儲氫專題 | 儲氫運氫研究報告（中）

豆豆samuel 2024-10-31

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Shang Hai /

2023.12

2. 運氫：與儲氫方式密不可分，方式多樣

氫氣的運輸往往和氫氣的儲存狀態息息相關。根據氫氣運輸時的狀態，我們可以將氫氣的運輸方式分為三種：氣氫輸送、液氫輸送和固氫輸送。針對不同的氫氣狀態選用不同的運輸手段。氣氫輸送：氣氫輸送往往采用長管托車和管道運輸兩種。液氫輸送：液氫輸送采用液氫罐車或者專用液氫駁船運輸，LOHC 可依托油品儲運設施。固氫輸送：通過金屬氫化物存儲的氫氣可以采取更加豐富的運輸手段，駁船、大型槽車等運輸工具均可以用以運輸固態氫。

運量和運距決定儲運的方式。各種儲運方式都有自己的特點。我們認為，在當下氫能產業仍處初期發展階段，對于大規模、長距離運氫的需求不大，高壓氣態運氫最具性價比。但隨著氫能產業快速發展，下游應用場景逐漸豐富，對于大規模、長距離運氫的需求將逐漸增加，此時液氫輸送的優勢將會顯現，并成為主流方式。在氫能發展的最終階段，各類儲氫技術將更為成熟，我們認為將會形成多種氫儲運路徑并行的局面。

2.1 氣氫輸送：高壓氣氫運輸與管網運輸將成為未來短距離與長距離運輸的主要途徑

高壓氣氫拖車是當下氫氣短距離運輸的主要途徑。從我國當下氫能產業的發展狀況來看，氫氣的短距離異地運輸主要通過集裝管束運輸車進行。例如，化工富余氫氣經過脫水、脫氧等凈化流程后，經過氫壓縮機壓縮至 20MPa，由裝氣柱充裝入集裝管束運輸車。經運輸車運至目的地后，通過高壓卸車膠管把集裝管束運輸車和卸氣柱相連接，卸氣柱和調壓站相連接，20MPa的氫氣由調壓站減壓至 0.6MPa 并入氫氣管網使用。在加氫站日需求 500kg的情況下，高壓氣氫拖車運輸節省了成本與管道建設前期投資成本，在一定儲運距離以內經濟性最高。高壓儲氫容器自重大，氫氣的密度又很小，裝運的氫氣質量只占總運輸質量的1%～2%左右，因此氣態氫的拖車運輸僅適用于將制氫廠的氫氣輸送到距離不太遠，同時需用氫氣量不太大的用戶。

輕量化、高壓力是未來高壓氣氫拖車的發展方向。我國當下用于高壓氣氫拖車運輸的運輸氣瓶主要以工作壓力 20MPa的純鋼制 I 型瓶為主，單車運輸氫氣約 380kg。與國外領先技術仍有一定差距，國外采用 45MPa 纖維全纏繞高壓氫瓶長管托車運氫，單車運輸氫氣可達 700kg。為了提高運輸效率和適應 70MPa 壓力等級加氫站的建設需求，我們認為高壓氣氫拖車未來將繼續向輕量化、高壓力方向發展。

管道輸送是最經濟、最節能的大規模長距離輸送氫氣的方式。管道運輸壓力一般為 1.0～4.0MPa，輸氫量大、能耗低，但是建造管道一次性投資較大。在管道運輸發展初期，可以積極探索摻氫天然氣方式。據《中國氫能源及燃料電池產業白皮書 2019》披露，截至 2019 年，美國已有 2500 公里的輸氫管道，歐洲已有 1598 公里的輸氫管道，我國則僅有 100 公里的輸氫管道。2021 年 6 月，中國石油天然氣管道工程有限公司中標河北定州至高碑店氫氣長輸管道可行性研究項目，管道全長約 145 公里，設計輸氫量 10 萬噸/年，是國內目前規劃建設的最長氫氣管道。

氫-天然氣混合氣的管網運輸。研究表明，使用已有管網輸送氫氣是低成本長距離輸送大量氫氣的優選方法之一。直接把天然氣管網變成氫-天然氣混合氣（含氫量約 15%），僅需對原有管網進行適當的改造即可。但是，如果要進行純氫輸送，則需要對天然氣管網進行實質性的改造，包括材料和重要部件的更換、安全性措施升級等。利用天然氣管網輸送天然氣混合氣和升級改造天然氣管網來輸送純氫，這兩個方面的技術分析和研發工作也是美國能源部氫能發展計劃中的主要內容。

2.2 液氫輸送：液氫槽車運輸及 LOHC 運輸將成中期大規模、長距離運輸主要途徑

液氫槽車運輸適合運距較遠，運量較大的場景。液氫的運輸、儲存容器需使用特殊合金和碳纖維增強樹脂等，而且還必須使用應對自然蒸發的液態氫用浸液泵和高隔熱容器等特殊設備和技術。制氫廠制得的氫氣，經過液化后，可方便地進行公路運輸，到達加氫站后可直接給液氫用戶加氫，或者通過氣化、加壓后給高壓氫罐用戶加氫。槽車是液氫車運的關鍵設備，常用水平放置的圓筒形低溫絕熱槽罐。汽車用液氫儲罐其存儲液氫的容量可以達到 100m3，鐵路用特殊大容量的槽車甚至可運輸 120~200m3 的液氫。液氫存儲密度和損失率與儲氫罐的容積有較大關系，大儲氫罐的儲氫效果要比小儲氫罐好。

液氫槽車輸送在我國發展將成必然。液氫當下痛點問題在于短距離運輸成本較高，現有技術條件下，液化過程的能耗和固定投資較大，液化過程的成本占整個液氫儲運環節的 90%以上，而這也造就了液氫運輸成本對于距離不敏感。未來，由于液化設備的規模效應和技術升級，液化能耗和設備成本還有較大的下降空間。鴻達興業在內蒙古自治區投資建設我國首個規模化的民用液氫項目，年產 3 萬噸液氫。此外，國富氫能、嘉化能源、中科富海等多家企業也在積極拓展液氫市場，疊加 2021 年出臺的三項關于液氫的國家標準為液氫的發展提供了政策導向，民用液氫規模化趨勢已成必然。2020 年 12 月，鴻達興業完成全國首車長距離民用液氫運輸，其自主生產的液氫跨越 2500 多公里，是國內液氫長距離運輸的重要里程碑。

液氫駁船運輸適用于跨國運氫。液氫還可使用駁船運輸，這和運輸液化石油氣相似，不過需要更好的絕熱材料，使液氫在長距離運輸過程中保持液態，駁船上裝載容量很大的存儲液氫的容器。用于船運的液氫儲罐容積可達 1000m3 以上，且無需經過人口密集區域，相較于陸運更加安全、經濟。日本川崎重工建造的全球首艘液氫運輸船“SUISO FRONTIER “于 2021 年 5 月 24 日在神戶市面向媒體公開，12 月 24 日開啟首航，從日本駛往澳大利亞，提取第一批貨物，船上搭載了川崎重工播磨工廠制造的氫氣儲罐，這種長25米、高16米的橢圓形儲罐能夠儲存 1250m3 的液氫。

液氫駁船運輸的發展將由未來當地制氫成本的高低決定。采用液氫駁船運輸的氫氣往往是進口的，這部分船舶進口的氫能源將與當地生產的氫能源直接競爭，當地的制氫成本水平及其降本潛力將成決定性因素。就液氫駁船運輸較為領先的日本而言，未來液氫駁船運輸將搶占日本近半氫氣運輸市場。日本政府提出，到 2050 年日本的氫氣用量大約為 2 千萬噸，約為 2020 年的 5000 倍。川崎重工表示，計劃在 2050 年，用 80 艘船舶運輸日本國內所需 2 千萬噸氫氣中的 900 萬噸。川崎重工將斥資 5.78 億美元建造全球首艘大型液化氫運輸船，改傳將配備 4 個可分別儲存 4 萬 m3 液化氫的儲罐，預計 2026 年完工。

液體有機氫（LOHC）輸送可依托已有的油品儲運設施，有望在大規模儲運氫方面擔任重要角色。氫氣的大規模運輸除了利用管道運輸，還可利用 LOHC 的方式，依托已有的管道、儲罐、接卸設施、槽車、火車罐車、油船等油品儲運設施實現大宗的儲存和運輸。新建氫氣管道需要大量的前期投入成本，利用已有天然氣管道摻氫的方式運輸，到達目的地后，還需分離氫氣，實施的復雜性和挑戰性較大。我們認為在氫氣輸送管網尚未廣泛建設之前，LOHC 輸送有望在大規模儲運氫方面擔任重要角色。

2.3 固氫輸送：仍處試驗階段、未來有望豐富短距離運氫途徑

固氫輸送仍處研究階段，未來有望豐富短距離運氫途徑。固態氫的運輸是指用固體儲氫材料通過物理、化學吸附或形成氫化物儲存氫氣，目前最具實用化價值的是使用儲氫合金儲存氫氣，然后運輸裝有儲氫材料的容器。輕質儲氫材料（如鎂基儲氫材料）兼具高的體積儲氫密度和重量儲氫率，作為運氫裝置具有較大潛力。將低壓高密度固態儲罐僅作為隨車輸氫容器使用，加熱介質和裝置固定放置于充氫和用氫現場，可以實現氫的快速充裝及其高密度高安全輸運，提高單車運氫量和運氫安全性。但是由于儲氫合金價格高（通常幾十萬元/噸），放氫速度慢，還需要加熱，并且儲氫合金本身很重，長距離運輸不具備經濟性。目前尚未有固態氫氣運輸的案例，各類儲氫材料大都處于研究階段。我們認為在未來固氫運輸有望成為一種短距離氫氣運輸的途徑。