氫能源儲(chǔ)運(yùn)專題報(bào)告：探尋不同場(chǎng)景下氫儲(chǔ)運(yùn)的最優(yōu)解（附原文下載）

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氫儲(chǔ)運(yùn)是氫能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

氫儲(chǔ)運(yùn)是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

氫能產(chǎn)業(yè)鏈包括制氫、儲(chǔ)運(yùn)氫以及下游應(yīng)用三大環(huán)節(jié)。作為能夠真正實(shí)現(xiàn)零碳排放的清潔能源，氫能在實(shí)現(xiàn)碳減排的 同時(shí)，還存在著易燃易爆、擴(kuò)散系數(shù)大等特點(diǎn)，因此，儲(chǔ)運(yùn)作為氫能從生產(chǎn)到應(yīng)用的“連接者”，是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的 關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

我國(guó)氫能資源和需求呈逆向分布，且氫儲(chǔ)運(yùn)在氫能總成本中占比較高。目前我國(guó)氫能資源呈現(xiàn)出“西富東貧、北多南 少”的特征，而氫能需求則主要分布在南方和沿海地區(qū)。且考慮到未來(lái)綠氫占比提升，而風(fēng)光資源多集中于我國(guó)三北 地區(qū)，這將進(jìn)一步加劇氫能生產(chǎn)與需求的矛盾，因此氫儲(chǔ)運(yùn)的重要性不斷凸顯。與此同時(shí)，氫能運(yùn)輸成本占?xì)淠芙K端 售價(jià)的比例高達(dá)40%~50%，對(duì)氫的規(guī)?；瘧?yīng)用至關(guān)重要。

政策驅(qū)動(dòng)氫儲(chǔ)運(yùn)體系快速發(fā)展

利好政策陸續(xù)下發(fā)，促進(jìn)氫儲(chǔ)運(yùn)體系加速構(gòu)建。近年來(lái)政府部門陸續(xù)下發(fā)數(shù)份氫能政策，其中多個(gè)政策對(duì)氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù) 發(fā)展、氫儲(chǔ)運(yùn)體系構(gòu)建等方面提出了明確規(guī)劃，要求并鼓勵(lì)加快氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)攻關(guān)，驅(qū)動(dòng)氫儲(chǔ)運(yùn)體系快速發(fā)展。

儲(chǔ)氫方式主要包括物理儲(chǔ)氫和化學(xué)儲(chǔ)氫

儲(chǔ)氫方式可分為物理儲(chǔ)氫和化學(xué)儲(chǔ)氫，其中物理儲(chǔ)氫技術(shù)較為成熟?，F(xiàn)有的儲(chǔ)氫技術(shù)可分為物理儲(chǔ)氫和化學(xué)儲(chǔ)氫，其 中以高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫為代表的物理儲(chǔ)氫技術(shù)成熟度較高、應(yīng)用更為廣泛，而固態(tài)金屬儲(chǔ)氫雖然安全性高 且單位運(yùn)輸量大，但由于成本較高尚未大范圍普及?；瘜W(xué)儲(chǔ)氫中，有機(jī)溶液儲(chǔ)氫和液氮/氨氫商業(yè)化應(yīng)用相對(duì)成熟， 甲醇儲(chǔ)氫則由于腐蝕性和揮發(fā)性強(qiáng)而使用場(chǎng)景較為有限?？傮w看來(lái)，物理儲(chǔ)氫是當(dāng)下主流的儲(chǔ)氫方式，但化學(xué)儲(chǔ)氫有 望成未來(lái)重要的發(fā)展方向。

運(yùn)氫的方式主要有固、液、氣三種

運(yùn)氫的方式分為固、液、氣三種，根據(jù)氫氣狀態(tài)可選用不同的運(yùn)輸方式。針對(duì)氣氫運(yùn)輸，往往采用集裝格、長(zhǎng)管拖車 和管道運(yùn)輸?shù)姆绞?，其中管道運(yùn)輸雖然運(yùn)輸量明顯較高，但受限于投資門檻較高且技術(shù)難度較大，目前國(guó)內(nèi)還處于小 規(guī)模發(fā)展階段。液氫運(yùn)輸和固氫運(yùn)輸方面，我國(guó)尚處于試驗(yàn)階段，僅有少量應(yīng)用落地。

氫能供應(yīng)可分為現(xiàn)產(chǎn)現(xiàn)用、短途供氫和長(zhǎng)距離供氫三種

氫儲(chǔ)運(yùn)可根據(jù)資源稟賦、應(yīng)用規(guī)模與形式靈活調(diào)整，整體構(gòu)建出三種氫供應(yīng)鏈。場(chǎng)景1，在可再生能源或煤炭、石油 、天然氣等傳統(tǒng)化石能源資源較為豐富的地區(qū)，能夠建造出大型氫能供應(yīng)中心并采用就地制氫后直接應(yīng)用的方式，這 種場(chǎng)景下氫儲(chǔ)運(yùn)的成本幾乎為零；場(chǎng)景2，以加氫站、建筑、家庭為單位的小型用氫主體往往可以通過區(qū)域內(nèi)短距離 的儲(chǔ)運(yùn)氫方式進(jìn)行供氫；場(chǎng)景3，在缺少氫源的地區(qū)，用氫需求往往需要通過大量長(zhǎng)距離的氫儲(chǔ)運(yùn)方式進(jìn)行滿足。

高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫適用于短距離小規(guī)模運(yùn)輸場(chǎng)景

氣態(tài)儲(chǔ)氫：現(xiàn)階段以高壓長(zhǎng)管拖車為主

現(xiàn)階段氣態(tài)氫氣儲(chǔ)運(yùn)方法以高壓長(zhǎng)管拖車為主。高壓氣態(tài)氫能儲(chǔ)運(yùn)是目前工業(yè)中使用最普遍、最直接的氫能儲(chǔ)運(yùn)方式 ，通過連接減壓閥即可方便、快捷釋放所需氫氣。具有運(yùn)營(yíng)成本低、壓縮氫氣技術(shù)成熟、承壓容器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗較 小、氫氣充放響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。目前我國(guó)高壓氫氣運(yùn)輸以長(zhǎng)管拖車為主，結(jié)合集裝格小范圍補(bǔ)充。其中集裝格由多 個(gè)40L的、壓力為15Mpa的高壓儲(chǔ)氫鋼瓶組成，運(yùn)輸較為靈活，適用于需求量小的加氫站；長(zhǎng)管拖車則適用于需求量 略大的運(yùn)氫場(chǎng)景，目前國(guó)內(nèi)的加氫站目前多采用此類方式運(yùn)輸。

氣態(tài)儲(chǔ)氫：車用高壓儲(chǔ)氫氣瓶以III型瓶和IV型瓶為主

高壓氣瓶為氫氣儲(chǔ)運(yùn)的核心設(shè)備，車用場(chǎng)景下以III型瓶和IV型瓶為主。用于氫儲(chǔ)運(yùn)的高壓氣瓶主要包括純鋼制金屬瓶 （I型）、鋼制內(nèi)膽纖維纏繞瓶（II型）、鋁內(nèi)膽纖維纏繞瓶（III型）及塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶（IV型）。其中加氫站等 固定式儲(chǔ)氫瓶多用I型、II型鋼制氫瓶，但由于I型和II型瓶?jī)?chǔ)氫密度低、氫脆問題嚴(yán)重，因此現(xiàn)階段車用儲(chǔ)氫容器主要 為III型瓶和IV型瓶。

氣態(tài)儲(chǔ)氫：車用高壓儲(chǔ)氫氣瓶成本中材料占比較高

高壓儲(chǔ)氫氣瓶的成本主要由碳纖維復(fù)合材料、閥門等組成。以廣泛用于車載運(yùn)氫的III型瓶和IV型瓶為例，碳纖維復(fù)合 材料在兩類儲(chǔ)氫瓶中的成本占比均在60%~80%之間，其次為閥門、平衡儲(chǔ)罐、調(diào)節(jié)器等。近年來(lái)我國(guó)碳纖維的產(chǎn)能 與產(chǎn)量不斷攀升，國(guó)產(chǎn)化率持續(xù)提高，2022年我國(guó)大陸碳纖維運(yùn)行產(chǎn)能11.2萬(wàn)噸，占全球運(yùn)行產(chǎn)能約43.3%，較 2021年提升12.8%。預(yù)計(jì)隨著我國(guó)碳纖維產(chǎn)能的持續(xù)擴(kuò)張，有望帶動(dòng)高壓儲(chǔ)氫氣瓶成本下降。

氣態(tài)儲(chǔ)氫：高壓長(zhǎng)管拖車適用于短距離運(yùn)輸場(chǎng)景

高壓長(zhǎng)管拖車適用于短距離運(yùn)輸場(chǎng)景。在假定壓縮設(shè)備價(jià)格、人工費(fèi)、百公里油耗、單位耗電量等核心參數(shù)不變時(shí)， 通過改變運(yùn)輸距離來(lái)測(cè)算高壓長(zhǎng)管拖車的運(yùn)氫成本變動(dòng)?？梢钥吹?，隨著運(yùn)輸距離的拉長(zhǎng)，高壓長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸成本顯 著攀升，從經(jīng)濟(jì)性角度考量一般適用于短距離運(yùn)輸。

氣態(tài)儲(chǔ)氫：降本路徑主要為提升高壓儲(chǔ)氫氣瓶設(shè)備壓力

高壓長(zhǎng)管拖車的降本路徑主要為提升高壓儲(chǔ)氫氣瓶設(shè)備壓力。假設(shè)其他條件不變而改變氫氣瓶的設(shè)備壓力，可以看到 儲(chǔ)氫氣瓶壓力越大，單位氫氣運(yùn)輸成本越低。因此，我們預(yù)計(jì)未來(lái)氣氫運(yùn)輸?shù)闹饕当韭窂綖樘嵘邏簝?chǔ)氫氣瓶的設(shè) 備壓力，即伴隨儲(chǔ)氫氣瓶從設(shè)備壓力較小的I型向設(shè)備壓力較大的IV型轉(zhuǎn)變，高壓長(zhǎng)管拖車的運(yùn)氫成本將持續(xù)下降。

低溫液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)進(jìn)展較快，有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫步入工業(yè)化

低溫液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)進(jìn)展較快，有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫向工業(yè)化生產(chǎn)過渡

低溫液態(tài)儲(chǔ)氫應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫逐漸向工業(yè)化生產(chǎn)過渡。（1）低溫液態(tài)儲(chǔ)氫是指將氫氣經(jīng)過壓縮后 ，深冷到21K以下使其變?yōu)橐簹?，并?chǔ)存在低溫絕熱的真空容器當(dāng)中，其在氫能應(yīng)用中具備儲(chǔ)運(yùn)量更大、純度高、充 裝更快、占地更小等優(yōu)勢(shì)；我國(guó)低溫液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)近年來(lái)不斷發(fā)展，相關(guān)投資和項(xiàng)目密集出現(xiàn)。（2）有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫 是指借助烯烴、炔烴或芳香烴等不飽和液體有機(jī)物和氫氣的可逆反應(yīng)、加氫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)氫儲(chǔ)存，并借助脫氫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)氫 的釋放的化學(xué)儲(chǔ)運(yùn)氫過程；目前有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)還處于從實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)化生產(chǎn)的過渡階段。

低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)：成本對(duì)運(yùn)輸距離不敏感，適合大規(guī)模遠(yuǎn)距離運(yùn)輸

液氫的運(yùn)輸形式包括拖車、槽車和槽船等，制備過程中規(guī)模效應(yīng)明顯。液氫的儲(chǔ)運(yùn)方式可以分為兩類，即采用容器儲(chǔ) 運(yùn)和采用管道輸運(yùn)。其中,容器儲(chǔ)運(yùn)在儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)形式上一般采用球形儲(chǔ)罐和圓柱形儲(chǔ)罐，在運(yùn)輸形式上采用液氫拖車、 液氫鐵路槽車和液氫槽船等。相較于氣氫儲(chǔ)運(yùn)，液氫具有便于儲(chǔ)運(yùn)車載、安全性高、氣化純度高等優(yōu)點(diǎn)，但也因制備 過程較為復(fù)雜而存在著技術(shù)門檻較高、液化工廠投資大、能耗較高等缺點(diǎn)。

液氫成本對(duì)運(yùn)輸距離不敏感，適合大規(guī)模遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。在車輛購(gòu)置成本、人工成本、燃油費(fèi)、車速等條件不變的情況 下，改變液氫運(yùn)輸距離，進(jìn)而測(cè)算其運(yùn)輸成本的變化。由測(cè)算可知，液氫綜合運(yùn)輸成本隨著運(yùn)輸距離的增長(zhǎng)而緩慢上 升，基本能夠控制在5元/kg以內(nèi)，且每增加100km的運(yùn)輸距離，單位kg運(yùn)輸成本約增加0.8元，敏感度遠(yuǎn)低于同等條 件下的氣氫運(yùn)輸。考慮到液氫運(yùn)輸規(guī)模往往較大，因此我們認(rèn)為液氫適合大規(guī)模遠(yuǎn)距離運(yùn)輸場(chǎng)景。

低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)：液氫項(xiàng)目建設(shè)和裝備邁向國(guó)產(chǎn)化

液氫領(lǐng)域發(fā)展勢(shì)頭良好，國(guó)內(nèi)企業(yè)紛紛布局。近年來(lái)液氫領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)化程度提升，多家國(guó)內(nèi)企業(yè)紛紛上馬液氫制備項(xiàng) 目以及核心裝備制造項(xiàng)目。伴隨著我國(guó)企業(yè)液氫制備與裝備項(xiàng)目的持續(xù)推進(jìn)，預(yù)計(jì)將助力我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

有機(jī)液氫儲(chǔ)運(yùn)：主要包括液氨載氫、甲苯/甲基載氫和甲醇載氫

有機(jī)液氫儲(chǔ)運(yùn)主要包括液氨載氫、甲苯/甲基載氫和甲醇載氫。有機(jī)液體以及氨氣輸運(yùn)氫氣作為氫氣儲(chǔ)運(yùn)方法，在長(zhǎng) 距離、大規(guī)模的氫氣輸送方面具有一定優(yōu)勢(shì)，但是其雜質(zhì)氣體含量高，高純氫氣使用時(shí)需要重新純化。從運(yùn)輸介質(zhì)上 看，有機(jī)液氫儲(chǔ)運(yùn)主要包括液氨載氫、甲苯/甲基載氫以及甲醇載氫。

有機(jī)液氫儲(chǔ)運(yùn)：國(guó)內(nèi)多個(gè)項(xiàng)目陸續(xù)啟動(dòng)，商業(yè)化挑戰(zhàn)仍存

國(guó)內(nèi)多家企業(yè)啟動(dòng)有機(jī)液氫儲(chǔ)運(yùn)項(xiàng)目，成本和技術(shù)為其商業(yè)化挑戰(zhàn)。近年以來(lái)國(guó)內(nèi)多個(gè)有機(jī)液氫儲(chǔ)運(yùn)項(xiàng)目陸續(xù)落地， 圣元環(huán)保、東方電氣等企業(yè)以及中國(guó)化學(xué)科研院、中國(guó)船舶712所等研究所紛紛表示其正在開發(fā)有機(jī)液體儲(chǔ)氫或已有 相關(guān)研究項(xiàng)目落地?？梢钥吹接袡C(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)正處在有實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向小規(guī)模落地應(yīng)用的過渡階段，而其是否能夠?qū)崿F(xiàn) 商業(yè)化還需面臨成本和技術(shù)的雙重挑戰(zhàn)。

管道輸氫經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，有望成為未來(lái)氫運(yùn)輸?shù)淖顑?yōu)模式

管道運(yùn)輸：可根據(jù)輸送距離和氫氣純度分為多種方式

管道運(yùn)輸氫可根據(jù)輸送距離和氫氣純度分為多種方式。氫氣的管道運(yùn)輸，是指在制氫工廠與氫氣站、用氫單位等之間 建設(shè)一定的管道，氫氣以氣態(tài)形式進(jìn)行運(yùn)輸?shù)姆绞?。根?jù)輸送距離，管道輸氫可分為長(zhǎng)距離管道和短距離管道，前者 主要用于制氫工廠與氫氣站之間的長(zhǎng)距離運(yùn)輸，輸氫壓力較高、管道直徑較大；后者則主要用于氫氣站與各個(gè)用戶之 間的氫氣配送，輸氫壓力較低，管道直徑較小。

根據(jù)氫氣純度，管道輸氫可分為天然氣摻氫管道和純氫管道，前者是指在氫能發(fā)展初期，利用現(xiàn)有的天然氣管道，將 氫氣加壓后輸入，使氫氣與天然氣混合輸送的方式；后者則是指專門用于純氫氣運(yùn)輸?shù)墓艿溃佋O(shè)難度大、投資成 本較高，是氫能管網(wǎng)建設(shè)的終極目標(biāo)形態(tài)。

管道運(yùn)輸：?jiǎn)挝怀杀咀畹停型蔀槲磥?lái)氫運(yùn)輸?shù)淖顑?yōu)模式

管道運(yùn)輸氫單位成本最低，有望成為未來(lái)氫運(yùn)輸?shù)淖顑?yōu)模式。管道輸氫具備有運(yùn)輸成本低、能耗小、可實(shí)現(xiàn)氫能連續(xù) 性、規(guī)模化、長(zhǎng)距離輸送等優(yōu)勢(shì)。假設(shè)管道運(yùn)能利用率為30%，將其與長(zhǎng)管拖車、液罐槽車運(yùn)輸成本進(jìn)行對(duì)比，可以 看到管道運(yùn)氫的成本相對(duì)最低，在不考慮前期管道投資的情況下，管道運(yùn)輸有望受益于其經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)輸規(guī)模的優(yōu)勢(shì)， 成為未來(lái)氫氣運(yùn)輸?shù)淖顑?yōu)模式。

管道運(yùn)輸：“西氫東送”管道納入國(guó)家規(guī)劃，緩解綠氫供需錯(cuò)配

我國(guó)首條“西氫東送”輸氫管道示范工程被納入國(guó)家規(guī)劃。根據(jù)中國(guó)石化發(fā)布，我國(guó)首條“西氫東送”輸氫管道示范 工程被納入《石油天然氣“全國(guó)一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》，管道起于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市，終點(diǎn)位于北京市，全 長(zhǎng)400多公里，是我國(guó)首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長(zhǎng)距離的純氫輸送管道。管道一期運(yùn)力10萬(wàn)噸/年，預(yù)留50萬(wàn)噸/年的遠(yuǎn) 期提升潛力。同時(shí)，將在沿線多地預(yù)留端口，便于接入潛在氫源。管道建成后有望替代京津冀地區(qū)現(xiàn)有的化石能源制 氫，大力緩解我國(guó)綠氫供需錯(cuò)配的問題。

固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)持續(xù)突破，適用于小型移動(dòng)式和固定式場(chǎng)景

固態(tài)儲(chǔ)氫：優(yōu)勢(shì)明顯，材料以金屬氫化物為主

固態(tài)儲(chǔ)氫具有多重優(yōu)勢(shì)，載體主要為物理或化學(xué)吸附儲(chǔ)氫材料。固態(tài)儲(chǔ)氫是指通過物理或化學(xué)材料對(duì)氫氣的吸附作用 而將其存儲(chǔ)在固體材料中的儲(chǔ)氫方式。其中，物理吸附主要指通過范德華力將氫分子可逆地吸附在比表面積高的多孔 材料中，化學(xué)吸附則是指將氫以離子鍵或共價(jià)鍵與其他元素結(jié)合并生成金屬氫化物等材料。與高壓氣態(tài)或液態(tài)儲(chǔ)氫方 式相比，固態(tài)儲(chǔ)氫具有體積儲(chǔ)氫密度高、安全性能好、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)吸附原理的不同，固態(tài)儲(chǔ)氫材料可分 為物理吸附儲(chǔ)氫材料和化學(xué)吸附儲(chǔ)氫材料，其中化學(xué)吸附儲(chǔ)氫材料中的金屬氫化物發(fā)展最為成熟，而當(dāng)中的鎂系合金 由于儲(chǔ)氫量高、原料豐富、產(chǎn)氫純度高等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前景的固態(tài)儲(chǔ)氫材料之一。

固態(tài)儲(chǔ)氫：應(yīng)用場(chǎng)景多集中于固定式和小型移動(dòng)式

固態(tài)儲(chǔ)氫終端應(yīng)用場(chǎng)景主要為固定式和小型移動(dòng)式。由于固態(tài)儲(chǔ)氫多采用金屬氫化物作為載體，且用鋁合金氫罐作為 容器，因此固態(tài)儲(chǔ)氫罐普遍較重，導(dǎo)致其終端應(yīng)用多集中于固定式儲(chǔ)氫和重量相對(duì)較輕的小型移動(dòng)式場(chǎng)景。其中，固定式應(yīng)用場(chǎng)景主要包括電力調(diào)峰電站、分布式供能、應(yīng)急備用電源、制氫或用氫現(xiàn)場(chǎng)緩存等領(lǐng)域，此場(chǎng)景下 固態(tài)儲(chǔ)氫裝置可以將氫氣進(jìn)行長(zhǎng)期的常溫常壓儲(chǔ)存，在需要時(shí)再直接釋放氫能或利用燃料電池將其轉(zhuǎn)化為電能供應(yīng)。而小型移動(dòng)式應(yīng)用主要包括工程車載、乘用車載、船載等儲(chǔ)運(yùn)氫場(chǎng)景。

固態(tài)儲(chǔ)氫：技術(shù)持續(xù)發(fā)展，多個(gè)企業(yè)入局

固態(tài)儲(chǔ)氫終端應(yīng)用場(chǎng)景主要為固定式和小型移動(dòng)式。當(dāng)前固態(tài)儲(chǔ)氫尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，但是其技術(shù)快速發(fā)展，多 個(gè)上市公司紛紛布局。其中，圣元環(huán)保、云海金屬、厚普股份等公司與高校、研究院等合作開展儲(chǔ)氫材料和裝備研究 ，包括鎂基、釩基材料等路線。橫店?yáng)|磁、雄韜股份等公司則以參股氫能公司的形式開展固態(tài)儲(chǔ)氫業(yè)務(wù)。

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