氢能源行业专题报告：多种氢储竞相落地，远近长短各有千秋〖未来智库〗仅作为参考！盈亏自负！！,- 贴吧 百度网页版登录入口 2024-10-21 运动健康 71℃ 0 来源：雪球App，作者： 自由自在的柚子，（https://xueqiu.com/3301464844/283959327）1. 氢能储运：制约氢能发展的关键环节 氢储运逐渐成为制约氢能发展的重要一环。氢气的密度小，原子半径小， 能够穿过大部分肉眼看不见的微孔；爆炸极限宽，范围在 4.0%-75.6%之 间；液化温度低至-253℃。因为氢气特殊的物理和化学性能，使其储运存 在较大难度。随着上游制氢及下游用氢产业链逐渐完善，成本降低，中 游储运环节愈发显得捉襟见肘，成为制约氢能发展的重要一环。 氢的存储运输是连接氢气生产端与需求端的关键桥梁，储氢技术的关键 在于提高氢气能量密度。根据氢气的储存状态可将储运方式分为高压气 态储运、低温液态储运、有机液态储运和固态储运等。不同储氢方式各 有优劣，其中气态储氢具有成本低、能耗低、充放氢速度快、能够常温 操作等优点，但储氢密度较小，不宜远距离运输；低温液态储氢能量密 度大、加注时间短，但成本较高；有机液态储氢具有良好的稳定性、安 全性和便利性，但也存在成本较高的问题；固态储氢在储氢密度和氢气 纯度方面突出，目前尚处于技术提升阶段。2. 六种储运路径竞相落地，远近长短各有千秋 2.1. 高压气态储氢：短期内仍是主流路线 目前，高压气态储氢技术成熟，在中短期内仍将是储氢的主流方案。高 压气态储氢以气罐为储存容器，其优点是成本低、能耗低、充放气速度 快，且能够在常温下操作。 2.1.1. 储氢瓶：目前已有四种商业化储氢瓶 高压储氢气瓶主要分为五个类型：全金属气瓶(I 型)、金属内胆纤维环向 缠绕气瓶(II 型)、金属内胆纤维全缠绕气瓶(III 型)、非金属内胆纤维全缠 绕气瓶(IV 型)和无内胆纤维全缠绕型（V 型）。 I 型瓶由金属钢组成，重量最大、成本最低、工艺最简单，适用于压 力要求不高的固定应用场景； II 型瓶的主要瓶胆材料也是金属钢材，但在外层采用了玻璃纤维复 合材料对瓶身进行包裹，因此耐受压力高于 I 型瓶。目前也多应用 于固定式应用场景； III 型瓶内胆为金属（通常为铝合金），但厚度有所减薄，外层采用 了碳纤维复合材料包裹瓶身，包裹形式为两极铺设或螺旋形铺设。 III 型瓶具备重量轻、抗压性能好的特点，因此适用于氢燃料电池汽 车等移动设备。 IV 型瓶内胆为高分子材料，外层采用碳纤维复合材料包裹瓶身，包 裹形式为两极铺设和螺旋形铺设混合，瓶壁略薄于 III 型瓶。IV 型 瓶也主要应用于氢燃料车等移动场景。 V 型瓶是指不含任何内胆、完全采用复合材料加工而成的压力容器。 V 型瓶的技术目前市场上尚在起步阶段。 2.1.2. IV 型储氢气瓶：逐渐走向市场应用 在氢燃料电池和电动汽车的带动下，IV 型储氢气瓶成为了当前市场化 的热点。目前世界各国都在重点研发 IV 型储氢瓶，其中日本、韩国、美 国与挪威已广泛应用 IV 型瓶，Hexagon、丰田、佛吉亚等公司具备批量 生产能力。我国 IV 型储氢瓶也逐渐走向市场应用，如天海工业、中集安 瑞科、山东奥扬等公司陆续开始建设 IV 型瓶生产线。 2023 年 5 月，IV 型储氢瓶标准规范相继发布。2023 年 5 月中国国家标 准管理委员会正式发布《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》，并 将于 2024 年 6 月 1 日开始实施，为我国 IV 型储氢瓶产业提供了明确指 引，并在大容积钢质无缝瓶、高压储氢瓶阀门、内胆等方面规定了适用 范围及检测规则与方法。 2023 年多家企业发布新品，产线建成。2023 年上半年，国内众多布局 IV 型瓶的企业分别在新品发布、产线建成、项目落地等方面取得突破性 进展，如：彼欧蓝能、未势能源、中氢聚力等。2023 年未势能源 IV 型 瓶进入试生产阶段，预计 2025 年彼欧蓝能第一条 IV 型瓶生产线建成投 产。 2.1.3. 储氢瓶生产工艺：内胆成型，缠绕固化 储氢气瓶由内至外包括内衬材料、过渡层、纤维缠绕层、外保护层、缓 冲层。由于氢原子半径小、氢气在高压下具有很强的渗透性，所以储罐 的内衬材料需要有良好的阻隔功能，防止气体泄漏。 储氢瓶的生产可大致分为内胆成型和缠绕固化两个主要环节。生产过程 中存在工艺技术难度大、工艺参数多、装备精准度控制、检验检测技术 和装备要求高等问题，因此具有较高的技术壁垒。 （1）内胆成型 IV 型储氢瓶采用高分子材料做内胆，一般包括聚酰胺(PA6)、高密度聚 乙烯(HDPE)以及聚酯塑料（PET）等复合材料，这些材料一般具有的特 性： 耐氢气渗透性和耐热性。由于氢气的强渗透性，内胆选材需重点考 察氢气阻隔性能；氢气压缩过程中，瓶内温度也会升高，因此还需 要良好的耐热性。 低温力学性能。氢气在充入瓶内之前一般会冷却至-40℃，因此内胆 材料需要具备良好的低温力学性能，防止低温下发生破裂。 良好的工艺性。塑料内胆成型技术包括注塑成型、滚塑成型、吹塑 成型等，因此其材料需要具备良好的工艺性。 IV 型瓶内胆成型工艺主要为注塑、滚塑和吹塑成型。注塑是指将塑性材 料熔融后注入模具后冷却成型，具有密封结构设计自由、耐冲击、耐环境等优点，但良品率低，且不适合大尺寸成型；滚塑是指对装入模具的 粉状塑料进行旋转加热，使其粘附在膜腔后冷却定型，该方法制品壁厚 均匀且工艺简单，但致密性、生产效率偏低；吹塑是指利用压缩空气吹 胀半熔融状态的塑料型胚，该方法生产效率高，但嵌件成形存在一定难度。 目前，丰田、现代已量产的 IV 型瓶均为注塑+焊接工艺，该种成型方法 成本低、运用较广泛、但良品率也较低，且必须配合后续的焊接工序。。 （2）缠绕固化 缠绕方式主要有环向缠绕和螺旋缠绕。环向缠绕是沿容器圆周方向进行 的缠绕。环向缠绕的特点是缠绕只能在筒身段进行，不能缠到封头，邻 近纱片间相接而不重叠，纤维的缠绕角通常在 85°~90°之间。螺旋缠绕 也称测地线缠绕，芯模绕自己轴线匀速转动，同时导丝头按特定速度沿 芯模轴线方向往复运动，缠绕在筒身段和封头上均进行，缠绕角约为 12°~70°之间。为保证缠绕后的气瓶满足使用的压力要求，其缠绕方式一 般选择环向缠绕和螺旋缠绕相结合的方式。 碳纤维缠绕成型工艺可分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕。干法缠 绕是指将预浸带在缠绕机上加热软化至粘流态后缠绕到芯模上，该方法 能够严格控制纤维和树脂的含量比例，生产效率较高，缠绕速度为 100～ 200m/min；湿法缠绕是指将浸渍处理后的碳纤维丝束在张力控制下直接 缠绕到芯模上，该方法具有成本低、工艺设备简单、气密性好、纤维排 列平行度好等优点，缠绕速度可达 200m/min。半干法缠绕是指在浸胶碳 纤维缠绕到芯模之前通过烘干设备将浸胶碳纤维纱线中的溶剂除去，提 高制品质量，缠绕速度最快可达 240m/min。与干法缠绕相比，省去了预 浸胶工序，缩短了烘干所耗的时间；相对于湿法缠绕而言，只是增加了 一套烘干设备，却可以大幅降低制品中的气泡含量以及孔隙。 干法缠绕具有更高的强度和刚度，湿法缠绕则具有更好的耐腐蚀性和减 重效果。干法缠绕碳纤维制品的强度和刚度通常较高，能够满足高强度、 高刚度的需求。此外，干法缠绕碳纤维制品的重量较轻，具有较好的轻 量化效果。然而，干法缠绕碳纤维制品的耐腐蚀性能可能较差，需要采 取额外的防护措施。湿法缠绕碳纤维制品的耐腐蚀性和减重效果通常较 好。由于浸渍了树脂，湿法缠绕碳纤维制品能够更好地抵抗化学腐蚀和 环境因素对性能的影响。此外，湿法缠绕碳纤维制品的重量也较轻，具 有较好的轻量化效果。然而，湿法缠绕碳纤维制品的强度和刚度可能略 低于干法缠绕碳纤维制品。 2.1.4. 储氢瓶成本结构：主要集中在碳纤维复合材料 成本结构主要由原材料、设备折旧、人工、能源费用等构成，原材料占 比最大。其中，原材料成本占比 30%-50%；设备投资成本占比 20%-30%； 人工费用占比 20%-30%；能源成本占比 10%-20%。对于具有 300 英里行 驶里程的氢能源汽车，将需要约 5 公斤的氢气，对应的 35MPa、70MPa 高压储氢 III 型瓶的成本分别为 3084、3921 美元，其中碳纤维复合材料 成本分别占系统总成本的 62%和 66%。35MPa、70MPa 高压储氢 IV 型 瓶的成本分别为 2865、3488 美元，其中碳纤维复合材料成本分别占系统 总成本的 75%和 78%。 碳纤维国产化将大大降低储氢瓶成本。我国碳纤维工业经历了长期自主 研发，打破了国外技术装备封锁，碳纤维国产化取得了巨大突破。自 2017 年始，国产碳纤维产能扩张加速，2022 年国产碳纤维供应量达到 4.5 万吨，首次高于进口量。随着碳纤维国产化程度的提高，将大幅降低储氢 瓶成本。 2.1.5. 储氢瓶的运输经济范围：适用于短距离运输 高 压 气 态长 管拖车输氢的经济 距离不超过 200km。 在运输距离 50~1000km，以满载 350kg 氢气，20MPa 的长管拖车为例，随着运输距 离增加，单位质量氢气的运输成本从 2.4 元/kg 增加至 36.2 元/kg。按照 储运成本控制在 10 元/kg 以内，20MPa 长管拖车经济运输半径不超过 200km。从成本结构看，人工成本占比较高，在 32%-43%之间，设备折 旧在 11%-15%之间，油费和过路费在 28%-37%之间，四项成本占比在 72%-95%之间。 2.2. 低温液态储氢：主要应用于航天领域 目前，我国液氢主要应用在航天领域。液氢是一种高能、低温的液态燃 料，沸点为-252.65 ℃，密度为 0.07g/cm³，其密度是气态氢的 845 倍。低 温液态储氢属于物理储存，将氢气压缩后冷却到-252 ℃以下，使之液化 并存放在绝热真空储存器中。我国液氢技术主要应用在航天领域，民用 领域尚处于起步阶段，氢液化系统的核心设备仍然依赖于进口。 （1）优势 储氢密度大、汽化纯度高。液氢相比于气态储氢的最大优势是密度大， 常温常压下，液氢密度是氢气的 845 倍，优异的储氢量使得液氢更加适 用于氢的规模化储存运输；通过液氢气化得到的氢气不含其他杂质气体， 也没有副产物生成，因此纯度要高于其他储氢方式，能够满足部分领域 对高纯氢的需求。 （2）劣势 技术难度大、能耗高、材料性能要求高。液态储氢设备复杂、环境温度 难以控制，同时氢气气化一般会造成 1%左右的损失，如何减少此类损失 也是亟待解决的技术难点；氢气的液化需要消耗大量能量，损失的能量 约为储氢能量的一半，大大增加了液态储氢成本；为了避免氢气挥发， 液态储氢对储氢容器的耐低温性和绝热性都提出了较高的要求。 我国液氢标准规范仍需进一步完善。目前，相比国外，我国液氢相关的 标准化机构、规范标准、应用规范等方面均存在很多不足。1）我国的标 准主要集中在军事和航空领域，而民用领域则较少；2）已有的标准大多 都是采用或参考国外标准，未来需结合自身发展制定适用于本国国情的 规则；3）部分尚未研发出的产品缺少标准规范，因此不利于企业的产品 研发。未来在液氢压力容器标准、液氢球形储罐标准、液氢罐车标准、 氢气液化装置标准等方面都需要继续完善。 2.2.1. 液氢制取：三种基础循环工艺 目前，常用的氢液化基本工艺主要有三种：利用 Joule-Thompson 效应节 流膨胀的简易 Linde-Hampson 法、Claude 法（氦制冷）和氦气逆 Brayton 法（氢制冷）。 Linde-Hampson 循环：在采用液氮等低温介质将压缩氢气预冷至转 变温度以下后，利用 Joule-Thomson 效应节流制冷，使氢气在 J-T 节 流阀中等焓膨胀降温，实现一部分高压气态氢的液化，液态氢进入 绝热储罐，未发生气液转化的冷态气氢进入回流路再次进行节流膨 胀。 Claude 循环：在 L-H 循环的基础上，引入低温透平膨胀机，采用等 熵膨胀降温方式。将一部分高压原料氢气分流作为制冷介质，经透 平膨胀机膨胀对外输出功，获取冷量，经换热器对其余原料氢进行 降温。膨胀机等熵膨胀过程较 J-T 节流等焓膨胀能产生更多冷量， 得到温度更低的氢，使循环具有更高液化效率。 氦气逆 Brayton 循环：在 Claude 循环基础上，采用氦气代替氢气 作为低温制冷介质，形成独立于原料氢路的氦气制冷循环。氦气预 冷后，通过多级透平膨胀机使氦气膨胀降温至液氢温区，通过换热 器向原料氢提供冷量，将高压气态氢冷却至沸点以下，得到液氢。 液氢储运技术路线分为被动绝热和主动制冷两种。由于液氢沸点低、 易蒸发的特点，为防止超压风险和放空损失，容器储运环节须采用严 格的减小漏热的技术手段。目前，液氢储运主要采用减小热传导的被 动绝热技术和在此基础上叠加的主动制冷技术，以减小漏热或产生额 外冷量。 目前，全球规模化液氢产能集中在美洲。对全球规模化液氢生产装置产 能和状态进行梳理统计（截至 2021 年），目前在运行装置总产能达 358.9t/d，美洲地区液氢产能占全球总产能 83.6%，亚洲占 9.6%，欧洲占 6.8%。 2.2.2. 液氢适合远距离运输 液氢储运成本主要在电费，适合远距离运输。当运输距离在 50-1000km 之间，以满载 3000kg 液氢的槽罐拖车为例，随着运输距离增加，单位质 量氢气的运输成本从 6.8 元/kg 增加至 10.7 元/kg。按照储运成本控制在 10元/kg以内，槽罐拖车经济运输半径接近1000km，适合于远距离运输。 成本结构上，电费是主要的成本构成，占比在 62%-97%之间。 2.3. 有机液态储氢：尚处于研究示范阶段 有机液态储氢液态主要包括储氢、运氢和脱氢三个环节。有机物储氢技 术是指通过烯烃、炔烃或芳香烃等储氢剂和氢气发生可逆反应来实现加 氢和脱氢。有机液态储氢的储氢密度在 5%-10%，具有储氢量大、可实 现常温常压运输、方便安全的优点。 2.3.1. 储氢介质：有机液态储氢的核心 液态有机氢载体是有机液体储氢技术的核心，也是重要突破方向。储氢 介质的性能指标包括储氢性能、稳定性、成本低、无毒、脱氢环节不污 染氢气等。理论上含有不饱和键的有机物都可以作为储氢介质，但实践 中有很多难点。首先，有机载体的储氢密度各有不同，对应所需的催化 剂和反应条件也不同，在运用中还需要考虑环保节能等问题，因此实现 商业化应用的载体只是少数；其次，部分载体随着反应次数的增加，储 氢性能也会下降，使用寿命受到限制。因此，选择效率更高、能耗更低、 储氢量更大、寿命更长且成本较低的载体，是未来的研究重点。 （1）全碳骨架芬芳族化合物 有机液态储氢的研究最早集中在全碳骨架芳香族化合物，如苯、甲苯、 萘等。这些化合物具有常温时为液态、储氢密度大、化学性质稳定等优 点，但沸点较低，且具有较高的脱氢焓。该类介质多用于长距离氢气储 运。 （2）氮杂环有机物 氮杂环有机物主要包括咔唑、吲哚、喹啉、吩嗪等。该类化合物具有沸 点较高的优点，同时还可以降低氢化有机物脱氢过程中的活化能，实现 较低温度放氢。目前最为成功的氮杂环类储氢介质为 N—乙基咔唑，熔 点为 68 ℃，沸点为 166 ℃，可实现完全加、脱氢，无副产物生成，具有 良好的可逆性，是理想的储氢介质。 （3）小分子直链含氮有机物 近年来，一些小分子直链含氮有机物也成为了研发热门。清华大学刘强 课题组进行的 N,N’-二甲基乙二胺和甲醇的酰胺化反应实现了小分子直 链含氮有机物的加、脱氢，其理论质量储氢密度为 5.3%，是液态有机物 储氢材料的新发展方向。 2.3.2. 脱氢模式：湿-干多相态脱氢模式为当前研究重点 目前主要的脱氢反应模式包括气相脱氢模式、液相脱氢模式和湿-干多相 态脱氢模式。从目前不同脱氢反应模式的脱氢效率来看，湿-干多相态脱 氢模式为最优选择，也是近年来的研究重点，但其目前的技术应用仍处 于实验室小规模试验阶段。 2.3.3. 有机液态储氢成本结构：制氢成本占比较大，运输成本有优势 制氢费用在有机液态储氢成本中占比较大，运输成本是有机液体氢能储 运技术的优势。有机液态储运成本主要包括氢源价格、储氢载体成本、 加氢成本、运输成本、脱氢成本等。氢源价格依赖于制氢成本及当地的 氢能市场供需情况，储氢载体成本依赖于所需原料价格及加工费用；加 氢和脱氢成本主要包括水、电、气等公用工程消耗、储氢载体损耗、加 氢损失及人工成本等，其中公用工程消耗是重点。在 500 公里以内，有 机液态储氢成本不超过 0.8 美元/kg，但算上脱氢成本，有机液态氢运输 成本可达 2.8 美元/kg。 以工业副产氢为原料的氢气，通过有机液体储运加氢站到站氢价达到 27.5-35.0 元/kg。以山西长治某焦炉煤气副产氢为氢源，氢出厂价格 8.44 元/kg H2，河南郑州为供氢的目的地，运输往返距离约 1000 km 为分布 式脱氢加氢一体化站应用场景，根据《有机液体载氢储运技术研究进展 及应用场景》中的加氢与脱氢的能耗成本数据，结合目前普通液体化学品吨公里的市场运输成本，加氢站到站氢价达到 27.5-35.0 元/kg。 以甲苯装置运输，终端氢能应用成本在 21.93-34.95 元/kg，脱氢成本占 据成本结构的 36.6%-58.4%。在 50-1000km 的运输范围内，氢源成本和 脱氢成本占据有机液态氢能成本结构的 60%-97%，其中氢源成本占总成 本的 24.1%-38.5%，脱氢成本占比 36.6%-58.4%。 脱氢反应中的能源消耗是脱氢成本的重点，开发新型有机储氢介质/催化 剂有望降低成本。脱氢反应是吸热反应，需提供热源，热源成本是脱氢 成本的重点，也是综合成本中节能降耗的关键，如利用就近的副产蒸汽 作为脱氢热源，则可大幅度降低有机液态储运的综合成本。目前脱氢反 应中，催化剂容易被中间产物毒化导致活性不稳定，从而限制了脱氢反 应的效率。在前端吸氢、后端脱氢提纯过程中，有几率发生副反应，导 致氢气纯度不高，产生损耗。未来，随着催化剂的优化和新型有机储氢 介质的发展，有望提高催化剂的使用率和脱氢效率，从而降低脱氢成本。 2.4. 固态储氢：进入示范阶段 固态储氢包括物理吸附和化学反应吸附。具体是指利用氢气与储氢材料 之间的物理吸附或化学反应，将氢气储存在固态材料中，从而实现氢气 的储存及运输。 物理吸附材料主要包括活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维碳基材料、 金属有机框架物（MOFs）、共价有机骨架（COFs）等，通过其物理 性质，吸附或捕捉氢气。但受制于储氢量相对较低，应用有较大局 限。 化学吸附材料主要包括金属氢化物、配位氢化物和化学氢化物等， 目前以金属氢化物为主。氢气先在其表面催化分解为氢原子，氢原 子再扩散进入到材料晶格内部空隙中，以原子状态储存于金属结晶 点内。 固态储氢终端应用多集中于固定式储氢以及对重量不敏感的小型移动 式应用。固态储氢多采用金属氢化物和铝合金氢罐，致使固态储氢罐较 重，其终端应用大多在固定式储氢和对重量不敏感的小型移动式场景。 近年，国内固态储氢已逐步应用于卡车和备用电源的能量供应，随着技 术研发迭代，固态储氢将应用于更多领域。 2.4.1 固态储氢的成本结构：电耗所占比例最大 固态储氢运输成本在 9.6-21.7 元/kg 之间。假设单车储氢量为 1t，365 天 都可工作，每日工作时长 16h，平均时速 50km/h；设备价格 800 万元/辆， 以 10 年进行折旧，残值率为 85%；人工成本为两名驾驶员和两名装卸 员，人员费用共 40 万元/年，车辆保险费用 1 万元/年，车辆保养费用 0.3 元/km；百公里耗油量 33 升，柴油价格 7.5 元/升；充放氢过程耗电 15kwh/kg，电价 0.6 元/kwh；车辆过路费按 1.3 元/公里计费。在运输距 离 50~1000km，以满载 1000kg 氢气的固态储氢车为例，随着运输距离 增加，单位质量氢气的运输成本从 9.6 元/kg 增加至 21.7 元/kg。成本结 构上，电费是主要的成本构成，占比在 41%-93%之间，随着运输距离的 增加，油费成本逐渐增加。 充放氢过程的耗电成本占比较高，在 41%-93%之间，吸放氢速率慢阻 碍固态储氢技术的商业化发展。吸放氢速率慢是阻碍固态储氢技术商业 化发展的重要因素。加强吸放氢过程热质传递机理和热管理等 发展有望提升储氢材料的吸放氢速率，从而加速其商业化发展，成本有 望进一步降低。 2.5. 盐穴储氢：处在发展初级阶段 盐穴储氢属于地下储氢的一种。地下储氢技术主要有盐穴、枯竭气藏和 含水层三种类型，目前，盐穴储存纯氢已成功应用，枯竭气藏和含水层 仅有少量混合储氢工业应用，尚无储存纯氢的应用经验。 盐穴储氢适合储存纯氢。岩盐对氢的反应是惰性的，不存在产生杂质的 风险，而且密封性好，因此氢在盐岩中的扩散损失可以忽略不计，适合 储存纯氢。由于盐穴储氢能够在注入与采出间快速转换，可在一年内完 成多个注采周期，因此盐穴储氢可用作日调峰。虽然盐穴是理想的储氢 构造，但可用于储氢的盐穴在地理分布上有限，其储存容量也小于枯竭 气藏或含水层。 目前，在全球范围内，已有 4 个盐穴纯氢储存设施运行。美国德克萨斯 州有 3 个独立的盐穴储氢库用于石化工业，英国的 Teesside 盐穴储氢库 是欧洲唯一一个盐穴储氢库，由 3 个盐穴组成，总容量超过 2 万立方米。 该储氢库已经运行了 50 年，储存氢气主要用于合成氨和甲醇生产。 中国目前盐穴储油气库有利选址主要集中在经济发达中东部地区，每年 平均溶腔约 500 万m3。最有可能建设盐穴氢能地下储备库的目标地区在 江苏、湖北等地。 2.6. 管道输氢成本主要在于管道建设 2.6.1. 纯氢管道运输成本结构：管道建设费用和电费占比大 纯氢管道运输成本在 0.91-6.88 元/kg 之间。以济源-洛阳氢气管道的基本 参数为例，运输距离 50~1000km 内，随着运输距离增加，单位质量氢气 的运输成本从 0.91 元/kg 增加至 6.88 元/kg。按照储运成本控制在 10 元 /kg 以内，纯氢管道经济运输半径接近 1000km，适合于远距离运输。 纯氢管道建设费用和压缩氢气所耗电费成本占据纯氢管道运输成本的 94%-98%。在 50-1000km 的运输范围内，随着运输距离的增加，纯氢管 道建设费用所占成本比例逐渐增高，从 32%上升至 85%；压缩氢气所耗 电费所占成本比例逐渐减少，从 66%下降到 9%。 2.6.2. 掺氢管道运输成本：成本高于纯氢管道运输，氢气分离成本占比 大 掺氢管道运输成本在 4.79-8.38 元/kg 之间。在运输距离 50~1000km 内， 随着运输距离增加，单位质量氢气的运输成本从 4.79 元/kg 增加至 8.38 元/kg，略高于纯氢管道运输。按照储运成本控制在 10 元/kg 以内，掺氢 管道经济运输半径接近 1000km，同样适合于远距离运输。 终端分离氢气成本占比 48%-84%。与纯氢管道相比，虽然掺氢管道节 约初始投资建设成本，但在末端需要进行天然气和氢气分离，成本将会 增加 3~5 元/公斤，随着运输距离增加，终端分离成本从 84%下降至 48%。 除成本较高外，管道本身的材料问题也不容忽视。我国目前的天然气管 网受制于钢材材料影响，管道直接输氢将会出现“氢脆”问题，破坏管 道材料。因此，研究开发高强度或耐氢脆管材，加快实现氢气管输系统 降本增效，是满足当前规模化氢储运需求的重要途径。 2.7. 管道输氢最具经济性 管道输氢在短距离、长距离均具有储运经济性。在低于 200km 的输氢范 围内，运输氢气的经济性从高到低分别为：纯氢管道>高压气态>掺氢管 道>液态储氢>固态镁基；在 200-450km 范围内，运输氢气的经济性从高 到低分别为：纯氢管道>掺氢管道>液态储氢>高压气态>固态镁基；在大 于 450km 的运输范围内，运输氢气的经济性从高到低分别为：纯氢管道> 掺氢管道>液态储氢>固态镁基>高压气态。3. 产业现状：氢储运进入加速布局期 3.1. 政策布局：全球多国积极布局氢能 目前已有 40 多个国家和地区相继制定了国家层面的氢能发展计划和路 线图。韩国在 2019 年制定了《氢经济路线图》，将氢能产业确定为三大 创新增长战略投资领域之一；欧盟在 2020 年发布了《欧洲氢能战略》， 对氢能发展分三阶段进行规划；日本在 2023 年 6 月最新修改了《氢能 基本战略》，确定了 2030 年和 2050 年的氢能发展目标，并划分出五大 类别和九大部门作为氢能核心战略部门；德国在 2023 年 7 月更新了《国 家氢能战略》；新加坡在 2022 年颁布的《新加坡国家氢能战略》中分析 了未来氢能发展的不确定性，并提出了五项关键举措。 作为全球产氢第一大国，我国已正式将氢能纳入国家能源战略体系。在 国家改革委和国家能源局联合发布的《氢能产业发展中长期规划（2021- 2035 年）》中，对我国氢能发展现状进行了分析，并明确指出了氢能的 战略定位，强调氢能在国家能源战略中的重要地位。在国家各类政策的 指引下，多个省市也响应中央号召，制定了因地制宜的氢能发展目标、 战略规划和空间布局，争相切入氢能赛道。 能源消费与供给之间的地区错位，是我国能源项目实施的重大阻碍。 我国优质的能源主要分布在西北地区，但消费却集中在东部和东南部 地区。为了解决能源分布与消费不均的问题，神华工程技术有限公司 提出“综合能源走廊”概念，具体是指以煤炭、绿电、绿氢、绿氧等产品为传输介质，以铁路、管道、电网为传输手段，以火 电、煤化工工厂、沿线城市等为消纳方和调节方，连接新能源 生产区和消费区的综合能源传输通道，是实现能源快速发展和低碳转 型的重要支撑。可再生能源可以通过电解转化为绿氢进行输送，长距 离氢气管网是未来绿氢大规模应用的必要前提。 氢气运输管道主要依托国家铁路和高速路线网开展布局。国家能源集团的综合能源走廊方案将黄河“几字弯”地区作为重点建设区域，比 如巴彦淖尔到包头、榆林到康巴什、准格尔旗到呼和浩特将在 2025 年 前建成“氢谷”，而后可以利用罐车将氢气运输到天津港、大家洼港和 黄骅港等沿海港口，便于清洁能源产品运输到国内华东华南地区使 用，或出口到日韩等国。2023 年 12 月，《共建中国氢能高速行动倡 议》在中国燃料电池汽车大会上发布，旨在加快构建以、上 海、广东、郑州和河北五城示范群为基础的氢能高速网络建设，共涉 及 41个城市，目标是建立一个联通五大示范城市群的氢能高速网络。 这一规划包含了对高速运营车辆和高速加氢站给予政策支持的内容， 如减免高速通行费以及优化加氢站的建设和运营成本等。 3.2. 企业布局：四条路线齐开花 氢能储运是制约氢能发展的重要的环节。在能源转型的的大环境和政策 持续加码的推动下，国内企业加速布局氢能产业链。作为我国氢能发展 “卡脖子”的关键——储氢，也迎来了大批企业的研发生产，并取得了 一系列技术突破和应用成果。 我国氢能相关企业主要集中在东部及中部能源大省。其中，广东、上海、 浙江、江苏、山东、河北、北京和陕西地区的氢能企业超 100 家，处于 全国领先水平；中部省份也在集体发力，河南、山西、湖北、安徽等地 区的氢能企业超 50 家；除新疆外，其余省份均有所布局。 上一篇 长途汽车票线上购票须知,- 知乎小程序 下一篇 凯里到石狮汽车客车查询线路＋乘车时刻表+票价,- 百度智能云 相关推荐 舞台美术专家金超哲离世 行业痛失英才 积极应对降雪降温 各地全力保障通行、“菜篮子”供应、群众“温暖过冬” 今年冬季需要特别关注哪些传染病？中疾控提醒 先胜一场！山东男足2比1浙江，晋级三大球运动会四强_泰山队_比赛_决赛 3-4！林诗栋失好局，解说恨铁不成钢，张本智和大逆转，嚣张庆祝_比赛_进攻_开局 四川严格控制地下水取用 保障水资源安全
来源：雪球App，作者： 自由自在的柚子，（https://xueqiu.com/3301464844/283959327）1. 氢能储运：制约氢能发展的关键环节 氢储运逐渐成为制约氢能发展的重要一环。氢气的密度小，原子半径小， 能够穿过大部分肉眼看不见的微孔；爆炸极限宽，范围在 4.0%-75.6%之 间；液化温度低至-253℃。因为氢气特殊的物理和化学性能，使其储运存 在较大难度。随着上游制氢及下游用氢产业链逐渐完善，成本降低，中 游储运环节愈发显得捉襟见肘，成为制约氢能发展的重要一环。 氢的存储运输是连接氢气生产端与需求端的关键桥梁，储氢技术的关键 在于提高氢气能量密度。根据氢气的储存状态可将储运方式分为高压气 态储运、低温液态储运、有机液态储运和固态储运等。不同储氢方式各 有优劣，其中气态储氢具有成本低、能耗低、充放氢速度快、能够常温 操作等优点，但储氢密度较小，不宜远距离运输；低温液态储氢能量密 度大、加注时间短，但成本较高；有机液态储氢具有良好的稳定性、安 全性和便利性，但也存在成本较高的问题；固态储氢在储氢密度和氢气 纯度方面突出，目前尚处于技术提升阶段。2. 六种储运路径竞相落地，远近长短各有千秋 2.1. 高压气态储氢：短期内仍是主流路线 目前，高压气态储氢技术成熟，在中短期内仍将是储氢的主流方案。高 压气态储氢以气罐为储存容器，其优点是成本低、能耗低、充放气速度 快，且能够在常温下操作。 2.1.1. 储氢瓶：目前已有四种商业化储氢瓶 高压储氢气瓶主要分为五个类型：全金属气瓶(I 型)、金属内胆纤维环向 缠绕气瓶(II 型)、金属内胆纤维全缠绕气瓶(III 型)、非金属内胆纤维全缠 绕气瓶(IV 型)和无内胆纤维全缠绕型（V 型）。 I 型瓶由金属钢组成，重量最大、成本最低、工艺最简单，适用于压 力要求不高的固定应用场景； II 型瓶的主要瓶胆材料也是金属钢材，但在外层采用了玻璃纤维复 合材料对瓶身进行包裹，因此耐受压力高于 I 型瓶。目前也多应用 于固定式应用场景； III 型瓶内胆为金属（通常为铝合金），但厚度有所减薄，外层采用 了碳纤维复合材料包裹瓶身，包裹形式为两极铺设或螺旋形铺设。 III 型瓶具备重量轻、抗压性能好的特点，因此适用于氢燃料电池汽 车等移动设备。 IV 型瓶内胆为高分子材料，外层采用碳纤维复合材料包裹瓶身，包 裹形式为两极铺设和螺旋形铺设混合，瓶壁略薄于 III 型瓶。IV 型 瓶也主要应用于氢燃料车等移动场景。 V 型瓶是指不含任何内胆、完全采用复合材料加工而成的压力容器。 V 型瓶的技术目前市场上尚在起步阶段。 2.1.2. IV 型储氢气瓶：逐渐走向市场应用 在氢燃料电池和电动汽车的带动下，IV 型储氢气瓶成为了当前市场化 的热点。目前世界各国都在重点研发 IV 型储氢瓶，其中日本、韩国、美 国与挪威已广泛应用 IV 型瓶，Hexagon、丰田、佛吉亚等公司具备批量 生产能力。我国 IV 型储氢瓶也逐渐走向市场应用，如天海工业、中集安 瑞科、山东奥扬等公司陆续开始建设 IV 型瓶生产线。 2023 年 5 月，IV 型储氢瓶标准规范相继发布。2023 年 5 月中国国家标 准管理委员会正式发布《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》，并 将于 2024 年 6 月 1 日开始实施，为我国 IV 型储氢瓶产业提供了明确指 引，并在大容积钢质无缝瓶、高压储氢瓶阀门、内胆等方面规定了适用 范围及检测规则与方法。 2023 年多家企业发布新品，产线建成。2023 年上半年，国内众多布局 IV 型瓶的企业分别在新品发布、产线建成、项目落地等方面取得突破性 进展，如：彼欧蓝能、未势能源、中氢聚力等。2023 年未势能源 IV 型 瓶进入试生产阶段，预计 2025 年彼欧蓝能第一条 IV 型瓶生产线建成投 产。 2.1.3. 储氢瓶生产工艺：内胆成型，缠绕固化 储氢气瓶由内至外包括内衬材料、过渡层、纤维缠绕层、外保护层、缓 冲层。由于氢原子半径小、氢气在高压下具有很强的渗透性，所以储罐 的内衬材料需要有良好的阻隔功能，防止气体泄漏。 储氢瓶的生产可大致分为内胆成型和缠绕固化两个主要环节。生产过程 中存在工艺技术难度大、工艺参数多、装备精准度控制、检验检测技术 和装备要求高等问题，因此具有较高的技术壁垒。 （1）内胆成型 IV 型储氢瓶采用高分子材料做内胆，一般包括聚酰胺(PA6)、高密度聚 乙烯(HDPE)以及聚酯塑料（PET）等复合材料，这些材料一般具有的特 性： 耐氢气渗透性和耐热性。由于氢气的强渗透性，内胆选材需重点考 察氢气阻隔性能；氢气压缩过程中，瓶内温度也会升高，因此还需 要良好的耐热性。 低温力学性能。氢气在充入瓶内之前一般会冷却至-40℃，因此内胆 材料需要具备良好的低温力学性能，防止低温下发生破裂。 良好的工艺性。塑料内胆成型技术包括注塑成型、滚塑成型、吹塑 成型等，因此其材料需要具备良好的工艺性。 IV 型瓶内胆成型工艺主要为注塑、滚塑和吹塑成型。注塑是指将塑性材 料熔融后注入模具后冷却成型，具有密封结构设计自由、耐冲击、耐环境等优点，但良品率低，且不适合大尺寸成型；滚塑是指对装入模具的 粉状塑料进行旋转加热，使其粘附在膜腔后冷却定型，该方法制品壁厚 均匀且工艺简单，但致密性、生产效率偏低；吹塑是指利用压缩空气吹 胀半熔融状态的塑料型胚，该方法生产效率高，但嵌件成形存在一定难度。 目前，丰田、现代已量产的 IV 型瓶均为注塑+焊接工艺，该种成型方法 成本低、运用较广泛、但良品率也较低，且必须配合后续的焊接工序。。 （2）缠绕固化 缠绕方式主要有环向缠绕和螺旋缠绕。环向缠绕是沿容器圆周方向进行 的缠绕。环向缠绕的特点是缠绕只能在筒身段进行，不能缠到封头，邻 近纱片间相接而不重叠，纤维的缠绕角通常在 85°~90°之间。螺旋缠绕 也称测地线缠绕，芯模绕自己轴线匀速转动，同时导丝头按特定速度沿 芯模轴线方向往复运动，缠绕在筒身段和封头上均进行，缠绕角约为 12°~70°之间。为保证缠绕后的气瓶满足使用的压力要求，其缠绕方式一 般选择环向缠绕和螺旋缠绕相结合的方式。 碳纤维缠绕成型工艺可分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕。干法缠 绕是指将预浸带在缠绕机上加热软化至粘流态后缠绕到芯模上，该方法 能够严格控制纤维和树脂的含量比例，生产效率较高，缠绕速度为 100～ 200m/min；湿法缠绕是指将浸渍处理后的碳纤维丝束在张力控制下直接 缠绕到芯模上，该方法具有成本低、工艺设备简单、气密性好、纤维排 列平行度好等优点，缠绕速度可达 200m/min。半干法缠绕是指在浸胶碳 纤维缠绕到芯模之前通过烘干设备将浸胶碳纤维纱线中的溶剂除去，提 高制品质量，缠绕速度最快可达 240m/min。与干法缠绕相比，省去了预 浸胶工序，缩短了烘干所耗的时间；相对于湿法缠绕而言，只是增加了 一套烘干设备，却可以大幅降低制品中的气泡含量以及孔隙。 干法缠绕具有更高的强度和刚度，湿法缠绕则具有更好的耐腐蚀性和减 重效果。干法缠绕碳纤维制品的强度和刚度通常较高，能够满足高强度、 高刚度的需求。此外，干法缠绕碳纤维制品的重量较轻，具有较好的轻 量化效果。然而，干法缠绕碳纤维制品的耐腐蚀性能可能较差，需要采 取额外的防护措施。湿法缠绕碳纤维制品的耐腐蚀性和减重效果通常较 好。由于浸渍了树脂，湿法缠绕碳纤维制品能够更好地抵抗化学腐蚀和 环境因素对性能的影响。此外，湿法缠绕碳纤维制品的重量也较轻，具 有较好的轻量化效果。然而，湿法缠绕碳纤维制品的强度和刚度可能略 低于干法缠绕碳纤维制品。 2.1.4. 储氢瓶成本结构：主要集中在碳纤维复合材料 成本结构主要由原材料、设备折旧、人工、能源费用等构成，原材料占 比最大。其中，原材料成本占比 30%-50%；设备投资成本占比 20%-30%； 人工费用占比 20%-30%；能源成本占比 10%-20%。对于具有 300 英里行 驶里程的氢能源汽车，将需要约 5 公斤的氢气，对应的 35MPa、70MPa 高压储氢 III 型瓶的成本分别为 3084、3921 美元，其中碳纤维复合材料 成本分别占系统总成本的 62%和 66%。35MPa、70MPa 高压储氢 IV 型 瓶的成本分别为 2865、3488 美元，其中碳纤维复合材料成本分别占系统 总成本的 75%和 78%。 碳纤维国产化将大大降低储氢瓶成本。我国碳纤维工业经历了长期自主 研发，打破了国外技术装备封锁，碳纤维国产化取得了巨大突破。自 2017 年始，国产碳纤维产能扩张加速，2022 年国产碳纤维供应量达到 4.5 万吨，首次高于进口量。随着碳纤维国产化程度的提高，将大幅降低储氢 瓶成本。 2.1.5. 储氢瓶的运输经济范围：适用于短距离运输 高 压 气 态长 管拖车输氢的经济 距离不超过 200km。 在运输距离 50~1000km，以满载 350kg 氢气，20MPa 的长管拖车为例，随着运输距 离增加，单位质量氢气的运输成本从 2.4 元/kg 增加至 36.2 元/kg。按照 储运成本控制在 10 元/kg 以内，20MPa 长管拖车经济运输半径不超过 200km。从成本结构看，人工成本占比较高，在 32%-43%之间，设备折 旧在 11%-15%之间，油费和过路费在 28%-37%之间，四项成本占比在 72%-95%之间。 2.2. 低温液态储氢：主要应用于航天领域 目前，我国液氢主要应用在航天领域。液氢是一种高能、低温的液态燃 料，沸点为-252.65 ℃，密度为 0.07g/cm³，其密度是气态氢的 845 倍。低 温液态储氢属于物理储存，将氢气压缩后冷却到-252 ℃以下，使之液化 并存放在绝热真空储存器中。我国液氢技术主要应用在航天领域，民用 领域尚处于起步阶段，氢液化系统的核心设备仍然依赖于进口。 （1）优势 储氢密度大、汽化纯度高。液氢相比于气态储氢的最大优势是密度大， 常温常压下，液氢密度是氢气的 845 倍，优异的储氢量使得液氢更加适 用于氢的规模化储存运输；通过液氢气化得到的氢气不含其他杂质气体， 也没有副产物生成，因此纯度要高于其他储氢方式，能够满足部分领域 对高纯氢的需求。 （2）劣势 技术难度大、能耗高、材料性能要求高。液态储氢设备复杂、环境温度 难以控制，同时氢气气化一般会造成 1%左右的损失，如何减少此类损失 也是亟待解决的技术难点；氢气的液化需要消耗大量能量，损失的能量 约为储氢能量的一半，大大增加了液态储氢成本；为了避免氢气挥发， 液态储氢对储氢容器的耐低温性和绝热性都提出了较高的要求。 我国液氢标准规范仍需进一步完善。目前，相比国外，我国液氢相关的 标准化机构、规范标准、应用规范等方面均存在很多不足。1）我国的标 准主要集中在军事和航空领域，而民用领域则较少；2）已有的标准大多 都是采用或参考国外标准，未来需结合自身发展制定适用于本国国情的 规则；3）部分尚未研发出的产品缺少标准规范，因此不利于企业的产品 研发。未来在液氢压力容器标准、液氢球形储罐标准、液氢罐车标准、 氢气液化装置标准等方面都需要继续完善。 2.2.1. 液氢制取：三种基础循环工艺 目前，常用的氢液化基本工艺主要有三种：利用 Joule-Thompson 效应节 流膨胀的简易 Linde-Hampson 法、Claude 法（氦制冷）和氦气逆 Brayton 法（氢制冷）。 Linde-Hampson 循环：在采用液氮等低温介质将压缩氢气预冷至转 变温度以下后，利用 Joule-Thomson 效应节流制冷，使氢气在 J-T 节 流阀中等焓膨胀降温，实现一部分高压气态氢的液化，液态氢进入 绝热储罐，未发生气液转化的冷态气氢进入回流路再次进行节流膨 胀。 Claude 循环：在 L-H 循环的基础上，引入低温透平膨胀机，采用等 熵膨胀降温方式。将一部分高压原料氢气分流作为制冷介质，经透 平膨胀机膨胀对外输出功，获取冷量，经换热器对其余原料氢进行 降温。膨胀机等熵膨胀过程较 J-T 节流等焓膨胀能产生更多冷量， 得到温度更低的氢，使循环具有更高液化效率。 氦气逆 Brayton 循环：在 Claude 循环基础上，采用氦气代替氢气 作为低温制冷介质，形成独立于原料氢路的氦气制冷循环。氦气预 冷后，通过多级透平膨胀机使氦气膨胀降温至液氢温区，通过换热 器向原料氢提供冷量，将高压气态氢冷却至沸点以下，得到液氢。 液氢储运技术路线分为被动绝热和主动制冷两种。由于液氢沸点低、 易蒸发的特点，为防止超压风险和放空损失，容器储运环节须采用严 格的减小漏热的技术手段。目前，液氢储运主要采用减小热传导的被 动绝热技术和在此基础上叠加的主动制冷技术，以减小漏热或产生额 外冷量。 目前，全球规模化液氢产能集中在美洲。对全球规模化液氢生产装置产 能和状态进行梳理统计（截至 2021 年），目前在运行装置总产能达 358.9t/d，美洲地区液氢产能占全球总产能 83.6%，亚洲占 9.6%，欧洲占 6.8%。 2.2.2. 液氢适合远距离运输 液氢储运成本主要在电费，适合远距离运输。当运输距离在 50-1000km 之间，以满载 3000kg 液氢的槽罐拖车为例，随着运输距离增加，单位质 量氢气的运输成本从 6.8 元/kg 增加至 10.7 元/kg。按照储运成本控制在 10元/kg以内，槽罐拖车经济运输半径接近1000km，适合于远距离运输。 成本结构上，电费是主要的成本构成，占比在 62%-97%之间。 2.3. 有机液态储氢：尚处于研究示范阶段 有机液态储氢液态主要包括储氢、运氢和脱氢三个环节。有机物储氢技 术是指通过烯烃、炔烃或芳香烃等储氢剂和氢气发生可逆反应来实现加 氢和脱氢。有机液态储氢的储氢密度在 5%-10%，具有储氢量大、可实 现常温常压运输、方便安全的优点。 2.3.1. 储氢介质：有机液态储氢的核心 液态有机氢载体是有机液体储氢技术的核心，也是重要突破方向。储氢 介质的性能指标包括储氢性能、稳定性、成本低、无毒、脱氢环节不污 染氢气等。理论上含有不饱和键的有机物都可以作为储氢介质，但实践 中有很多难点。首先，有机载体的储氢密度各有不同，对应所需的催化 剂和反应条件也不同，在运用中还需要考虑环保节能等问题，因此实现 商业化应用的载体只是少数；其次，部分载体随着反应次数的增加，储 氢性能也会下降，使用寿命受到限制。因此，选择效率更高、能耗更低、 储氢量更大、寿命更长且成本较低的载体，是未来的研究重点。 （1）全碳骨架芬芳族化合物 有机液态储氢的研究最早集中在全碳骨架芳香族化合物，如苯、甲苯、 萘等。这些化合物具有常温时为液态、储氢密度大、化学性质稳定等优 点，但沸点较低，且具有较高的脱氢焓。该类介质多用于长距离氢气储 运。 （2）氮杂环有机物 氮杂环有机物主要包括咔唑、吲哚、喹啉、吩嗪等。该类化合物具有沸 点较高的优点，同时还可以降低氢化有机物脱氢过程中的活化能，实现 较低温度放氢。目前最为成功的氮杂环类储氢介质为 N—乙基咔唑，熔 点为 68 ℃，沸点为 166 ℃，可实现完全加、脱氢，无副产物生成，具有 良好的可逆性，是理想的储氢介质。 （3）小分子直链含氮有机物 近年来，一些小分子直链含氮有机物也成为了研发热门。清华大学刘强 课题组进行的 N,N’-二甲基乙二胺和甲醇的酰胺化反应实现了小分子直 链含氮有机物的加、脱氢，其理论质量储氢密度为 5.3%，是液态有机物 储氢材料的新发展方向。 2.3.2. 脱氢模式：湿-干多相态脱氢模式为当前研究重点 目前主要的脱氢反应模式包括气相脱氢模式、液相脱氢模式和湿-干多相 态脱氢模式。从目前不同脱氢反应模式的脱氢效率来看，湿-干多相态脱 氢模式为最优选择，也是近年来的研究重点，但其目前的技术应用仍处 于实验室小规模试验阶段。 2.3.3. 有机液态储氢成本结构：制氢成本占比较大，运输成本有优势 制氢费用在有机液态储氢成本中占比较大，运输成本是有机液体氢能储 运技术的优势。有机液态储运成本主要包括氢源价格、储氢载体成本、 加氢成本、运输成本、脱氢成本等。氢源价格依赖于制氢成本及当地的 氢能市场供需情况，储氢载体成本依赖于所需原料价格及加工费用；加 氢和脱氢成本主要包括水、电、气等公用工程消耗、储氢载体损耗、加 氢损失及人工成本等，其中公用工程消耗是重点。在 500 公里以内，有 机液态储氢成本不超过 0.8 美元/kg，但算上脱氢成本，有机液态氢运输 成本可达 2.8 美元/kg。 以工业副产氢为原料的氢气，通过有机液体储运加氢站到站氢价达到 27.5-35.0 元/kg。以山西长治某焦炉煤气副产氢为氢源，氢出厂价格 8.44 元/kg H2，河南郑州为供氢的目的地，运输往返距离约 1000 km 为分布 式脱氢加氢一体化站应用场景，根据《有机液体载氢储运技术研究进展 及应用场景》中的加氢与脱氢的能耗成本数据，结合目前普通液体化学品吨公里的市场运输成本，加氢站到站氢价达到 27.5-35.0 元/kg。 以甲苯装置运输，终端氢能应用成本在 21.93-34.95 元/kg，脱氢成本占 据成本结构的 36.6%-58.4%。在 50-1000km 的运输范围内，氢源成本和 脱氢成本占据有机液态氢能成本结构的 60%-97%，其中氢源成本占总成 本的 24.1%-38.5%，脱氢成本占比 36.6%-58.4%。 脱氢反应中的能源消耗是脱氢成本的重点，开发新型有机储氢介质/催化 剂有望降低成本。脱氢反应是吸热反应，需提供热源，热源成本是脱氢 成本的重点，也是综合成本中节能降耗的关键，如利用就近的副产蒸汽 作为脱氢热源，则可大幅度降低有机液态储运的综合成本。目前脱氢反 应中，催化剂容易被中间产物毒化导致活性不稳定，从而限制了脱氢反 应的效率。在前端吸氢、后端脱氢提纯过程中，有几率发生副反应，导 致氢气纯度不高，产生损耗。未来，随着催化剂的优化和新型有机储氢 介质的发展，有望提高催化剂的使用率和脱氢效率，从而降低脱氢成本。 2.4. 固态储氢：进入示范阶段 固态储氢包括物理吸附和化学反应吸附。具体是指利用氢气与储氢材料 之间的物理吸附或化学反应，将氢气储存在固态材料中，从而实现氢气 的储存及运输。 物理吸附材料主要包括活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维碳基材料、 金属有机框架物（MOFs）、共价有机骨架（COFs）等，通过其物理 性质，吸附或捕捉氢气。但受制于储氢量相对较低，应用有较大局 限。 化学吸附材料主要包括金属氢化物、配位氢化物和化学氢化物等， 目前以金属氢化物为主。氢气先在其表面催化分解为氢原子，氢原 子再扩散进入到材料晶格内部空隙中，以原子状态储存于金属结晶 点内。 固态储氢终端应用多集中于固定式储氢以及对重量不敏感的小型移动 式应用。固态储氢多采用金属氢化物和铝合金氢罐，致使固态储氢罐较 重，其终端应用大多在固定式储氢和对重量不敏感的小型移动式场景。 近年，国内固态储氢已逐步应用于卡车和备用电源的能量供应，随着技 术研发迭代，固态储氢将应用于更多领域。 2.4.1 固态储氢的成本结构：电耗所占比例最大 固态储氢运输成本在 9.6-21.7 元/kg 之间。假设单车储氢量为 1t，365 天 都可工作，每日工作时长 16h，平均时速 50km/h；设备价格 800 万元/辆， 以 10 年进行折旧，残值率为 85%；人工成本为两名驾驶员和两名装卸 员，人员费用共 40 万元/年，车辆保险费用 1 万元/年，车辆保养费用 0.3 元/km；百公里耗油量 33 升，柴油价格 7.5 元/升；充放氢过程耗电 15kwh/kg，电价 0.6 元/kwh；车辆过路费按 1.3 元/公里计费。在运输距 离 50~1000km，以满载 1000kg 氢气的固态储氢车为例，随着运输距离 增加，单位质量氢气的运输成本从 9.6 元/kg 增加至 21.7 元/kg。成本结 构上，电费是主要的成本构成，占比在 41%-93%之间，随着运输距离的 增加，油费成本逐渐增加。 充放氢过程的耗电成本占比较高，在 41%-93%之间，吸放氢速率慢阻 碍固态储氢技术的商业化发展。吸放氢速率慢是阻碍固态储氢技术商业 化发展的重要因素。加强吸放氢过程热质传递机理和热管理等 发展有望提升储氢材料的吸放氢速率，从而加速其商业化发展，成本有 望进一步降低。 2.5. 盐穴储氢：处在发展初级阶段 盐穴储氢属于地下储氢的一种。地下储氢技术主要有盐穴、枯竭气藏和 含水层三种类型，目前，盐穴储存纯氢已成功应用，枯竭气藏和含水层 仅有少量混合储氢工业应用，尚无储存纯氢的应用经验。 盐穴储氢适合储存纯氢。岩盐对氢的反应是惰性的，不存在产生杂质的 风险，而且密封性好，因此氢在盐岩中的扩散损失可以忽略不计，适合 储存纯氢。由于盐穴储氢能够在注入与采出间快速转换，可在一年内完 成多个注采周期，因此盐穴储氢可用作日调峰。虽然盐穴是理想的储氢 构造，但可用于储氢的盐穴在地理分布上有限，其储存容量也小于枯竭 气藏或含水层。 目前，在全球范围内，已有 4 个盐穴纯氢储存设施运行。美国德克萨斯 州有 3 个独立的盐穴储氢库用于石化工业，英国的 Teesside 盐穴储氢库 是欧洲唯一一个盐穴储氢库，由 3 个盐穴组成，总容量超过 2 万立方米。 该储氢库已经运行了 50 年，储存氢气主要用于合成氨和甲醇生产。 中国目前盐穴储油气库有利选址主要集中在经济发达中东部地区，每年 平均溶腔约 500 万m3。最有可能建设盐穴氢能地下储备库的目标地区在 江苏、湖北等地。 2.6. 管道输氢成本主要在于管道建设 2.6.1. 纯氢管道运输成本结构：管道建设费用和电费占比大 纯氢管道运输成本在 0.91-6.88 元/kg 之间。以济源-洛阳氢气管道的基本 参数为例，运输距离 50~1000km 内，随着运输距离增加，单位质量氢气 的运输成本从 0.91 元/kg 增加至 6.88 元/kg。按照储运成本控制在 10 元 /kg 以内，纯氢管道经济运输半径接近 1000km，适合于远距离运输。 纯氢管道建设费用和压缩氢气所耗电费成本占据纯氢管道运输成本的 94%-98%。在 50-1000km 的运输范围内，随着运输距离的增加，纯氢管 道建设费用所占成本比例逐渐增高，从 32%上升至 85%；压缩氢气所耗 电费所占成本比例逐渐减少，从 66%下降到 9%。 2.6.2. 掺氢管道运输成本：成本高于纯氢管道运输，氢气分离成本占比 大 掺氢管道运输成本在 4.79-8.38 元/kg 之间。在运输距离 50~1000km 内， 随着运输距离增加，单位质量氢气的运输成本从 4.79 元/kg 增加至 8.38 元/kg，略高于纯氢管道运输。按照储运成本控制在 10 元/kg 以内，掺氢 管道经济运输半径接近 1000km，同样适合于远距离运输。 终端分离氢气成本占比 48%-84%。与纯氢管道相比，虽然掺氢管道节 约初始投资建设成本，但在末端需要进行天然气和氢气分离，成本将会 增加 3~5 元/公斤，随着运输距离增加，终端分离成本从 84%下降至 48%。 除成本较高外，管道本身的材料问题也不容忽视。我国目前的天然气管 网受制于钢材材料影响，管道直接输氢将会出现“氢脆”问题，破坏管 道材料。因此，研究开发高强度或耐氢脆管材，加快实现氢气管输系统 降本增效，是满足当前规模化氢储运需求的重要途径。 2.7. 管道输氢最具经济性 管道输氢在短距离、长距离均具有储运经济性。在低于 200km 的输氢范 围内，运输氢气的经济性从高到低分别为：纯氢管道>高压气态>掺氢管 道>液态储氢>固态镁基；在 200-450km 范围内，运输氢气的经济性从高 到低分别为：纯氢管道>掺氢管道>液态储氢>高压气态>固态镁基；在大 于 450km 的运输范围内，运输氢气的经济性从高到低分别为：纯氢管道> 掺氢管道>液态储氢>固态镁基>高压气态。3. 产业现状：氢储运进入加速布局期 3.1. 政策布局：全球多国积极布局氢能 目前已有 40 多个国家和地区相继制定了国家层面的氢能发展计划和路 线图。韩国在 2019 年制定了《氢经济路线图》，将氢能产业确定为三大 创新增长战略投资领域之一；欧盟在 2020 年发布了《欧洲氢能战略》， 对氢能发展分三阶段进行规划；日本在 2023 年 6 月最新修改了《氢能 基本战略》，确定了 2030 年和 2050 年的氢能发展目标，并划分出五大 类别和九大部门作为氢能核心战略部门；德国在 2023 年 7 月更新了《国 家氢能战略》；新加坡在 2022 年颁布的《新加坡国家氢能战略》中分析 了未来氢能发展的不确定性，并提出了五项关键举措。 作为全球产氢第一大国，我国已正式将氢能纳入国家能源战略体系。在 国家改革委和国家能源局联合发布的《氢能产业发展中长期规划（2021- 2035 年）》中，对我国氢能发展现状进行了分析，并明确指出了氢能的 战略定位，强调氢能在国家能源战略中的重要地位。在国家各类政策的 指引下，多个省市也响应中央号召，制定了因地制宜的氢能发展目标、 战略规划和空间布局，争相切入氢能赛道。 能源消费与供给之间的地区错位，是我国能源项目实施的重大阻碍。 我国优质的能源主要分布在西北地区，但消费却集中在东部和东南部 地区。为了解决能源分布与消费不均的问题，神华工程技术有限公司 提出“综合能源走廊”概念，具体是指以煤炭、绿电、绿氢、绿氧等产品为传输介质，以铁路、管道、电网为传输手段，以火 电、煤化工工厂、沿线城市等为消纳方和调节方，连接新能源 生产区和消费区的综合能源传输通道，是实现能源快速发展和低碳转 型的重要支撑。可再生能源可以通过电解转化为绿氢进行输送，长距 离氢气管网是未来绿氢大规模应用的必要前提。 氢气运输管道主要依托国家铁路和高速路线网开展布局。国家能源集团的综合能源走廊方案将黄河“几字弯”地区作为重点建设区域，比 如巴彦淖尔到包头、榆林到康巴什、准格尔旗到呼和浩特将在 2025 年 前建成“氢谷”，而后可以利用罐车将氢气运输到天津港、大家洼港和 黄骅港等沿海港口，便于清洁能源产品运输到国内华东华南地区使 用，或出口到日韩等国。2023 年 12 月，《共建中国氢能高速行动倡 议》在中国燃料电池汽车大会上发布，旨在加快构建以、上 海、广东、郑州和河北五城示范群为基础的氢能高速网络建设，共涉 及 41个城市，目标是建立一个联通五大示范城市群的氢能高速网络。 这一规划包含了对高速运营车辆和高速加氢站给予政策支持的内容， 如减免高速通行费以及优化加氢站的建设和运营成本等。 3.2. 企业布局：四条路线齐开花 氢能储运是制约氢能发展的重要的环节。在能源转型的的大环境和政策 持续加码的推动下，国内企业加速布局氢能产业链。作为我国氢能发展 “卡脖子”的关键——储氢，也迎来了大批企业的研发生产，并取得了 一系列技术突破和应用成果。 我国氢能相关企业主要集中在东部及中部能源大省。其中，广东、上海、 浙江、江苏、山东、河北、北京和陕西地区的氢能企业超 100 家，处于 全国领先水平；中部省份也在集体发力，河南、山西、湖北、安徽等地 区的氢能企业超 50 家；除新疆外，其余省份均有所布局。
