氢液化装备国产化：透平膨胀机与液氢增压泵的"最后一厘米"Localizing Hydrogen Liquefaction Equipment: The Last Centimetre for Turbo-Expanders and Liquid Hydrogen Booster Pumps

【中国能源产业发展网@原创】【作者：韩屹】

氢液化装备国产化：透平膨胀机与液氢增压泵的"最后一厘米"

安徽阜阳的厂区内，一套双压循环氢气膨胀制冷氢液化系统安静地运行着。第三方测试和专家现场见证给出的结果是一组很硬的数字：额定工况下液化能力5.27吨/天，每千克液氢综合能耗11.8千瓦时，整套装置连续稳定运行超过168小时。这组数字之所以被反复引用，是因为它第一次让"国产大规模液氢工厂"从一个概念变成了可计量、可复现的工程事实，也把氢液化装备里最难的两块——透平膨胀机与液氢增压泵——推到了聚光灯下。

把时间线拉直看更清楚：2020年，中科富海作为牵头单位，联合中国科学院理化技术研究所等9家单位，承担国家重点研发计划"可再生能源与氢能技术"重点专项"液氢制取、储运与加注关键装备及安全性研究"项目；2025年5月进入试生产；2025年12月，阜阳中科富海液氢工厂通过安徽省应急管理厅审批，取得《安全生产许可证》，成为全国首套取得安全生产许可的民用液氢工厂。从立项到持证，五年时间，跑通的是"制取—储存—运输—加注"整条链路，而链路的两端，正是两大核心装备。

一组连续运转168小时的数字，把"卡脖子"说清楚了

在氢液化这条链上，"冻得下来"只是第一步。氢气需冷却到-253℃的超低温方能液化，此前全球超过85%的液氢产能集中在北美，我国关键技术长期面临外部限制。阜阳装置的意义，不在于它跑出了多大产能，而在于它用一整套连续168小时以上的实测数据证明：国产装备在额定工况下能稳稳站住。液化能力5.27吨/天、能耗11.8千瓦时/千克、仲氢含量大于96%、纯度99.99996%——这四个指标同时成立，才构成"自主可控"四个字的工程注脚。中科富海同步公布的还有：一体化换热器最高换热效能96.77%，透平膨胀机绝热效率最高83.52%，液氢增压泵输出压力45.2兆帕。装备的成色，最终都落在这些可被反复核对的数字上。

83.52%的绝热效率背后，透平膨胀机走过的最难一程

氢液化要把氢气从常温一路压到-253℃。在这个温区里，低于80开尔文的主要冷源来自透平膨胀机——它靠气体绝热膨胀对外做功来制冷，转速高、温位低，是整套装置里最像"心脏"的部件。阜阳装置给出的指标是：高速重载氢气透平膨胀机最高绝热效率83.52%。同一个项目里，正仲氢转化及换热一体化换热器最高换热效能达96.77%。这两个数字贴在一起，意味着制冷侧的效率瓶颈已经被实打实地顶开了一道缝。

但透平膨胀机的国产化并不轻松。氢气分子量只有氦气的一半，物理热物性差异显著，成熟的氦透平设计方法不能直接平移；更麻烦的是氢脆与防爆，铁素体类材料被明确规避，轴承间隙、工作范围与控制参数都要重新设计。中金公司2024年的行业研究曾指出，国内氢透平膨胀机国产化水平偏低、长期依赖进口且受发达国家限制。阜阳项目用83.52%这一实测值回应了这种判断——关键技术和核心设备已经实现自主可控。只是"可控"和"领先"之间仍有距离：国际头部企业的同类型装备已在更高负荷、更长周期上积累运行数据，而国内刚跨过5吨/天这一门槛，下一步是10吨/天至30吨/天更大规模装置的工程验证。值得一提的是，2026年5月航天科技集团六院在定州建成投产的5吨/天氢克劳德循环项目，采用了气浮轴承氢透平膨胀机、效率超80%、宣称核心部件100%国产化。两条路线同期抵达5吨/天量级，说明透平这条线的国产化，已从"单点突破"步入"多路线并行"。

45.2兆帕——液氢增压泵那一截还没走完的路

透平膨胀机解决的是"怎么把氢冻成液体"，液氢增压泵解决的是"液体怎么变成可以加注的高压气"。在阜阳配套的液氢储存型气氢加注站里，国产液氢增压泵增压气化系统输出压力达到45.2兆帕，具备35兆帕和70兆帕两种加注能力，站内液氢储量1136.4千克，峰值加氢能力1024.2千克/天，加注能耗约0.6千瓦时/千克。这一截链路被打通，意味着从液氢到车用高压氢的"最后一公里"在国内也已经跑通。

不过，增压泵恰恰是国产化率最薄的一环。公开资料里能看到两条线索：航天科技集团六院101所2023年研制出45兆帕级高压液氢泵原理样机，液氢增压压力50.6兆帕、流量822升/小时，并通过液氢试验测试；而民用领域，杭氧工装推出的首台国产化液氢离心泵压力35兆帕，但低温轴承等关键部件仍依赖进口，整机国产化率不足四成。对比国外，德国林德已通过单级压缩实现90兆帕输出，日本三菱重工"仿生叶轮"设计把泵效率做到88%并完成10万次循环验证。换句话说，45.2兆帕这条线我们已经能画出来，但泵体内部的轴承、密封、抗汽蚀这些"最后一厘米"的零部件，还走在国产替代的路上。泵的效率随出口压力升高而下降是液氢特有的物理约束，压力越高、密封摩擦损失越大，这恰恰是国产泵最需要啃下的硬骨头。

仲氢含量大于96%与99.99996%纯度，标准框定的及格线

液氢不是冻住就行。常压下平衡氢里仲氢只占约25%，而液氢在储存中正氢会缓慢转向仲氢并放热，引发蒸发损失，因此产品仲氢含量必须保持在95%以上。国标GB/T 40045-2021《氢能汽车用燃料 液氢》（2021年4月30日发布、11月1日实施，由全国氢能标准化技术委员会归口）为此专门纳入仲氢含量指标，连同氢纯度等共设16项技术指标。阜阳装置实测各负荷工况下仲氢含量均大于96%，液氢纯度高达99.99996%，满足GB/T 40045-2021及军标GJB 5405-2005要求。换句话说，产线出来的液氢，不仅"够用"，而且跨过了车用燃料的纯度门槛。

这里要分清"达标"和"先进"：GB/T 40045-2021对氢纯度的要求是不低于99.97%，阜阳做到了99.99996%，超出近两个数量级；仲氢门槛是95%，实测在96%以上。标准给了底线，工程给出了余量，这层余量正是商业化和后续规模放大的安全垫。也正是因为有这套标准托底，液氢才能从航天领域的"秘器"走向民用交通、半导体高纯氢供应等更宽的场景。

当两座5吨级工厂先后点亮，国产化的"最后一厘米"指向哪里

阜阳不是孤例。2026年5月，航天科技集团六院在旭阳集团定州园区建成投产国产首套5吨/天氢膨胀制冷氢液化项目，采用氢克劳德循环工艺，宣称全部核心部件100%国产化，单位能耗11.84千瓦时/千克。两条技术路线——阜阳的"双压循环氢气膨胀制冷"与定州的"氢克劳德循环"——在5吨/天这一量级上几乎是同期达成，说明国产液氢装备正从"有没有"走向"多路线并行、可比对"。

真正的差距藏在规模与细节里。对比国际：林德在德国Leuna的5吨/天级装置单位能耗约11.9千瓦时/千克，Ingolstadt约13.6，普莱克斯（Praxair）在18—30吨/天级为12.5—15。阜阳11.8已经接近乃至略优于这些已投运商用标杆的下端；但国际头部企业单套装置早已进入百吨/天级别，且在混合制冷剂、LNG冷能回收等新一代工艺上把理论能耗压到4—6千瓦时/千克（尚处工程验证，未大规模商用）。再看装备内部：透平膨胀机与换热器已实现自主可控，但高流量冷箱、超低温阀门、液氢泵低温轴承等部件进口依存度仍偏高。有行业测算称，中国氢液化设备整体国产化率从2020年的不足18%提升到2025年的约41%，进步明显，但"最后一厘米"正是这些高价值、高难度的核心零部件。

把账算到这儿就清楚了：透平膨胀机我们已经能造出83.52%绝热效率的自主型号，液氢增压泵我们已经能输出45.2兆帕的国产系统，从0到1的封锁被打破了。但规模放大、长周期可靠性、以及泵与阀门里那些看不见的精密件，仍需要一代代样机去磨。装备的国产化从来不是一句口号，而是一组一组被实测、被比对、被反复压边界的数字。

从5.27吨到更远的路，液氢装备的比拼才刚刚从"能用"转向"好用"

参考来源

中科富海官网、中国科学院理化技术研究所、科技日报、中化新网、科学网、安徽省科学技术厅、全国标准信息公共服务平台、仪器信息网、新浪财经、陕工网、北京经济信息网、中国电力网、ACS Publications / ScienceDirect