氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是氫能利用中的關(guān)鍵一環(huán),也是制約氫能走向規(guī)模化應(yīng)用的最大難點(diǎn)。氫儲(chǔ)運(yùn)是指將制得的氫氣進(jìn)行壓縮或液化后儲(chǔ)存，再通過(guò)車(chē)載或管道等方式運(yùn)輸至下游加氫站、化工企業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域。該環(huán)節(jié)是連接上游供給及下游需求的關(guān)鍵，是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中的必不可少的一環(huán)。氫原子半徑很小且非常活躍，導(dǎo)致儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)難度較高。在“制、儲(chǔ)、運(yùn)、加、用”的氫能全產(chǎn)業(yè)鏈中，儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)成本超過(guò)30%，大大限制了氫能在下游領(lǐng)域的應(yīng)用，如何實(shí)現(xiàn)低成本、安全、高效的儲(chǔ)運(yùn)氫，是氫能產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的重要方向。

目前，儲(chǔ)氫方式主要有三種，分別是氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫。其中，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)氫方式，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫逐漸進(jìn)入示范應(yīng)用階段。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是指通過(guò)高壓壓縮的方式存儲(chǔ)氣態(tài)氫，其儲(chǔ)存方式是采用高壓將氫氣壓縮到容器里，通常由鋼、鋁、碳/玻璃纖維、高分子材料等制成。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫具有技術(shù)成熟、運(yùn)輸成本相對(duì)低廉、充放速度快、操作方便快捷等優(yōu)點(diǎn)。但受高壓和氫元素特性影響，運(yùn)輸材料易發(fā)生氫脆，存在泄露風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)儲(chǔ)氫體積密度低。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫關(guān)鍵設(shè)備為壓縮機(jī)和儲(chǔ)氫瓶。氫氣壓縮機(jī)主要作用為通過(guò)提高氫氣儲(chǔ)存密度和壓力將氫氣壓縮成高壓氫氣。壓縮機(jī)在整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈中應(yīng)用廣泛，氫氣生產(chǎn)環(huán)節(jié)中制氫廠需將氫氣壓縮至相應(yīng)的儲(chǔ)氫瓶中；在管道運(yùn)輸中，需要在運(yùn)輸途中使用氫壓機(jī)為氫氣提供動(dòng)力；氫氣送至加氫站及下游應(yīng)用端后，需要經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)行再次壓縮儲(chǔ)存。

圖 1 壓縮機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景

氫氣儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中常用的兩種壓縮機(jī)為隔膜壓縮機(jī)和液驅(qū)壓縮機(jī)。隔膜壓縮機(jī)通過(guò)膜片在液壓油的推動(dòng)下來(lái)回?cái)[動(dòng)，從而完成吸氣、壓縮、排氣循環(huán)往復(fù)的過(guò)程。隔膜式壓縮機(jī)技術(shù)國(guó)內(nèi)應(yīng)用成熟度較高，具有氣體無(wú)污染、無(wú)泄漏、壓縮比較好的優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前市場(chǎng)主流，在氫氣壓縮機(jī)市場(chǎng)份額達(dá)到70%，其中在充裝壓縮領(lǐng)域占比達(dá)到90%以上，在加氫站壓縮領(lǐng)域占比超過(guò)60%。液驅(qū)活塞式壓縮機(jī)利用液壓油驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小等優(yōu)點(diǎn)，且啟停不影響壓縮機(jī)壽命，目前主要應(yīng)用于撬裝式加氫站。

圖 2 壓縮機(jī)類(lèi)型及對(duì)比

（一）氫氣壓縮機(jī)逐漸向高壓、大排量、國(guó)產(chǎn)化發(fā)展

下游需求倒逼壓縮機(jī)逐步向高壓、大排量方向轉(zhuǎn)變。隨著下游燃料汽車(chē)氫氣加注壓力的提升續(xù)航里程不斷提升，加注壓力為70MPa的燃料汽車(chē)的續(xù)航里程為35MPa的1.6倍之多，倒逼加氫站的壓縮機(jī)由目前主流的35MPa壓縮機(jī)提升至70Mpa。同時(shí)加氫站為滿(mǎn)足大規(guī)模車(chē)隊(duì)在有限的場(chǎng)地上加注，最佳路徑為增大壓縮機(jī)的排量，隨著壓縮機(jī)的排出壓力及排量的增加，壓縮效率有望進(jìn)一步提升。液驅(qū)式壓縮機(jī)滲透率提升空間較大。在大排量壓縮機(jī)成為未來(lái)趨勢(shì)的背景下，液驅(qū)式壓縮機(jī)憑借排量高、模塊化設(shè)計(jì)、體積相對(duì)小、維修簡(jiǎn)單、密封件壽命高等特點(diǎn)，近兩年關(guān)注度不斷提升，未來(lái)液驅(qū)式壓縮機(jī)需求有望保持高增。國(guó)產(chǎn)化替代趨勢(shì)明確。目前加氫站壓縮機(jī)成本約占加氫站建設(shè)設(shè)備總成本的30%，進(jìn)口壓縮機(jī)售價(jià)為300-500萬(wàn)元，而國(guó)產(chǎn)壓縮機(jī)售價(jià)僅為100-200萬(wàn)元，過(guò)去加氫站中進(jìn)口壓縮機(jī)占比約為70%，隨著國(guó)產(chǎn)品牌技術(shù)迭代及產(chǎn)品性?xún)r(jià)比提升，目前加氫站國(guó)產(chǎn)品牌占有率達(dá)到50%，未來(lái)隨著加氫站對(duì)壓縮機(jī)性?xún)r(jià)比及產(chǎn)品售后維修要求的提高，國(guó)產(chǎn)品牌替代空間有望進(jìn)一步提升。

（二）國(guó)內(nèi)氫壓機(jī)企業(yè)布局加速

隨著加氫站建設(shè)速度的加快疊加制氫項(xiàng)目迅速落地，氫氣壓縮機(jī)未來(lái)幾年的需求將迎來(lái)快速增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)氫壓機(jī)行業(yè)龍頭企業(yè)為中鼎恒盛，在大流量氫氣充裝壓縮機(jī)領(lǐng)域市占率高達(dá)90%，在加氫站壓縮機(jī)領(lǐng)域市占率為30%。2021年以來(lái)氫壓機(jī)企業(yè)布局明顯提速，多家企業(yè)中標(biāo)氫壓機(jī)采購(gòu)項(xiàng)目。

圖 3 氫壓機(jī)項(xiàng)目情況統(tǒng)計(jì)

（三）儲(chǔ)氫瓶為氫能儲(chǔ)存的重要容器

儲(chǔ)氫瓶為氫能儲(chǔ)存的重要容器，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)通過(guò)儲(chǔ)氫瓶實(shí)現(xiàn)氫氣的儲(chǔ)存和釋放。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)選取材料的不同儲(chǔ)氫瓶主要分為純鋼制金屬瓶（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）。儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)部主要由內(nèi)膽、中間層、表層三部分組成，內(nèi)膽是儲(chǔ)氫氣瓶的核心部件，主要作用為阻隔氫氣，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)膽大多為金屬材料，但氫氣與金屬材料接觸會(huì)產(chǎn)生氫脆效應(yīng)使金屬塑性下降、誘發(fā)裂紋甚至開(kāi)裂的現(xiàn)象，不適合長(zhǎng)期儲(chǔ)存，Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)膽采用塑料等復(fù)合材料，耐氫氣滲透性和耐熱性較好。中間層是比較厚的耐壓層，主要作用為承壓，碳纖維憑借較好的拉伸強(qiáng)度及較輕的重量廣泛用于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型瓶中的中間層，表層一般使用玻纖等包裹材料用于保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

（四）儲(chǔ)氫瓶將逐步實(shí)現(xiàn)

由I、II、III型向IV型瓶的產(chǎn)品迭代目前I型、II型儲(chǔ)氫瓶發(fā)展成熟、成本較低，但由于儲(chǔ)氫密度較低、質(zhì)量較大、氫脆問(wèn)題嚴(yán)重，難以滿(mǎn)足車(chē)載儲(chǔ)氫的要求，通常用于加氫站等固定儲(chǔ)氫領(lǐng)域。III型、IV型高壓儲(chǔ)氫瓶通過(guò)使用鋁合金、塑料內(nèi)膽、碳纖維等復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬材料從而減輕儲(chǔ)氫瓶質(zhì)量提升單位質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度。未來(lái)隨著行業(yè)對(duì)儲(chǔ)氫要求的不斷提升，儲(chǔ)氫瓶將逐步實(shí)現(xiàn)由I型、II型向III型、IV型的產(chǎn)品迭代。

圖 4 I-IV型儲(chǔ)氫瓶參數(shù)

對(duì)比IV型儲(chǔ)氫瓶高儲(chǔ)氫質(zhì)量密度、低成本等優(yōu)勢(shì)明顯。目前35MpaⅢ型儲(chǔ)氫瓶成本為3921美元，而35Mpa Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶成本為2865美元，成本下降27%，主要系III型瓶?jī)?chǔ)罐采用大量金屬鋁材料，而IV型瓶采用價(jià)格較低的高分子聚合物并且用量較少。在Ⅲ、Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶成本中，碳纖維復(fù)合材料成本占比最大，其中Ⅲ型儲(chǔ)氫瓶碳纖維成本占比達(dá)到66%，Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶碳纖維成本占比為78%，同時(shí)隨著儲(chǔ)氫壓力的提升碳纖維用量逐步增加，35MpaⅢ型儲(chǔ)氫瓶碳纖維成本為3084美元，70 MpaⅢ型儲(chǔ)氫瓶碳纖維成本為3921美元，漲幅達(dá)到27%。目前IV型瓶已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海外車(chē)載領(lǐng)域，而國(guó)內(nèi)發(fā)展較慢，主要原因?yàn)閲?guó)內(nèi)技術(shù)落后以及我國(guó)氫燃料汽車(chē)大部分應(yīng)用于商用車(chē)領(lǐng)域，商用車(chē)對(duì)儲(chǔ)氫瓶的重量及儲(chǔ)氫效率敏感度較低所以IV型瓶?jī)?yōu)勢(shì)無(wú)法體現(xiàn)，并且碳纖維材料、碳纖維纏繞設(shè)備與高壓罐體等加工設(shè)備高度依賴(lài)進(jìn)口也成為阻礙我國(guó)IV型瓶發(fā)展的重要因素。未來(lái)隨著設(shè)備材料逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代及規(guī)模化生產(chǎn)，IV型瓶成本有望下降至III型瓶成本的0.6倍左右，產(chǎn)品迭代逐步提速。

圖 5 Ⅲ、IV型儲(chǔ)氫瓶成本拆分

（五）商業(yè)化應(yīng)用情況

1、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。

目前高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)主要應(yīng)用在運(yùn)輸領(lǐng)域，加氫站和燃料電池車(chē)上均應(yīng)用高壓儲(chǔ)氫瓶作為儲(chǔ)氫裝置。

2、加氫站通常使用純鋼制造的I型瓶和II型瓶（鋼制內(nèi)膽，纖維環(huán)向纏繞），工作壓力在17.5-30MPa，體積較大。

加氫站配置250kg的儲(chǔ)氫裝置成本約為170-200萬(wàn)元以上，折合單位儲(chǔ)氫價(jià)格約為6000- 8000元/公斤。

3、車(chē)載儲(chǔ)氫瓶主要分III型瓶和IV型瓶?jī)煞N。

III型瓶壓強(qiáng)為35MPa，內(nèi)膽采用鋁合金/鋼，包裹材料為碳纖維或者混合碳/玻璃纖維復(fù)合材料。IV型瓶壓強(qiáng)為70MPa，內(nèi)膽采用聚合物（一般包括尼龍，高密度聚乙烯（HDPE），PET聚酯塑料/PA聚酰胺），外部包裹材料主要是碳纖維或者混合碳/玻璃纖維復(fù)合材料。國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車(chē)配備的儲(chǔ)氫罐主要以35MPa的Ⅲ型瓶為主，而70MPa的IV型高壓儲(chǔ)氫罐，國(guó)外已經(jīng)實(shí)應(yīng)用，國(guó)內(nèi)尚未批準(zhǔn)。在燃料電池車(chē)上應(yīng)用的高壓儲(chǔ)氫瓶按照儲(chǔ)氫質(zhì)量折算，35MPa的單價(jià)3500-5000元/kg，70MPa的8000-10000元/kg。

圖 6 各種高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫瓶、罐分類(lèi)及特點(diǎn)

低溫液態(tài)儲(chǔ)氫商業(yè)化進(jìn)一步加快

液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)是采用低溫技術(shù)將氫氣冷卻到液化溫度（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，-253℃）以下，以液體形式儲(chǔ)存在高度真空的絕熱容器中。低溫液態(tài)儲(chǔ)氫的體積儲(chǔ)氫密度高,液氫密度達(dá)到70.78kg/m3，是標(biāo)準(zhǔn)情況下氫氣密度的850倍左右，適用于距離較遠(yuǎn)、運(yùn)輸量較大的場(chǎng)合。但液化過(guò)程能耗非常高，液化1kg氫氣大概需要11~12度電，而高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫大概只需要2度電。相比于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫質(zhì)量密度更大，儲(chǔ)存氫氣純度更高。但為了保證低溫、高壓條件，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫需使用具有良好絕熱性能的液氫儲(chǔ)罐以及配套嚴(yán)格的絕熱方案與冷卻設(shè)備，同時(shí)氫氣液化工程中能耗較大使得低溫液態(tài)儲(chǔ)氫成本較高，低溫液化儲(chǔ)氫的單位成本為高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫單位成本的2倍左右，目前低溫液態(tài)儲(chǔ)氫主要應(yīng)用于軍事航天等對(duì)氫氣純度要求較高的領(lǐng)域，未來(lái)隨著液化能耗的減少及保溫效率的提升，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫商業(yè)化進(jìn)展有望加快。

圖 7 不同儲(chǔ)氫技術(shù)單位成本對(duì)比

商業(yè)化應(yīng)用情況

（一）低溫液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)目前美國(guó)、日本等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，國(guó)內(nèi)應(yīng)用最早起步于軍事、航天等領(lǐng)域。隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)興起，民用液氫領(lǐng)域現(xiàn)已匯聚中科富海、航天101所、國(guó)富氫能、鴻達(dá)興業(yè)等一批科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)，在相關(guān)技術(shù)上屢獲重大突破；同時(shí)國(guó)家已發(fā)布液氫生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸?shù)膰?guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這使液氫民用有標(biāo)可依，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)液氫產(chǎn)業(yè)民用領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)零突破，為液氫進(jìn)入市場(chǎng)化發(fā)展提供重要支撐。

（二）液氫槽罐車(chē)價(jià)格為350萬(wàn)/臺(tái)，可儲(chǔ)存4300公斤液氫，液化過(guò)程耗電約為15KWh/kg。

（三）2021年1月，清華聯(lián)手北汽福田的全球首輛35噸級(jí)、49噸級(jí)分布式驅(qū)動(dòng)液氫燃料電池重型商用車(chē)成功問(wèn)世，順利通過(guò)綜合測(cè)試。2021年2月，上海重塑、佛燃能源、國(guó)富氫能、泰極動(dòng)力簽署協(xié)議在佛山合作推進(jìn)“液氫儲(chǔ)氫加氫站項(xiàng)目。

固態(tài)儲(chǔ)氫研發(fā)有望提速

根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）發(fā)布的《2023年全球風(fēng)能報(bào)告》顯示，2022年全球風(fēng)電新增吊裝容量達(dá)到77.6GW，其中陸上風(fēng)電裝機(jī)68.8GW;海上風(fēng)電裝機(jī)8.8GW。固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)是通過(guò)物理或化學(xué)方式使氫氣與某些金屬或合金反應(yīng)以后可以生成金屬氫化物，來(lái)實(shí)現(xiàn)氫氣的儲(chǔ)存，生成的金屬氫化物在加熱后再釋放氫。從材料分類(lèi)上有金屬合金、碳材料等。金屬氫化物合金又可細(xì)分為稀土系、鈦鐵/錳系、釩系和鎂系等。固態(tài)儲(chǔ)氫的儲(chǔ)氫密度可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氫氣的1000倍，超過(guò)低溫液態(tài)儲(chǔ)氫。

商業(yè)化應(yīng)用情況

（一）固態(tài)儲(chǔ)氫從體積儲(chǔ)氫密度、安全性等因素考慮，是最具商業(yè)化發(fā)展前景的儲(chǔ)存方式之一。

（二）固態(tài)儲(chǔ)氫目前在交通領(lǐng)域起步相對(duì)較早，氫能自行車(chē)、兩輪車(chē)、燃料電池叉車(chē)、加氫站均有示范項(xiàng)目；國(guó)內(nèi)企業(yè)如厚普股份也在開(kāi)發(fā)車(chē)載固態(tài)儲(chǔ)氫瓶，目前鈦系儲(chǔ)氫裝置售價(jià)在2萬(wàn)元/kg，未來(lái)希望通過(guò)規(guī)模化生產(chǎn)，降至8000元/kg以?xún)?nèi)。

（三）固態(tài)儲(chǔ)氫在電力調(diào)峰領(lǐng)域也有示范項(xiàng)目，包括華電集團(tuán)、云南電科院、有研科技集團(tuán)等在四川瀘定、昆明、張家口建設(shè)了相關(guān)示范項(xiàng)目。

（四）在備用電源領(lǐng)域，應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、社區(qū)等工商業(yè)的示范項(xiàng)目。

（五）在工業(yè)領(lǐng)域：目前化工上使用的是高壓儲(chǔ)氣罐，安全性存在挑戰(zhàn)、復(fù)雜度很高。而固態(tài)儲(chǔ)氫可以作為長(zhǎng)期的儲(chǔ)存，減輕安全壓力；還可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)副產(chǎn)氫凈化-儲(chǔ)運(yùn)一體化。一輛儲(chǔ)運(yùn)車(chē)可直接充裝和純化1.2噸氫氣，得到99.999%的高純氫，有效降低儲(chǔ)運(yùn)成本。

圖 8 國(guó)內(nèi)固態(tài)儲(chǔ)氫發(fā)展情況

固態(tài)儲(chǔ)氫具有高體積密度、高安全性、快速?zèng)_放氫等優(yōu)點(diǎn)，適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸。按照原理，固態(tài)儲(chǔ)氫分為吸附儲(chǔ)氫和化學(xué)儲(chǔ)氫兩大類(lèi)。

（一）吸附儲(chǔ)氫：

利用范德華力在比表面積較大的多孔材料上進(jìn)行氫氣的吸附。多孔材料能夠?qū)崿F(xiàn)快速吸氫-放氫，同時(shí)物理吸附活化能小，氫氣吸附量?jī)H受儲(chǔ)氫材料物理結(jié)構(gòu)因素影響。

主要的吸附儲(chǔ)氫材料包括：

1、碳基材料:石墨烯、碳納米管、富勒烯等；

2、金屬骨架化合物（MOF），具有高孔隙率、高比表面積、高孔徑調(diào)控性、高孔形狀調(diào)控性、高功能基團(tuán)調(diào)控性；

3、多孔聚合物。

（二）化學(xué)儲(chǔ)氫：

主要材料包括：

1、儲(chǔ)氫合金:鎂基、LaNi5、TiFe等；

2、配位氫化物: LiBH4、NaAlH4等；

3、有機(jī)化合物：氨硼烷；

4、氨基/亞氨基化物。

以鎂基儲(chǔ)氫材料為例，吸氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程可以分為四個(gè)步驟：

1、在范德華力作用下，氫分子吸附于金屬表面；

2、氫分子解離為H原子；

3、H原子從表面向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，進(jìn)入金屬原子結(jié)構(gòu)間隙；

4、隨著體相中H原子濃度的增長(zhǎng)，開(kāi)始形成α相固溶體，隨著氫原子濃度繼續(xù)增加，產(chǎn)生β相金屬氫化物。

吸放氫是一個(gè)多元、多相的氣—固反應(yīng)過(guò)程，每個(gè)反應(yīng)階段具有不同的能壘。放氫過(guò)程：反應(yīng)步驟為上述的逆反應(yīng)，需要對(duì)儲(chǔ)氫材料進(jìn)行處理,如調(diào)節(jié)溫度、壓力等條件。

短期車(chē)載儲(chǔ)氫滿(mǎn)足需求，液氫管道運(yùn)輸趨勢(shì)明確

（一）車(chē)載運(yùn)氫是目前運(yùn)氫的主要方式

目前隨著下游氫能需求的不斷增加以及制氫企業(yè)與使用氫氣的企業(yè)分布不均勻，氫氣的運(yùn)輸成為氫能發(fā)展道路上的關(guān)鍵一環(huán)。氫氣的運(yùn)輸環(huán)節(jié)在氫氣總成本中占比達(dá)到20%-30%，氫氣的的運(yùn)輸方式主要由氫氣的儲(chǔ)存形式及運(yùn)輸距離決定。高壓氣體儲(chǔ)氫主要通過(guò)長(zhǎng)管拖車(chē)和管道運(yùn)輸兩種方式，長(zhǎng)管拖車(chē)適合短距離、小規(guī)模的氫氣運(yùn)輸，管道運(yùn)輸適合大規(guī)模、長(zhǎng)距離的氫氣運(yùn)輸，目前由于我國(guó)氫能處于發(fā)展初期，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不完善，長(zhǎng)管拖車(chē)仍為主流的運(yùn)氫選擇。低溫液體儲(chǔ)氫主要通過(guò)液氫槽車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸，適用于長(zhǎng)距離、輸運(yùn)量大、氫氣純度要求高的氫氣運(yùn)輸，目前我國(guó)液氫槽車(chē)運(yùn)輸主要用于航天及軍事等細(xì)分領(lǐng)域，海外液氫槽車(chē)運(yùn)輸發(fā)展較為成熟應(yīng)用廣泛。

圖 9 不同氫氣運(yùn)輸方式對(duì)比

（二）長(zhǎng)管拖車(chē)目前是我國(guó)氫氣運(yùn)輸?shù)闹髁鬟x擇

長(zhǎng)管拖車(chē)技術(shù)成熟，為目前我國(guó)氫氣運(yùn)輸?shù)闹饕绞健Ｖ茪鋸S制得的氫氣在通過(guò)壓縮機(jī)高壓壓縮后儲(chǔ)存在儲(chǔ)氫瓶中，然后由長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)輸。長(zhǎng)管拖車(chē)通常具有 6~10 個(gè)大容積儲(chǔ)氫瓶，但由于氫氣密度小，而儲(chǔ)氫壓力容器自重大，所以最終拖車(chē)所運(yùn)氫氣的質(zhì)量只占總運(yùn)輸質(zhì)量的 1%~2%，運(yùn)輸量大約為260-460kg/車(chē)。長(zhǎng)管拖車(chē)目前只適用于運(yùn)輸距離較近(運(yùn)輸半徑300公里)、輸送量較低的運(yùn)輸場(chǎng)景，隨著運(yùn)輸距離從50公里提升至500公里，長(zhǎng)管拖車(chē)成本由4.3元/kg提升至17.9元/kg，其中人工費(fèi)用和油費(fèi)是導(dǎo)致長(zhǎng)管拖車(chē)成本快速增加的主要影響因素。

圖 10 隨著運(yùn)輸距離的提升，長(zhǎng)管拖車(chē)成本快速上升

（三）管道運(yùn)氫是未來(lái)大規(guī)模、長(zhǎng)距離運(yùn)氫的必然趨勢(shì)

隨著未來(lái)氫氣需求的不斷增加，管道運(yùn)氫是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、長(zhǎng)距離輸氫的主要方式。管道儲(chǔ)氫相較于長(zhǎng)管拖車(chē)具有運(yùn)輸體量大、距離遠(yuǎn)、能耗損失低、經(jīng)濟(jì)高效等多重優(yōu)勢(shì)。但其鋪設(shè)難度大、投資成本較高，當(dāng)運(yùn)輸距離由150公里提升至550 公里時(shí)，氫氣管道投資建設(shè)費(fèi)用由9.6億提升至35.43億。我國(guó)管道運(yùn)輸研究起步相對(duì)較晚，輸氫管道規(guī)模較小，總里程約400公里，在用管道僅有百公里左右，主要由中國(guó)石油、中國(guó)石化、國(guó)家電投等大型國(guó)企建設(shè)，在化工園區(qū)內(nèi)應(yīng)用為主。海外氫氣管道起步較早，目前全球氫氣輸送管道總里程已超過(guò)5000km，美國(guó)輸氫管道總里程已超過(guò)2700km排名第一，歐洲氫氣輸送管道長(zhǎng)度也達(dá)到1770km，未來(lái)隨著氫氣需求不斷提升，我國(guó)管道輸氫的必要性將不斷凸顯，根據(jù)《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書(shū)》測(cè)算，2030年我國(guó)氫氣管道總里程將達(dá)到3000公里。

圖 11 管道運(yùn)輸初始投資成本較高

（四）短期內(nèi)管道運(yùn)氫技術(shù)成熟度較低、初始投資成本較高

目前制約管道運(yùn)氫發(fā)展的主要因素為技術(shù)因素和投資成本因素。技術(shù)方面，受氣體性質(zhì)差異、摻氫比、管道材質(zhì)和外部環(huán)境等影響，氫氣進(jìn)入管道后容易產(chǎn)生氫脆、滲透和泄漏等風(fēng)險(xiǎn)，所以未來(lái)低成本、高強(qiáng)度的抗氫脆材料、高性能的氫能管道的設(shè)計(jì)制造技術(shù)以及應(yīng)急和維護(hù)的技術(shù)將成為關(guān)鍵。同時(shí)目前我國(guó)管道復(fù)合材料、氫氣計(jì)量的設(shè)備閥門(mén)、儀表等核心設(shè)備材料依賴(lài)進(jìn)口，未來(lái)相關(guān)裝備國(guó)產(chǎn)化有望成為趨勢(shì)。投資成本方面，由于純氫管道初始投資較大，氫氣長(zhǎng)輸管道的造價(jià)約為30-95萬(wàn)美元/公里，高于天然氣管道價(jià)格數(shù)倍，不適合作為氫能發(fā)展的初期使用，利用天然氣管道或管網(wǎng)輸送摻氫天然氣可實(shí)現(xiàn)我國(guó)現(xiàn)有在役天然氣管道和城市輸配氣管網(wǎng)的充分利用，便于氫氣大范圍、長(zhǎng)距離、低成本運(yùn)送，目前我國(guó)已順利開(kāi)展運(yùn)營(yíng)多個(gè)摻氫管道項(xiàng)目，未來(lái)有望快速實(shí)現(xiàn)摻氫的商業(yè)化及由摻氫到純氫運(yùn)輸?shù)倪^(guò)渡。

圖 12 天然氣摻氫為目前管道運(yùn)輸?shù)闹髁鬟x擇

（五）未來(lái)液氫運(yùn)輸滲透率有望提升

低溫液態(tài)氫氣儲(chǔ)運(yùn)相較于高壓氣態(tài)氫氣儲(chǔ)運(yùn)的優(yōu)勢(shì)在于運(yùn)輸成本低、純度高、計(jì)量方便等，液氫一般采用車(chē)輛或船舶運(yùn)輸，液氫槽車(chē)是液氫運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，當(dāng)槽罐車(chē)容量為65m3時(shí)可運(yùn)輸4000 kg的氫氣。相較于氣氫運(yùn)輸分散生產(chǎn)后進(jìn)行運(yùn)輸，液氫一般采用集中生產(chǎn)統(tǒng)一運(yùn)輸?shù)姆绞健．?dāng)氫氣深冷至 20 K 液化后能量密度遠(yuǎn)大于氣氫，所以液氫需要的公路運(yùn)力遠(yuǎn)小于氣氫，日本的液氫和氣氫對(duì)公路車(chē)運(yùn)力要求為 1∶6，而美國(guó)則高達(dá) 1∶20。目前我國(guó)由于沒(méi)有先進(jìn)的大規(guī)模氫液化工廠，氣氫運(yùn)輸在總成本上尚占據(jù)優(yōu)勢(shì)，當(dāng)運(yùn)輸距離從50公里提升至500公里時(shí)，液氫槽車(chē)的運(yùn)輸價(jià)格在13.51-14.31元/kg范圍內(nèi)小幅提升。但美日等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)將液氫的儲(chǔ)運(yùn)成本降低到高壓氣氫的八分之一左右，隨著我國(guó)氫氣液化產(chǎn)能的不斷提升，液氫儲(chǔ)運(yùn)未來(lái)有望成為我國(guó)氫能運(yùn)輸?shù)囊环N重要方式。

（六）隨著氫氣需求的提升，逐漸實(shí)現(xiàn)

由長(zhǎng)管拖車(chē)向管道運(yùn)氫的轉(zhuǎn)換氫能運(yùn)輸成本與儲(chǔ)運(yùn)距離和儲(chǔ)運(yùn)量有著密切關(guān)系，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)管拖車(chē)、管道運(yùn)輸及液氫運(yùn)輸三種運(yùn)輸方式成本進(jìn)行對(duì)比，短期來(lái)看，在短距離（300公里以?xún)?nèi)的城市內(nèi)）低用量運(yùn)氫方面，高壓氣態(tài)長(zhǎng)管拖車(chē)成本低于低溫液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)成本，符合目前我國(guó)氫能發(fā)展初期的要求。中期來(lái)看，在中距離（300公里以上的城際間）低用量運(yùn)氫方面，低溫液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)成本低于高壓氣態(tài)長(zhǎng)管拖車(chē)成本，未來(lái)隨著氫能需求逐步增加及氫氣液化產(chǎn)能、技術(shù)的不斷提升，液氫儲(chǔ)運(yùn)滲透率將逐步提升。長(zhǎng)期來(lái)看，管道運(yùn)輸成本最低，未來(lái)隨著大規(guī)模、長(zhǎng)距離運(yùn)氫成為趨勢(shì)，管道運(yùn)氫將成為主流選擇。

圖 12 天然氣摻氫為目前管道運(yùn)輸?shù)闹髁鬟x擇

來(lái)源：白云新能源