裝置、液氫貯存、液氫管道及閥門、輔助設(shè)施、測量儀表與自動控制、電氣設(shè)施、安全防護等的設(shè)置；《液氫貯存和運輸安全技術(shù)要求》標準規(guī)定了液氫貯存和運輸?shù)南嚓P(guān)術(shù)語、液氫貯罐的設(shè)置、罐車罐箱的運輸、清洗與置換、安全與防護、事故處理等[32]。三項液氫國家標準的發(fā)布將有效支撐我國液氫民用的規(guī)模化發(fā)展，對我國液氫民用領(lǐng)域的標準體系的建立具有里程碑意義。

為推進我國在液氫領(lǐng)域的國際標準化工作，全國氫能標準化技術(shù)委員會于2020年11月16日在佛山綠色發(fā)展創(chuàng)新研究院組織召開了液氫ISO國際標準提案工作啟動會，中國標準化研究院、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所、北京航天試驗技術(shù)研究所、廣東省特種設(shè)備檢測研究院、航天晨光股份有限公司、張家港中集圣達因低溫裝備有限公司等8家單位代表參加了此次會議。

會議認為氣態(tài)氫的成本高、效率低已逐漸成為制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難點和痛點，液氫技術(shù)有望成為氫的低成本高效儲存和運輸?shù)淖顑?yōu)技術(shù)路線。國際標準化組織氫技術(shù)委員會（ISO/TC197）目前僅發(fā)布兩項液氫標準，分別與加注接口和液氫燃料罐相關(guān)，在液氫的生產(chǎn)、儲存、運輸和應(yīng)用整個產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)還存在很多標準空白。在這一背景下，此次液氫國際標準提案工作擬從氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際需求層面出發(fā)，加強技術(shù)合作創(chuàng)新，提前進行國際標準布局。積極參與液氫領(lǐng)域的國際標準提案和研制，將為我國液氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供助力，并在國際標準化方面爭奪話語權(quán)。

但ISO 標準的制定和發(fā)布需要經(jīng)過預(yù)研階段、提案階段、準備階段、委員會階段、征詢意見階段、批準階段、出版階段，每個階段均需提交相應(yīng)的文件并進行投票表決[33]。以ISO 13984 和ISO 13985 標準為例，ISO 國際標準從預(yù)研階段至發(fā)布發(fā)布所需時間不定，如ISO 13984 標準從提案立項到發(fā)布用時五年多，ISO 13985 標準由提案立項到發(fā)布階段則用時三年左右，而新標準提案申請?zhí)峤坏綐藴柿㈨椡ㄟ^的時間則不可預(yù)計。因此，ISO國際標準提案是一個較為漫長的過程。

3.3 液氫儲運標準化發(fā)展方向

作為液氫制取到應(yīng)用的銜接環(huán)節(jié)，液氫儲運標準化在液氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占據(jù)重要地位。液氫儲運標準化的缺失會導(dǎo)致液氫工廠到液氫終端用戶之間的供需失衡，出現(xiàn)“生產(chǎn)的液氫運不出去，而用戶端無氫可用”的矛盾局面，要加快液氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須要建立健全的液氫標準體系，而儲運環(huán)節(jié)的標準化是液氫標準體系建立中最迫切的問題。

液氫儲運主要涉及低溫液體儲運的相關(guān)要求，低溫液體的儲運中液化天然氣（LNG）相關(guān)的標準體系較為完善，液氫儲運標準體系的建立可參考LNG 的國內(nèi)外相關(guān)標準。截止到2021 年1 月，我國現(xiàn)行的LNG 相關(guān)國家標準共22 項，包括LNG 的一般特性、產(chǎn)品標準、加注、儲運等相關(guān)標準或規(guī)范，對于液氫儲運相關(guān)標準的制定具有重要的參考意義。

液氫儲運標準的研制和發(fā)布一方面可為液氫產(chǎn)業(yè)鏈中液氫存儲容器、運輸車輛等相關(guān)制造產(chǎn)業(yè)提供指導(dǎo)和規(guī)范；另一方面也有助于推動相關(guān)政策法規(guī)的實施，加快液氫民用的進程，助力液氫產(chǎn)業(yè)的健康、快速發(fā)展。

4 結(jié)語

隨著氫能應(yīng)用對儲氫密度要求越來越高，我國液氫產(chǎn)業(yè)在未來5～10 年將迎來重大發(fā)展機遇期，并逐漸向民用、商用轉(zhuǎn)變。液氫儲運是液氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，在液氫儲運技術(shù)上，我國液氫技術(shù)發(fā)展起步較晚，民用領(lǐng)域的應(yīng)用幾乎空白，而目前全球在用加氫站中有1/3采用液氫技術(shù)，美國和日本等氫能技術(shù)先進國家均在大力推進液氫儲運技術(shù)的應(yīng)用。我國液氫儲運技術(shù)的發(fā)展需要在借鑒國外先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，加強基礎(chǔ)研究和自主創(chuàng)新，加快建立液氫儲運標準體系。

我國液氫儲運技術(shù)相對落后，大容量、低蒸發(fā)率的液氫存儲設(shè)備的開發(fā)、有效降低儲運成本是液氫儲運技術(shù)發(fā)展的重要方向，液氫長時間無損儲存需要突破兩方面關(guān)鍵技術(shù)，即正仲氫的高效轉(zhuǎn)化和液氫儲罐絕熱性能的提升。液氫應(yīng)用達到一定規(guī)模時，液氫儲運的關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化是降低液氫儲運成本的重要途徑。

與其他能源類型相比，氫能具有明顯的獨特性，應(yīng)用發(fā)展初期即對法規(guī)政策和標準體系具有較強的依賴性。我國液氫民用首先要解決的是液氫上路問題，液氫上路受限于標準法規(guī)的缺失，液氫要實現(xiàn)大規(guī)模的民用、商用，必須完善其標準體系。在液氫儲運標準體系的建立上，液化天然氣（LNG）標準體系對液氫儲運標準體系的初期建立具有重要的參考意義。在加快國家標準制定和發(fā)布的同時，率先鼓勵地方標準、團體標準和行業(yè)標準的制定和發(fā)布，推動相關(guān)法規(guī)的頒布實施，以促進液氫儲運技術(shù)的發(fā)展。此外，提前進行液氫相關(guān)國際標準布局，爭取國際話語權(quán)對我國液氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展同樣意義重大。