1.1 氫儲(chǔ)運(yùn)是連接氫氣生產(chǎn)端與需求端的關(guān)鍵橋梁
氫能產(chǎn)業(yè)鏈中，氫的存儲(chǔ)運(yùn)輸是連接氫氣生產(chǎn)端與需求端的關(guān)鍵橋梁，深刻影響 著氫能發(fā)展節(jié)奏及進(jìn)度。由于氫氣在常溫常壓狀態(tài)下密度極低（僅為空氣的 1/14）、 單位體積儲(chǔ)能密度低、易燃易爆等，其特性導(dǎo)致氫能的安全高效輸送和儲(chǔ)存難度較大。 因此，發(fā)展安全、高效、低成本的儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)是氫能大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展的前提。
1.2 龐大的氫能需求將帶來千億級(jí)的儲(chǔ)運(yùn)市場規(guī)模
氫能資源呈逆向分布，氫能儲(chǔ)運(yùn)供應(yīng)鏈建設(shè)是實(shí)現(xiàn)“氫經(jīng)濟(jì)”的保障?？傮w來說， 我國能源供應(yīng)和能源需求呈逆向分布，在資源上“西富東貧、北多南少”，在需求上則 恰恰相反。未來，一方面要積極開發(fā)大容量氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)；另一方面要積極開展就近 化工副產(chǎn)氫氣資源和沿海可再生能源開發(fā)利用。
龐大的氫能需求需依靠完善的氫儲(chǔ)運(yùn)供應(yīng)鏈，將帶來千億級(jí)設(shè)備投資規(guī)模。在 氫能行業(yè)深度報(bào)告系列二中，我們?cè)敱M分析了氫能在工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域參與深 度脫碳的潛力，即在 2060 碳中和目標(biāo)下，據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，到2040 年，我國 氫氣的年需求量將增至 5700 萬噸左右，龐大的氫能需求量需依靠完善的氫儲(chǔ)運(yùn)供應(yīng) 鏈。假設(shè)按照終端氫氣售價(jià) 30 元/kg，儲(chǔ)運(yùn)成本占比 30%，設(shè)備投資成本占比 70%， 對(duì)應(yīng)儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備市場規(guī)模將達(dá) 5200 億元。
1.3 由近及遠(yuǎn)，氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)發(fā)展將循序漸進(jìn)
根據(jù)中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書（2019 版）》關(guān) 于我國氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)路線展望：我國氫能儲(chǔ)運(yùn)將按照“低壓到高壓”“氣態(tài)到多相態(tài)”的 方向發(fā)展，由此逐步提高氫氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)哪芰?。氫能市場滲入前期，氫氣用量及運(yùn) 輸半徑相對(duì)較小，此時(shí)高壓氣態(tài)運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)換成本較低，更具性價(jià)比；氫能市場發(fā)展到 中期，氫氣需求半徑將逐步提升，將以氣態(tài)和低溫液態(tài)為主；遠(yuǎn)期來看，高密度、高 安全儲(chǔ)氫將成為現(xiàn)實(shí)，完備的氫能管網(wǎng)也將建成，同時(shí)出臺(tái)固態(tài)、有機(jī)液態(tài)等儲(chǔ)運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)及管道輸配標(biāo)準(zhǔn)作為配套。（報(bào)告來源：未來智庫）
氫能的存儲(chǔ)及運(yùn)輸成為了氫能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展的重要影響因素之一，而氫能的儲(chǔ) 運(yùn)方式建立在氫的不同存儲(chǔ)狀態(tài)之上，按照氫的不同形態(tài)，通常將氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)分為氣 態(tài)儲(chǔ)運(yùn)（高壓氣態(tài)、管道氫）、液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)（低溫液態(tài)、有機(jī)液態(tài)）、固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)，不同的 儲(chǔ)運(yùn)方式具有不同特點(diǎn)及適應(yīng)性：
1）高壓氣氫儲(chǔ)運(yùn)運(yùn)營成本低、能耗相對(duì)小、氫氣充放響應(yīng)速度快，適用于短距 離、用戶分散場合，是目前運(yùn)用最普遍的儲(chǔ)運(yùn)方式，但對(duì)設(shè)備承壓要求高、單位體積 儲(chǔ)氫密度低、安全性較低；
2）管道氫輸送運(yùn)輸成本低、能耗小，可實(shí)現(xiàn)氫能連續(xù)性、規(guī)?；?、長距離輸送， 是未來氫能大規(guī)模利用的必然發(fā)展趨勢(shì)。由于管道鋪設(shè)難度大，一次性投資成本高， 目前還難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模氫氣管道運(yùn)輸。
3）低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)儲(chǔ)氫能量密度高、運(yùn)輸效率高，適用于中遠(yuǎn)距離輸送，目前主 要作為航空運(yùn)載火箭推進(jìn)劑燃料，對(duì)儲(chǔ)氫裝置真空絕熱、減振抗沖擊、防泄漏性能要 求高，且深冷液化存在大量消耗、成本較高；
4）固氫及有機(jī)液氫儲(chǔ)運(yùn)一般較為安全、高效、儲(chǔ)氫密度高、可循環(huán)性好，但對(duì) 儲(chǔ)氫材料性能要求較高，是未來氫能儲(chǔ)運(yùn)的重要研究方向，但距離商業(yè)化較遠(yuǎn)。
2 儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)豐富多樣，由近及遠(yuǎn)多方向協(xié)同發(fā)展
2.1 氣態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)：技術(shù)成熟度高，使用廣泛，將貫穿氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展始末
氫能的氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)通常是將氫氣采取壓縮氣體體積、增加單位氣體壓力的方式進(jìn)行 儲(chǔ)存、運(yùn)輸，并且以高壓氣體的狀態(tài)儲(chǔ)存于特定容器中，儲(chǔ)氫容器通常為耐高壓的壓力容器，同時(shí)氣氫也可經(jīng)過加壓后通過特制運(yùn)輸管道進(jìn)行輸送。
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)營成本低、壓縮氫氣技術(shù)成熟、承壓容器結(jié)構(gòu)簡單、能耗較小、氫氣充放響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。區(qū)別于運(yùn)輸方式的不同，高壓 氣態(tài)長管拖氫適用于當(dāng)前氫能發(fā)展初級(jí)階段，未來隨著氫能需求規(guī)模的擴(kuò)大，管道氫 將為氫能產(chǎn)業(yè)鏈提供大規(guī)模量的低成本氫氣。
儲(chǔ)氫容器向高壓化、輕量化發(fā)展
高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫容器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）。20MPa 鋼制瓶（I 型） 早已實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，并與 45MPa 鋼制瓶（II 型）和 98MPa 鋼帶纏繞式壓力容器組 合應(yīng)用于加氫站中。但是 I 型和 II 型瓶儲(chǔ)氫密度低、氫脆問題嚴(yán)重，難以滿足車用儲(chǔ) 氫容器的要求。車用儲(chǔ)氫容器主要為 III 型瓶和 IV 型瓶。通過對(duì)比 I 型至 IV 型高壓儲(chǔ) 氫瓶性能參數(shù)及特點(diǎn)，高壓儲(chǔ)氫容器發(fā)展本質(zhì)是通過改變結(jié)構(gòu)及材料，提升儲(chǔ)氫工作 壓力來提高質(zhì)量儲(chǔ)氫密度。此外，研究表明，氫氣質(zhì)量密度隨壓力增加而增加，在 30~40MPa 時(shí)，氫氣質(zhì)量密度增加較快，而壓力 70MPa 以上時(shí)，氫氣質(zhì)量密度變化 很小，因此大多儲(chǔ)氫瓶的工作壓力在 35~70MPa 范圍內(nèi)。
高壓氣態(tài)氫運(yùn)輸方式方面，長管拖氫適合短距、小規(guī)模、就地應(yīng)用，管道輸氫 適合長距、大規(guī)模應(yīng)用
高壓氣氫運(yùn)輸主要分為長管拖車和管道運(yùn)輸 2 種方式。其中，長管拖車運(yùn)輸技術(shù) 較為成熟，中國常以 20MPa 長管拖車運(yùn)氫，單車運(yùn)氫約為 300kg，正在積極發(fā)展 35MPa 運(yùn)氫技術(shù)。國外則采用 45MPa 纖維全纏繞高壓氫瓶長管拖車運(yùn)氫，單車運(yùn)氫 可提至 700kg。由于中國目前氫能發(fā)展處于起步階段，整體產(chǎn)氫規(guī)模較小，氫能利用 的最大特點(diǎn)是就地生產(chǎn)、就地消費(fèi)，氫氣的運(yùn)輸距離相對(duì)較短，因此多采用長管拖車 運(yùn)輸；管道運(yùn)輸?shù)膲毫ο鄬?duì)較低，一般為 1~4MPa，具有輸氫量大、能耗小和成本低 等優(yōu)勢(shì)，但是建造管道的一次性投資較大，不適合作為氫能發(fā)展初期的運(yùn)輸方式。中 國可再生能源豐富的西北地區(qū)有望成為未來氫能的主產(chǎn)地，而中國能源消費(fèi)地主要分 布在東南沿海地區(qū)。在未來氫能大規(guī)模發(fā)展的前提下，管道運(yùn)輸可實(shí)現(xiàn)氫能的低成本、 低能耗、高效率跨域運(yùn)輸。
未來長管拖車氫儲(chǔ)運(yùn)成本降低可通過提高儲(chǔ)氫壓力及生產(chǎn)規(guī)模效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)
據(jù)中石油化工研究院數(shù)據(jù)，當(dāng)運(yùn)輸距離為 50km 時(shí)，氫氣的運(yùn)輸成本為 4.9 元/kg； 隨著運(yùn)輸距離的增加，長管拖車運(yùn)輸成本逐漸上升，當(dāng)距離 500km 時(shí)運(yùn)輸成本近 22 元/kg，所以考慮到經(jīng)濟(jì)性問題，長管拖車運(yùn)氫一般適用于 200km 內(nèi)的短距離和運(yùn)量 較少的運(yùn)輸場景。此外可以看出，隨著距離增加，20MPa 和 50MPa 運(yùn)輸條件下的成 本逐漸分化，50MPa 下的成本優(yōu)勢(shì)越來越明顯，當(dāng)運(yùn)輸距離為 200km 時(shí)，其成本差 距約 4 元/kg。實(shí)際上，超過 200km 的運(yùn)輸距離將導(dǎo)致拖車及人員配置冗雜的問題。
200km 運(yùn)輸距離下，兩端充卸及拖車往返時(shí)間已達(dá)到 16h，當(dāng)運(yùn)輸距離再增大時(shí)， 需要配置更多的拖車和司機(jī)，產(chǎn)生更高的成本費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)性降低。
未來長管拖氫儲(chǔ)運(yùn)成本下降的有效路徑是：一方面可通過提高儲(chǔ)氫壓力，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ) 氫密度和運(yùn)輸效率都更高的氫氣儲(chǔ)運(yùn)方式；另一方面，未來氫氣氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)成本下降的 有效路徑是擴(kuò)大相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)量。單位成本將在規(guī)模效應(yīng)下逐步下降。據(jù) NREL （National Renewable Energy Laboratory）預(yù)測，當(dāng)儲(chǔ)氫容器需求量從 10 增加到 100 個(gè)時(shí)，儲(chǔ)氫容器成本可下降約 45%。
管道運(yùn)輸是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟階段實(shí)現(xiàn)氫氣長距離、大規(guī)模運(yùn)輸?shù)谋厝悔厔?shì)， 當(dāng)前發(fā)展初期階段可積極探索天然氣管道摻氫輸送
從氫能規(guī)?；㈤L遠(yuǎn)發(fā)展看，高壓氣氫、低溫液氫輸運(yùn)方式遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)氫能的規(guī) ?；按竺娣e區(qū)域輻射，管道輸運(yùn)是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，歐洲和美洲是世界 上最早發(fā)展氫氣管網(wǎng)的地區(qū)，已有 70 年歷史，在管道輸氫方面已經(jīng)有了很大規(guī)模， 根據(jù)美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球共有 4542km 的氫氣管道，其中美國 有 2608km，歐洲有 1598 km。我國氫氣管網(wǎng)發(fā)展相對(duì)不足，目前全國累計(jì)僅有 100 km 輸氫管道，分布在環(huán)渤海灣、長江三角洲等地，隨著氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，日益 增加的氫氣需求量將推動(dòng)我國氫氣管網(wǎng)建設(shè)，氫氣管網(wǎng)布局有較大的提升空間。
氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期階段，管道氫可由天然氣管道摻氫來實(shí)現(xiàn)過渡。由于純氫管 道的初始投資較大，不適合作為氫能發(fā)展初期應(yīng)用，在管道運(yùn)輸發(fā)展初期，可以積極 探索摻氫天然氣方式，即利用已建設(shè)的天然氣輸配管網(wǎng)與基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行天然氣和氫氣 混合輸送，也可經(jīng)改造后輸送純氫，可實(shí)現(xiàn)低成本、規(guī)?；?、連續(xù)性氫能供應(yīng)。研究 結(jié)果表明，在含量較低時(shí)（10-20%摻氫比例），氫氣可以在不做重大技術(shù)調(diào)整的情況 下?lián)交熘撂烊粴狻Ｎ磥泶罅Πl(fā)展天然氣摻氫管道輸送技術(shù)，關(guān)鍵需要解決管材、調(diào)壓 站、流量計(jì)、探測器等配套裝備的摻氫相容性與適應(yīng)性并完善管網(wǎng)安全運(yùn)行保障技術(shù)。 天然氣摻氫管道輸送技術(shù)是目前進(jìn)行大規(guī)模、長距離氫氣輸送最為有效手段之一。
2.2 液態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)：儲(chǔ)氫密度高，適合跨洋及長周期存儲(chǔ)運(yùn)輸
氫能的液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)是指將氫能從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)的技術(shù)。按照轉(zhuǎn)化技術(shù)的 不同，液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)又可分為兩大類：1）物理法，即將氫冷卻到沸點(diǎn)以下（-253 攝氏度 以下）形成液氫，儲(chǔ)存于低溫絕熱液氫罐進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)；2）化學(xué)法，即氫通過化學(xué)反應(yīng)， 生成含氫的化合物，主要有三種方式，包括有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、氨-氫儲(chǔ)運(yùn)、甲醇-氫。
（1）低溫液態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)
低溫液態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)是將氫氣冷卻至 21K（約-253 攝氏度），液化儲(chǔ)存于低溫絕熱液氫罐中，儲(chǔ)氫密度可達(dá)到 70.8kg/m3，是標(biāo)況下氫氣密度 0.083kg/m3 的近 850 倍， 單臺(tái)液氫運(yùn)輸罐車的滿載約 65m3，可凈運(yùn)輸 4000kg 氫，大大提高了運(yùn)輸效率，并 且在液化過程還能提高氫氣純度，相應(yīng)程度上節(jié)省了提純成本。因此液氫適合長距離、 大容量儲(chǔ)運(yùn)，是配合我國未來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模綠氫脫碳應(yīng)用的首要儲(chǔ)氫選擇。
提高核心設(shè)備及材料國產(chǎn)化率，降低液化成本是加快低溫液氫發(fā)展主要途徑
從當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用來看，目前全球液氫產(chǎn)能約 400 噸/天，其中北美占比達(dá)到 85% 以上，且大多為 10~30 噸/天以上的大型裝置，規(guī)模效應(yīng)顯著。美國、日本、德國等 國家已將液氫的運(yùn)輸成本降低到了高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)的八分之一。相較于國外 70%左右 的液氫運(yùn)輸，國內(nèi)液氫還僅限于航天領(lǐng)域，民用還未涉及，僅國富氫能、中科富海等 部分企業(yè)在嘗試低溫液氫民用領(lǐng)域推廣，過高的使用成本及安全法規(guī)問題限制了低溫 液化儲(chǔ)氫技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，主要體現(xiàn)在：1）絕熱性能要求高。液氫的沸點(diǎn)極低（-253 攝氏度），與環(huán)境溫差極大，對(duì)容器的絕熱要求很高；2）液化過程耗能極大。液化 1 千克氫氣需消耗 13-17 千瓦時(shí)的電量，液化所消耗的能量約占?xì)淠艿?30%；3）核心 設(shè)備及材料國產(chǎn)化程度低，包括壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、正仲氫轉(zhuǎn)換裝置、高性能低溫絕熱 材料、液氫儲(chǔ)罐制造技術(shù)與裝備等。因此，縮小與國外先進(jìn)液氫技術(shù)水平間的差距， 實(shí)現(xiàn)核心設(shè)備及材料的國產(chǎn)化，是實(shí)現(xiàn)低溫液氫參與綠氫脫碳供應(yīng)鏈亟待解決的問 題。
從低溫液氫運(yùn)輸成本構(gòu)成來看，液化成本占總成本近 70%，是低溫液氫運(yùn)輸成 本主要構(gòu)成，因此降低低溫液氫運(yùn)輸成本首要解決的是降低氫氣液化成本。
為了加快液氫在民用領(lǐng)域中的應(yīng)用，市場監(jiān)管總局（國家標(biāo)準(zhǔn)委）于 2021 年 5 月 6 日批準(zhǔn)發(fā)布了《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(yùn)輸技術(shù)要求》三項(xiàng)液氫國家標(biāo)準(zhǔn)，于 11 月 1 日起實(shí)施。對(duì)于氫能產(chǎn)業(yè)鏈而言， 這三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的推出填補(bǔ)了液氫民用市場無標(biāo)準(zhǔn)可依的空白。
（2）有機(jī)液態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)
有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)（LOHC）基于不飽和液體有機(jī)物在催化 劑作用下進(jìn)行加氫 反應(yīng)，生成穩(wěn)定化合物，當(dāng)需要?dú)錃鈺r(shí)再進(jìn)行脫氫反應(yīng)。
有機(jī)液體儲(chǔ)氫優(yōu)勢(shì)在于：加氫后的有機(jī)氫化物性能穩(wěn)定，安全性高，可常溫常壓 儲(chǔ)存，儲(chǔ)存方式與石油相似，質(zhì)量儲(chǔ)氫密度高，可達(dá) 5.0-7.2%/wt。其劣勢(shì)在于：氫 氣純度不高，有幾率發(fā)生副反應(yīng)，產(chǎn)生雜質(zhì)氣體；反應(yīng)溫度較高、脫氫效率較低、催 化 劑易被中間產(chǎn)物毒化；液氫儲(chǔ)存壓縮能耗過大，需配備相應(yīng)的加氫、脫氫設(shè)備。 未來的技術(shù)突破方向是：提高低溫下有機(jī)液體儲(chǔ)氫介質(zhì)的脫氫速率與效率、催化 劑 反應(yīng)性能，改善反應(yīng)條件、降低脫氫成本及操作難度。
目前參與有機(jī)液體儲(chǔ)氫的公司僅為少數(shù)，全球從事有機(jī)液體儲(chǔ)氫的公司主要包括： 中國武漢氫陽能源控股有限公司、日本千代田化工建設(shè)公司、德國 Hydrogenious Technologies。
（3）液氨-氫儲(chǔ)運(yùn)
液氨儲(chǔ)氫技術(shù)是指將氫氣與氮?dú)夥磻?yīng)生成液氨，作為氫能的載體進(jìn)行利用。
液氨儲(chǔ)氫優(yōu)勢(shì)在于：液氨在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下-33℃就能夠?qū)崿F(xiàn)液化，其儲(chǔ)存條件遠(yuǎn) 遠(yuǎn)緩和于液氫，與丙烷類似，可直接利用丙烷的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，大大降低了設(shè)備投入； 液氨儲(chǔ)氫中體積儲(chǔ)氫密度相對(duì)液氫可高 1.7 倍；在脫氫過程中，液氨在常壓、400℃ 條件下即可得到 H2，能耗水平低；液氨除了儲(chǔ)氫也可以直接作為燃料燃燒，其燃燒 產(chǎn)物為氮?dú)夂退?，無對(duì)環(huán)境有害氣體，液氨燃燒渦輪發(fā)電系統(tǒng)的效率（69%）與液氫 系統(tǒng)效率（70%）近似。其劣勢(shì)在于：有腐蝕性、易揮發(fā)，有強(qiáng)烈氣味，有毒性；其 對(duì)燃料電池也有毒性，體積分?jǐn)?shù) 1×10^?6 未被分解的液氨混入氫氣中，也會(huì)造成燃 料電池的嚴(yán)重惡化。未來技術(shù)突破方向：提升液氨脫氫純度。
截至目前，日本、澳大利亞等國均已在積極布局“氨經(jīng)濟(jì)”。在“碳中和”愿景下， 利用可再生能源電解水制氫后，通過“氫-氨-氫”這一流程完成“綠氫”運(yùn)輸。從當(dāng)前多國 布局來看，氨-氫運(yùn)輸這一方式在大型氫出口項(xiàng)目領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)。
（4）甲醇-氫儲(chǔ)運(yùn)
甲醇儲(chǔ)氫技術(shù)是指將二氧化碳與氫氣在相應(yīng)條件下反應(yīng)生成液體甲醇，作為氫能 的載體進(jìn)行利用。
甲醇儲(chǔ)氫優(yōu)勢(shì)在于：儲(chǔ)氫密度高，其理論質(zhì)量儲(chǔ)氫密度高達(dá) 12.5wt%；甲醇可 分解得到氫氣，用于燃料電池，同時(shí)，甲醇還可直接用作燃料；甲醇的儲(chǔ)存條件為常溫常壓，且沒有刺激性氣味，存儲(chǔ)條件緩和于 LOHC 及液氨。其劣勢(shì)在于：二氧化 碳單程轉(zhuǎn)化率和甲醇產(chǎn)率較低，目前的經(jīng)濟(jì)性較低。未來技術(shù)突破方向是：開發(fā)同時(shí) 滿足單程高 CO?轉(zhuǎn)化率（>20%）和高甲醇選擇性（>90%）的催化 劑，改善催化 劑 壽命。
全球范圍來看，CO2加氫合成甲醇已有不少成功案例：2012 年歐洲已經(jīng)建成了 當(dāng)時(shí)全球最大的 CO?基甲醇制造廠（年產(chǎn) 4000 噸甲醇，消耗 5600t CO2，利用地?zé)?電廠電解水制氫），日本計(jì)劃 2021 年建成日產(chǎn) 20 噸的碳回收甲醇合成裝置；2020 年 1 月 17 日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的全球首套千噸級(jí)規(guī)?；柸剂虾?成示范項(xiàng)目在甘肅蘭州新區(qū)綠色化工園區(qū)試車成功。未來隨著電解水制氫成本的下降 以及碳減排價(jià)值的提升，CO2 加氫合成甲醇的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)有很高的改善。
2.3 固態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)：儲(chǔ)氫壓力低、安全性好，但距離商業(yè)化較遠(yuǎn)
固態(tài)儲(chǔ)氫是以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料作為儲(chǔ)氫載體，通過化學(xué)吸附 和物理吸附實(shí)現(xiàn)氫的存儲(chǔ)，固態(tài)儲(chǔ)氫的儲(chǔ)氫壓力低、安全性好、放氫純度高，體積儲(chǔ) 氫密度高于液氫；劣勢(shì)是儲(chǔ)氫合金材料的重量儲(chǔ)氫率較低，目前主流金屬儲(chǔ)氫材料重 量儲(chǔ)氫率低于 3.8wt%，重量儲(chǔ)氫率大于 7wt%的輕質(zhì)儲(chǔ)氫材料吸放氫溫度偏高、循 環(huán)性能較差。未來技術(shù)突破的主要方向是提高質(zhì)量儲(chǔ)氫密度，降低成本及溫度要求。
目前該領(lǐng)域技術(shù)尚未成熟，在燃料電池潛艇中實(shí)現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用，在分布式發(fā)電和 風(fēng)電制氫規(guī)模儲(chǔ)氫中進(jìn)行示范應(yīng)用，但在燃料電池汽車上的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)明顯，未來潛力 較大。（報(bào)告來源：未來智庫）
通過對(duì)氫能氣、液、固三種形態(tài)儲(chǔ)運(yùn)方式的特點(diǎn)及適用性進(jìn)行分析，定性角度 而言，我們認(rèn)為未來氫能供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中，將主要以高壓氣態(tài)、低溫液氫及管道輸氫 三種運(yùn)氫方式為主：在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期階段，氫氣用量及運(yùn)輸半徑相對(duì)較小，此時(shí) 高壓氣態(tài)運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)換成本較低，更具性價(jià)比；氫能市場發(fā)展到中期，氫氣需求半徑將 逐步提升，將以氣態(tài)和低溫液態(tài)為主；遠(yuǎn)期來看，高密度、高安全儲(chǔ)氫將成為現(xiàn)實(shí)， 管道輸氫將被實(shí)現(xiàn)。
為此，我們針對(duì)這三種氫儲(chǔ)運(yùn)方式建立成本模型，從定量角度進(jìn)一步分析三種 運(yùn)輸方式的成本變化特征：
3.1 高壓長管拖氫在小規(guī)模、短半徑用氫時(shí)經(jīng)濟(jì)性最佳
高壓氣氫長管拖車運(yùn)輸成本主要包括：固定成本（折舊費(fèi)、人員工資等）和變動(dòng) 成本（包括氫氣壓縮耗電費(fèi)、油料費(fèi)等）。為了測算成本，提出如下核心假設(shè)目前國 內(nèi)集裝管束拖車的價(jià)格約 120 萬/臺(tái)，折舊年限 10 年。每輛拖車配備司機(jī)以及多名操 作人員，人員費(fèi)用共 40 萬。拖車滿載氫氣可達(dá) 300kg，每百公里消耗柴油約 25 升。 拖車平均運(yùn)行速度假設(shè)為 50km/小時(shí)，兩端裝卸氫氣時(shí)間約 8 小時(shí)。氫氣壓縮過程耗 電 1kwh/kg。
高壓長管拖車運(yùn)輸成本隨距離增加大幅上升。根據(jù)以上假設(shè)，可測算出規(guī)模為 500kg/d、距離氫源點(diǎn) 100km 的加氫站，運(yùn)氫成本為 6.50 元/kg。隨著運(yùn)輸距離的增 加，長管拖車運(yùn)輸成本逐漸上升。距離 500km 時(shí)運(yùn)輸成本達(dá)到 16.14 元/kg（注：當(dāng) 輸送距離超過 200km 后，單輛拖車已無法實(shí)現(xiàn)當(dāng)日往返多次來滿足用氫需求，超過 200km 后，我們以多輛拖車同時(shí)運(yùn)輸來計(jì)算）。因此，考慮到經(jīng)濟(jì)性問題，長管拖
核心結(jié)論：
通過上述對(duì)三種主流氫儲(chǔ)運(yùn)方式的運(yùn)輸成本對(duì)比，單從運(yùn)距角度考慮，管道輸 氫在各運(yùn)輸范圍內(nèi)的成本最低，在 500km以內(nèi)長管拖車輸氫成本低于低溫液氫成本， 超過 500km 以外，低溫液氫更具成本優(yōu)勢(shì)。但結(jié)合實(shí)際氫運(yùn)量，以及各儲(chǔ)運(yùn)方式實(shí) 現(xiàn)所需的條件，長管拖車輸氫無疑是當(dāng)前氫能發(fā)展初期階段，氫儲(chǔ)運(yùn)性價(jià)比選擇。
隨著大規(guī)模、長距離運(yùn)氫需求的增加，低溫液氫輸送的優(yōu)勢(shì)將會(huì)顯現(xiàn)，并成為中長 運(yùn)距氫儲(chǔ)運(yùn)的主流方式。從氫能發(fā)展更遠(yuǎn)期來看，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展將趨于成熟，用氫 需求將實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；?，且趨于穩(wěn)定，屆時(shí)管道輸氫綜合優(yōu)勢(shì)將成為長距離氫運(yùn)輸最 佳選擇。
隨著氫能產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃落地，氫能產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展期， 相對(duì)應(yīng)的氫能儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展將給特種設(shè)備行業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇，結(jié)合上述從定性、 定量角度對(duì)氫能主流儲(chǔ)運(yùn)方式做對(duì)比，高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)更適合當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈需求， 與之對(duì)應(yīng)的氫氣承壓設(shè)備、氣體處理設(shè)備及相關(guān)核心材料將率先得到大規(guī)模發(fā)展。隨 著用氫規(guī)模、運(yùn)輸半徑的逐步提升，低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備將逐步增多。由于管道氫發(fā)展 基于成熟規(guī)?；瘹淠墚a(chǎn)業(yè)，因此管道氫建設(shè)周期較為滯后，相對(duì)應(yīng)的設(shè)備及材料中短 期內(nèi)難有機(jī)會(huì)，本章節(jié)也將不對(duì)其做分析。
4.1 車載儲(chǔ)氫瓶商業(yè)化程度高，將率先受益氫能車規(guī)模提升
車載高壓儲(chǔ)氫瓶是目前眾多儲(chǔ)氫承壓設(shè)備中，技術(shù)相對(duì)成熟，已經(jīng)具備商業(yè)化 程度的一種儲(chǔ)氫設(shè)備。我們認(rèn)為車載高壓儲(chǔ)氫瓶在未來十年將迎來快速發(fā)展期。
儲(chǔ)氫承壓設(shè)備可根據(jù)氫的狀態(tài)分為氣態(tài)儲(chǔ)氫設(shè)備，液態(tài)儲(chǔ)氫設(shè)備，固態(tài)儲(chǔ)氫設(shè)備；1）氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備：主要用于儲(chǔ)存高壓氫氣，包括固定式儲(chǔ)氫壓力容器和高壓氫氣瓶， 具有充氫、放氫速度快，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是體積儲(chǔ)氫密度較低，并且需要 高壓力儲(chǔ)存，以增大儲(chǔ)氫密度。目前，氣態(tài)儲(chǔ)氫設(shè)備技術(shù)相對(duì)成熟，市場需求的主流 儲(chǔ)氫方式；2）液態(tài)儲(chǔ)氫設(shè)備：主要用于儲(chǔ)存液氫，包括固定式液氫儲(chǔ)罐和液氫瓶的 優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)氫密度高，缺點(diǎn)是氫氣液化能耗高、長時(shí)間存放液氫存在蒸發(fā)損失的問題。 在我國目前主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，民用領(lǐng)域正在提速；3）固態(tài)儲(chǔ)氫容器：固態(tài) 儲(chǔ)氫是通過氫與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者物理吸附將氫儲(chǔ)存與固體材料中，優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)氫 壓力較低、體積儲(chǔ)氫密度高、可純化氫氣；缺點(diǎn)是質(zhì)量儲(chǔ)氫密度低、充放氫需要熱交換。我國固態(tài)儲(chǔ)氫容器已在通訊基站、加氫站有應(yīng)用。
3.2 低溫液氫成本變動(dòng)對(duì)距離不敏感，長距離下更具優(yōu)勢(shì)
液氫槽罐車的運(yùn)輸成本結(jié)構(gòu)與長管拖車類似，但增加了氫氣液化成本及運(yùn)輸途中 液氫的沸騰損耗。槽罐車市場價(jià)格約 300 萬/輛，每次裝載液氫約 4000kg 液化過程 耗電 15kwh/kg，低溫液氫輸送成本構(gòu)成如下：
低溫液氫輸送成本變動(dòng)對(duì)距離不敏感，長距離下更具優(yōu)勢(shì)。根據(jù)以上假設(shè)，可 測算出規(guī)模為 500kg/d、距離氫源點(diǎn) 100km 的加氫站，運(yùn)氫成本為 15.31 元/kg。當(dāng) 加氫站距離氫源點(diǎn) 100~500km 時(shí)，液氫槽車的運(yùn)輸價(jià)格在 15.31~15.91 元/kg 范圍 內(nèi)小幅提升，運(yùn)輸成本并不會(huì)因?yàn)榫嚯x增加而大幅提升。這是由于液化成本占據(jù)了運(yùn) 輸成本的 70%左右，該成本僅與載氫量有關(guān)，與距離呈正相關(guān)的油費(fèi)、路費(fèi)等占比 并不大，液氫罐車在長距離運(yùn)輸下更具成本優(yōu)勢(shì)。
3.3 管道輸氫在大規(guī)模輸送下，經(jīng)濟(jì)性最佳
管道氫氣運(yùn)輸?shù)某杀局饕ü潭ǔ杀荆ㄕ叟f費(fèi)、維護(hù)管理費(fèi)用等）和變動(dòng)成本 （包括氫氣壓縮耗電費(fèi)、油料費(fèi)等）。我們根據(jù)國內(nèi)“濟(jì)源-洛陽”項(xiàng)目測算，該輸氫管 道長度25km，總投資額1.46億元，年輸送能力10.04萬噸，建設(shè)成本為584萬元/km， 管道使用壽命 20 年。運(yùn)行期間維護(hù)成本及管理費(fèi)用按建設(shè)成本的 8%計(jì)算。在管道 輸氫滿負(fù)荷運(yùn)行以及不考慮運(yùn)輸損耗的前提下，管道輸氫成本結(jié)構(gòu)如下：
大規(guī)模輸送下，管道輸氫具備明顯成本優(yōu)勢(shì)。根據(jù)以上假設(shè)，可測算出長度 25m、 年輸送能力 10.04 萬噸的氫氣管道，運(yùn)氫成本為 1.16 元/kg。由于壓縮每公斤氫氣所 消耗的電量是相對(duì)固定的，管道運(yùn)氫成本增長的驅(qū)動(dòng)因素主要是與輸送距離正相關(guān)的 管材折舊及維護(hù)費(fèi)用。當(dāng)輸送距離為 100km 時(shí)，運(yùn)氫成本為 1.43 元/kg，同等運(yùn)輸 距離下管道輸氫成本遠(yuǎn)低于高壓長管拖車及低溫液態(tài)輸氫。因此，當(dāng)氫氣下游需求足 夠支撐大規(guī)模的氫能輸送，通過管道運(yùn)輸氫氣是一種降低成本的可靠方法。
管道氫成本很大程度上受到需求端（利用率）的影響。在上述管道氫成本預(yù)測 中，我們假設(shè)管道運(yùn)能的利用率達(dá)到 100%，在這種水平下，管道氫運(yùn)輸成本表現(xiàn)出 非常低的水平，但隨著利用率水平的下降，管道氫成本陡然上升，當(dāng)運(yùn)能利用率僅為 20%時(shí)，管道運(yùn)氫的成本已經(jīng)接近長管拖車運(yùn)氫。在當(dāng)前加氫站尚未普及、站點(diǎn)較為 分散的情況下，管道運(yùn)氫的成本優(yōu)勢(shì)并不明顯。隨著氫能產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展，氫氣管網(wǎng)終 將成為低成本運(yùn)氫方式的最佳選擇。
核心結(jié)論：
通過上述對(duì)三種主流氫儲(chǔ)運(yùn)方式的運(yùn)輸成本對(duì)比，單從運(yùn)距角度考慮，管道輸 氫在各運(yùn)輸范圍內(nèi)的成本最低，在 500km以內(nèi)長管拖車輸氫成本低于低溫液氫成本， 超過 500km 以外，低溫液氫更具成本優(yōu)勢(shì)。但結(jié)合實(shí)際氫運(yùn)量，以及各儲(chǔ)運(yùn)方式實(shí) 現(xiàn)所需的條件，長管拖車輸氫無疑是當(dāng)前氫能發(fā)展初期階段，氫儲(chǔ)運(yùn)性價(jià)比選擇。
隨著大規(guī)模、長距離運(yùn)氫需求的增加，低溫液氫輸送的優(yōu)勢(shì)將會(huì)顯現(xiàn)，并成為中長 運(yùn)距氫儲(chǔ)運(yùn)的主流方式。從氫能發(fā)展更遠(yuǎn)期來看，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展將趨于成熟，用氫 需求將實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；亿呌诜€(wěn)定，屆時(shí)管道輸氫綜合優(yōu)勢(shì)將成為長距離氫運(yùn)輸最 佳選擇。
隨著氫能產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃落地，氫能產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展期， 相對(duì)應(yīng)的氫能儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展將給特種設(shè)備行業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇，結(jié)合上述從定性、 定量角度對(duì)氫能主流儲(chǔ)運(yùn)方式做對(duì)比，高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)更適合當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈需求， 與之對(duì)應(yīng)的氫氣承壓設(shè)備、氣體處理設(shè)備及相關(guān)核心材料將率先得到大規(guī)模發(fā)展。隨 著用氫規(guī)模、運(yùn)輸半徑的逐步提升，低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備將逐步增多。由于管道氫發(fā)展 基于成熟規(guī)?；瘹淠墚a(chǎn)業(yè)，因此管道氫建設(shè)周期較為滯后，相對(duì)應(yīng)的設(shè)備及材料中短 期內(nèi)難有機(jī)會(huì)，本章節(jié)也將不對(duì)其做分析。
4.1 車載儲(chǔ)氫瓶商業(yè)化程度高，將率先受益氫能車規(guī)模提升
車載高壓儲(chǔ)氫瓶是目前眾多儲(chǔ)氫承壓設(shè)備中，技術(shù)相對(duì)成熟，已經(jīng)具備商業(yè)化 程度的一種儲(chǔ)氫設(shè)備。我們認(rèn)為車載高壓儲(chǔ)氫瓶在未來十年將迎來快速發(fā)展期。
儲(chǔ)氫承壓設(shè)備可根據(jù)氫的狀態(tài)分為氣態(tài)儲(chǔ)氫設(shè)備，液態(tài)儲(chǔ)氫設(shè)備，固態(tài)儲(chǔ)氫設(shè)備；1）氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備：主要用于儲(chǔ)存高壓氫氣，包括固定式儲(chǔ)氫壓力容器和高壓氫氣瓶， 具有充氫、放氫速度快，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是體積儲(chǔ)氫密度較低，并且需要 高壓力儲(chǔ)存，以增大儲(chǔ)氫密度。目前，氣態(tài)儲(chǔ)氫設(shè)備技術(shù)相對(duì)成熟，市場需求的主流 儲(chǔ)氫方式；2）液態(tài)儲(chǔ)氫設(shè)備：主要用于儲(chǔ)存液氫，包括固定式液氫儲(chǔ)罐和液氫瓶的 優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)氫密度高，缺點(diǎn)是氫氣液化能耗高、長時(shí)間存放液氫存在蒸發(fā)損失的問題。 在我國目前主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，民用領(lǐng)域正在提速；3）固態(tài)儲(chǔ)氫容器：固態(tài) 儲(chǔ)氫是通過氫與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者物理吸附將氫儲(chǔ)存與固體材料中，優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)氫 壓力較低、體積儲(chǔ)氫密度高、可純化氫氣；缺點(diǎn)是質(zhì)量儲(chǔ)氫密度低、充放氫需要熱交換。我國固態(tài)儲(chǔ)氫容器已在通訊基站、加氫站有應(yīng)用。
國內(nèi)車載儲(chǔ)氫瓶仍以 35MPa III 型為主，趨勢(shì)向大容積 IV 型發(fā)展
就儲(chǔ)氫罐市場結(jié)構(gòu)而言，目前我國車載儲(chǔ)氫方式大多為 35MPa 碳纖維纏繞 III 型瓶，70MPa 碳纖維纏繞 III 型瓶也已少量用于國產(chǎn)汽車中，國外氫燃料電池汽車已 經(jīng)廣泛使用 70MPa 碳纖維纏繞 IV 型瓶。據(jù) GGII 統(tǒng)計(jì)，2021 年 70 MPa 儲(chǔ)氫瓶出 貨量為 1203 只，占比僅為 4%。但目前 70 MPa 車載儲(chǔ)氫瓶出貨多屬于項(xiàng)目型，短 期較難有大規(guī)模市場增長。
在車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)輕量化、低成本化和低重容比的行業(yè)趨勢(shì)下，IV 型對(duì) III 型儲(chǔ)氫 瓶的替代大勢(shì)所趨。京城股份、中材科技、亞普股份、斯林達(dá)、科泰克等企業(yè)正在重點(diǎn)布局 IV 型車載氫氣瓶領(lǐng)域。此外，從儲(chǔ)氫瓶的容積來看，2019 年，國內(nèi)市場 35MPa 儲(chǔ)氫瓶市場多為 140L 的儲(chǔ)氫瓶，其市場占比超 80%。2020 年國內(nèi)儲(chǔ)氫瓶市場表現(xiàn) 為 140L 為主流，165L 和 210L 逐步增長。在 2021 年國內(nèi)儲(chǔ)氫瓶市場逐漸發(fā)展為 140L、 165L、210L 平分市場的形態(tài)。另外有部分企業(yè)推出 260L、385L 大容積車載儲(chǔ)氫瓶， 更有部分企業(yè)計(jì)劃推出 400L 以上車載儲(chǔ)氫瓶，整體趨勢(shì)向大容積方向發(fā)展。
降低碳纖維應(yīng)用成本是儲(chǔ)氫瓶降本的關(guān)鍵
根據(jù)DOE及中科院寧波材料所測算，對(duì)于儲(chǔ)氫質(zhì)量均為5.6kg的35MPa、70MPa 高壓儲(chǔ)氫 III 型、IV 型瓶成本組成來看，主要成本貢獻(xiàn)者是碳纖維復(fù)合材料，均占到 總成本的 70%左右水平。此外，當(dāng) III 型及 IV 型瓶儲(chǔ)氫壓力增至 70MPa 時(shí)，碳纖維 復(fù)合材料應(yīng)用成本及比例大幅提升。因此降低碳纖維應(yīng)用成本是儲(chǔ)氫瓶降本的關(guān)鍵。
預(yù)計(jì)到 2030 年儲(chǔ)氫系統(tǒng)市場規(guī)模達(dá)到 259.3 億元，年均復(fù)合增速 48%，且將成 為國內(nèi)碳纖維市場重要增長點(diǎn)
根據(jù)我們測算，國內(nèi)儲(chǔ)氫系統(tǒng)（包含氣瓶、管閥、線材等）市場規(guī)模到 2025 年 及 2030 年將分別達(dá)到 34.4 億元、259.3 億元，市場規(guī)模復(fù)合增速達(dá)到 48%。其中 儲(chǔ)氫瓶規(guī)模將由 2022 年 4 萬只規(guī)模分別增長至 2025 年的 12 萬只及 2030 年的 80 萬只，年均復(fù)合增速達(dá)到 45%；儲(chǔ)氫瓶中核心材料碳纖維的用量也將伴隨氣瓶數(shù)量 及儲(chǔ)氫壓力的提升而快速增長，預(yù)計(jì)碳纖維用量到2025年及2030年將分別達(dá)到0.72 萬噸、5.28 萬噸，年均復(fù)合增速達(dá)到 50%。
4.2 儲(chǔ)運(yùn)量提升帶動(dòng)氣體凈化、壓縮等處理設(shè)備需求
儲(chǔ)運(yùn)過程伴隨大量氣體處理需求。通常氫氣從制氫廠制取后，經(jīng)運(yùn)輸?shù)郊託湔荆?最終加注到應(yīng)用端，需對(duì)氫氣進(jìn)行凈化、壓縮（液化）等多步驟的氣體處理，而非直 接從制氫端到用氫端。
以 20MPa 長管拖氫儲(chǔ)運(yùn)為例：氫氣從制氫廠生產(chǎn)出來后，氣體需經(jīng)過凈化處理， 隨后經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮至 20MPa，通過裝氣柱裝入長管拖車，運(yùn)輸?shù)侥康牡睾?，裝有 氫氣的管束與車頭分離，經(jīng)由卸氣柱和調(diào)壓站，將管束內(nèi)的氫氣卸入加氫站的高壓、 中壓、低壓儲(chǔ)氫罐中分級(jí)存儲(chǔ)，最后加氫機(jī)按照長管拖車、低壓、中壓、高壓儲(chǔ)氫罐 的順序先后取出氫氣對(duì)燃料電池車進(jìn)行加注。同樣的，低溫液態(tài)氫、管道氣態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn) 也需要對(duì)氫氣做相應(yīng)處理。
氫氣凈化提純
各氫能應(yīng)用場景對(duì)氫氣純度提出不同要求，新興應(yīng)用領(lǐng)域普遍要求高。當(dāng)前我 國制氫結(jié)構(gòu)中，主要以煤制氫、天然氣制氫及工業(yè)副產(chǎn)氫為主，電解水制氫僅占少部 分。在煤炭、天然氣、甲醇等能源化工為原料制氫時(shí)，制取的氫氣中含有大量的氣體雜質(zhì)，如 CO、CO2、CH4等。而氫能下游各應(yīng)用場景中，普遍對(duì)氫氣純度存在較高 要求，其中氫燃料電池、半導(dǎo)體、粉末冶金等新興領(lǐng)域?qū)錃饧兌纫蠖荚?99.99% 以上。
變壓吸附（PSA）分離技術(shù)是當(dāng)前氫氣純化主流應(yīng)用手段。在實(shí)際應(yīng)用中，選 擇合適的氫氣提純方法，不僅要考慮裝置的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也要考慮工藝的靈活性、可 靠性，擴(kuò)能的難易程度，原料的含氫量，氫氣純度要求以及雜質(zhì)含量對(duì)下游裝置的影 響等諸多因素。變壓吸附技術(shù)是當(dāng)前最為常用的工業(yè)技術(shù)。
變壓吸附法純化氫氣的基本原理是利用固體材料對(duì)氣體混合物的選擇性吸附以 及吸附量隨壓力改變而變化的特點(diǎn)，通過周期性改變壓力來吸附和解吸，從而實(shí)現(xiàn)氣體的分離和提純。變壓吸附法具有低能耗、產(chǎn)品純度高且可靈活調(diào)節(jié)（99%~99.999%）、 工藝流程簡單并可實(shí)現(xiàn)多種氣體的分離、自動(dòng)化程度高、操作簡單、吸附劑使用周期 長、裝置可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，最大的缺點(diǎn)是產(chǎn)品回收率低，一般只有 75%左右。該方 法大量的使用在工業(yè)制氫、氫氣純化過程中，適合燃料電池、冶金等氫原料應(yīng)用的純 化。
氫氣壓縮
在當(dāng)前以高壓氣態(tài)實(shí)現(xiàn)氫儲(chǔ)運(yùn)的氫能發(fā)展初級(jí)階段，氫氣壓縮機(jī)是我國氫能儲(chǔ)運(yùn) 所需的關(guān)鍵設(shè)備，當(dāng)前國內(nèi)大多數(shù)氫氣壓縮機(jī)主要依靠進(jìn)口，投入及維護(hù)成本高，尤 其以加氫站所需壓縮機(jī)，以 500kg/d 加注能力加氫站建設(shè)為例，壓縮機(jī)成本占據(jù)加氫 站總成本的三分之一。
國內(nèi)多采用液驅(qū)式和隔膜式氫氣壓縮機(jī)。氫氣壓縮機(jī)分為機(jī)械式和非機(jī)械式兩大 類，機(jī)械式壓縮機(jī)又分為液驅(qū)式壓縮機(jī)、隔膜式壓縮機(jī)、線性壓縮機(jī)和離子液體壓縮 機(jī) 4 類。非機(jī)械式壓縮機(jī)分為低溫液體泵、金屬氫化物壓縮機(jī)、電化學(xué)氫氣壓縮機(jī)和 吸附型壓縮機(jī) 4 類。目前國內(nèi)加氫站較多采用液驅(qū)式和隔膜式壓縮機(jī)，壓力不超過 45Mpa；離子液壓縮機(jī)主要在國外應(yīng)用得比較多，且一般用在具有較高儲(chǔ)氫壓力（一 般為 90MPa 左右）的加氫站中。
氫氣壓縮機(jī)仍被海外高度壟斷，國產(chǎn)化之路道阻且長。1）液驅(qū)式壓縮機(jī)。國內(nèi) 近兩年加氫站上采用的液驅(qū)式壓縮機(jī)均為進(jìn)口產(chǎn)品，主要品牌有德國MAXIMATOR、 HOFER、SERAL，美國 HYDRO-PAC、HASKEL 等，其中 MAXIMATOR 的產(chǎn)品應(yīng) 用量最大，年出貨超過 20 套，且技術(shù)較為成熟。國內(nèi)深圳思特克（STK）、濟(jì)南賽思 特兩家公司正開展該種機(jī)型的國產(chǎn)化研制與推廣工作。2）隔膜壓縮機(jī)。目前主要進(jìn) 口品牌有美國 PDC、英國 HOWDEN、德國 HOFER 等，美國 PDC 占據(jù)國內(nèi)加氫站 壓縮機(jī)最主要的市場份額，具有近 30 臺(tái)出貨量。國內(nèi)自主品牌主要有北京天高、北 京中鼎恒盛、江蘇恒久和京城環(huán)保等品牌。
考慮到氫氣壓縮機(jī)涉及到氫能儲(chǔ)運(yùn)過程多環(huán)節(jié)，計(jì)算存在復(fù)雜性，因此我們僅 測算加氫站氫氣壓縮機(jī)市場空間。經(jīng)測算，預(yù)計(jì)到 2035 年，氫氣壓縮機(jī)累計(jì)投資規(guī) 模將達(dá)到 68.2 億元。而在實(shí)際高壓氣態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)供應(yīng)鏈建設(shè)中，氫氣壓縮機(jī)整體市場 空間將數(shù)倍于加氫站內(nèi)氫氣壓縮機(jī)規(guī)模。
4.3 低溫液化長期潛力大，關(guān)注核心裝備技術(shù)國產(chǎn)化突破
低溫液氫能否快速發(fā)展取決于氫氣液化成本下降程度。在低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中， 氫氣液化成本占據(jù)了運(yùn)輸成本的 70%左右，是液氫產(chǎn)業(yè)鏈中最為核心的環(huán)節(jié)。理論 狀 態(tài) 下 ， 氫 氣 液 化 耗 能 為 3.92kWh/kg ， 然 而 實(shí) 際 生 產(chǎn) 過 程 中 的 能 耗 達(dá) 到 13~15kWh/kg，接近氫氣直接燃燒熱值（33.3kWh/kg）的一半，相比較而言氮?dú)獾?液化耗能僅為 0.207kWh/kg，因此降低氫氣液化耗能至關(guān)重要。而能否快速實(shí)現(xiàn)氫氣 液化成本下降，一方面需擴(kuò)大液氫制備規(guī)模，另一方面取決于我國能否實(shí)現(xiàn)大型氫液 化裝置的國產(chǎn)化突破。
國外的氫液化技術(shù)發(fā)展較早，技術(shù)已很成熟，國內(nèi)起步較晚，與國外存在較大的 差距。從液氫產(chǎn)能上來看，北美占了全球液氫產(chǎn)能總量的 85%以上。截止到 2020 年， 美國本土已有 15 座以上的液氫工廠，液氫產(chǎn)能達(dá) 326 d/t，居于全球首位，加拿大還 有 80d /t 的液氫產(chǎn)能也為美國所用。美國液氫產(chǎn)能的 10%左右的液氫用于氫燃料電 池的應(yīng)用。近年來，美國開始了新一輪的液化氫工廠建設(shè)，以擴(kuò)大液氫產(chǎn)能。歐洲 4 座液氫工廠液氫產(chǎn)能為 24d/t。亞洲有 16 座液氫工廠，總產(chǎn)能 38.3d /t，其中日本占 了三分之二。中國液氫工廠有陜西興平、海南文昌、北京 101 所和西昌基地等，主 要服務(wù)于航天發(fā)射，總產(chǎn)能僅有 4d/t，最大的海南文昌液氫工廠產(chǎn)能也僅 2d/t。
民用液氫領(lǐng)域正處于發(fā)展初期階段，根據(jù)科技部 2020 年“可再生能源與氫能技術(shù)” 重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)指南，中國急需研制液化能力≥5d/t 且氫氣液化能耗≤13kWh/kgLH2 的 單套裝備，指標(biāo)與國外主流大型氫液化裝置性能基本一致，以期盡快縮短我國產(chǎn)品成 本、質(zhì)量和制造水平與世界發(fā)達(dá)國家的差距。例如，2020 年鴻達(dá)興業(yè)公告募資建設(shè) 年產(chǎn) 30000 t 液氫項(xiàng)目，目前該項(xiàng)目仍在積極建設(shè)中。
透平膨脹機(jī)及正-仲轉(zhuǎn)換器是氫氣液化核心裝置，國產(chǎn)化突破在即
氫的液化最早由英國的 James Dewar 于 1898 年通過 J-T 節(jié)流實(shí)現(xiàn)。到 1902 年出現(xiàn)了克勞德循環(huán)，區(qū)別于之前的氫液化方式主要在于膨脹機(jī)的使用。使用液氮預(yù) 冷、膨脹機(jī)提供低溫區(qū)冷量的克勞德循環(huán)，效率比采用 J-T 節(jié)流的 LindeHampson 循環(huán)高約 50-70% 。
目前，克勞德循環(huán)仍然是大型氫液化裝置的基礎(chǔ)，根據(jù)制冷方式的不同又分為氫 膨脹制冷和氦膨脹制冷氫液化流程。氫膨脹制冷循環(huán)采用氫氣自膨脹提供低溫區(qū)冷量。 而氦膨脹制冷循環(huán)氫液化流程則是利用沸點(diǎn)更低的氦作為制冷劑提供低溫區(qū)冷量。無 論在氫膨脹制冷或在氦膨脹制冷氫液化流程中，透平膨脹機(jī)均是最關(guān)鍵的核心設(shè)備， 也是系統(tǒng)低于 80K 溫區(qū)的主要冷量來源。
透平膨脹機(jī)作為氫氣液化循環(huán)中的核心部件尚無國產(chǎn)化商品，它是系統(tǒng)冷量的主 要提供者，其熱力性能、力學(xué)性能的優(yōu)劣對(duì)裝置的經(jīng)濟(jì)性和長期運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性至關(guān)重 要，是系統(tǒng)中技術(shù)含量高、研制難度大的部件。西安交通大學(xué)和北京航天試驗(yàn)研究所 正就大型氫液化裝置和高效氫、氦透平膨脹機(jī)積極開展研發(fā)工作，目前仍在攻關(guān)期。
氫液化流程中，氫的正-仲轉(zhuǎn)換器也是一個(gè)重要的設(shè)備。根據(jù)氫的物理特性，隨 著溫度的降低和氫的液化，正氫會(huì)逐步轉(zhuǎn)變成仲氫，并放出大量的熱量。若液氫產(chǎn)品中存在未轉(zhuǎn)換完成的正氫，后的正-仲轉(zhuǎn)化熱會(huì)導(dǎo)致液氫產(chǎn)品氣化。所以液化后液氫 中仲氫含量需大于 95%。國內(nèi)對(duì)正仲氫轉(zhuǎn)化催化 劑的研究已經(jīng)取得一 定成績，如 北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所自制的正仲氫轉(zhuǎn)化催化 劑性能已達(dá)到國外水平，目前在對(duì) 技術(shù)做進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。
低溫液氫液化市場空間測算
據(jù)我們測算，國內(nèi)低溫液氫液化市場投資規(guī)模到 2030/2040/2050 年將分別達(dá)到 416 億元/1382 億元/2150 億元，年均新增投資規(guī)模將分別達(dá)到 83 億元/276 億元/430 億元，預(yù)計(jì)到 2060 年隨著低溫液氫市場進(jìn)入成熟期，投資規(guī)模將有所下降。
根據(jù)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展不同階段，給予三條投 資主線：1）氫能發(fā)展早期階段，高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)成熟，商業(yè)化程度高，其中車載儲(chǔ)氫 瓶將率先受益氫能車規(guī)模提升；2）氫能發(fā)展中期，低溫液氫將滿足大規(guī)模、長距離氫能需求，低溫液化裝備作 為產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)將快速發(fā)展；3）規(guī)?；臍淠軆?chǔ)運(yùn)通常伴隨大量的氣體處理需求，包括壓縮、凈化等。
3 成本的差異性決定各儲(chǔ)運(yùn)方式出現(xiàn)在氫能不同發(fā)展階段
4 氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展推動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)關(guān)鍵設(shè)備及材料需求快速增長
車 運(yùn)氫一般適用于 200km 內(nèi)的短距離運(yùn)輸。
4 氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展推動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)關(guān)鍵設(shè)備及材料需求快速增長
5 投資分析