科普 | 四大氫能儲運方式哪個成本最低？

氫能產業鏈中，對于氫的存儲和運輸是連接氫氣生產端和消費求端的關鍵橋梁，其發展態勢深刻影響著氫能發展節奏及進度。氫氣儲運成本如何計算，關系著整個氫能產業發展的速度和方向。

據中國氫能聯盟預測，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更加完善的氫儲運供應體系。假設按照終端氫氣售價30元/kg，儲運成本占比30%，設備投資成本占比70%，對應儲運設備市場的規模將高達5200億元。

何為氫能儲運

氫能儲運是指在氫能的生產、轉換和消耗過程中，如何有效地存儲和運輸氫氣的技術。氫氣作為一種清潔能源，其在交通運輸、電力等領域的應用前景廣闊。然而，氫氣的特性（易燃易爆、擴散系數大）使得其儲運成為一項技術挑戰。

氫能儲運的關鍵挑戰包括如何提高氫氣的儲存和運輸效率，同時確保安全性和經濟性。氫氣的儲存方式直接影響其運輸方式，因此儲運技術是氫能產業發展的重要環節。目前，氫能儲運技術主要包括高壓氣態儲運、低溫液態儲運、固態儲運、有機液態儲運。

氫能儲運的主要方式

氫能儲運當前主要有四種方式，四種方式各有所長。

高壓氣態儲氫

高壓氣態儲氫是目前最常用且發展比較成熟的儲氫技術。它通過采用高壓將氫氣壓縮到一個耐高壓的容器里，如鋼瓶。這種方式的優點包括結構簡單、壓縮氫氣制備能耗低、充裝和排放速度快。然而，其儲氫量較低，且對高壓儲氫罐存在較高的技術要求。

低溫液態儲氫

低溫液態儲氫是將氫氣經過壓縮后，深冷到21K以下使其變為液氫，并儲存在低溫絕熱的真空容器當中。這種方式的儲運量更大、純度高、充裝更快、占地更小。但是，液化1kg的氫氣需要耗電4-10千瓦時，且需要特殊的容器來儲存液氫，這些容器需要抗凍、抗壓以及嚴格絕熱。

固態儲氫

固態儲氫利用氫氣與儲氫材料之間發生物理或化學變化轉化為固溶體或氫化物的形式進行氫氣儲存。這種方式有效克服了高壓氣態和低溫液態兩種儲氫方式的不足，具有儲氫體積密度大、操作容易、運輸方便、成本低、安全等特點。適合于對體積要求較嚴格的場景應用，是最具發展潛力的一種儲氫方式。

有機液體儲氫

有機液體儲氫是通過不飽和液體有機物的可逆加氫和脫氫反應來實現儲氫。這種方式安全方便，可以長距離運輸，可長期儲存。但是，其費用高、氫氣純度不夠等缺點。

氫能儲運成本的定義

氫能儲運成本指的是在氫能產業鏈中，將氫氣從生產地運輸到消費地，以及存儲在指定地點所涉及的所有費用。其成本計算主要包括以下幾個方面。

儲存成本：包括儲氫設施的建設、維護、運行費用，以及氫氣在儲存過程中的能量損失。高壓儲氫目前最為成熟，應用也最廣，但是儲氫密度和安全性方面存在瓶頸；固體材料儲氫則有著巨大潛力，但是目前處于研究階段；低溫液態儲氫技術具有單位質量和單位體積儲氫密度大的絕對優勢，但目前儲存成本過高，主要體現在液化過程耗能大，以及對儲氫容器的絕熱性能要求極高兩個方面；有機液態儲氫由于成本和技術問題還未能大規模商業化應用。

運輸成本：包括氫氣在運輸過程中的能耗、運輸工具的折舊和維護費用、運輸保險費用等。

安全成本：是指確保氫氣在儲存和運輸過程中的安全性，包括安全設備的購置和維護、人員培訓、應急響應等費用。

損耗成本：是指氫氣在儲存和運輸過程中可能發生的泄漏或其他原因導致的損失。

氣態儲氫的成本差異

由于不同的儲運方式對于氫氣的生產成本會產生不同的差異性影響，所以對于氫能不同的儲運方式，有著各自的適用范圍。在氣態儲氫領域，主要有兩種形式。一種是長管拖車另一種是管道運輸。兩者雖然都是氣態儲運氫能的方式，但兩者的應用范圍和成本也存在較大的差異。長管拖車運輸技術較為成熟，國內常以20MPa長管拖車運氫，單車運氫約300kg，國內正正在積極發展35MPa運氫技術。國外則采用45MPa纖維全纏繞高壓氫瓶長管拖車運氫，單車運氫可提高到700kg。

由于氫氣密度很小，而儲氫容器自重大，所運輸氫氣的重量只占總運輸重量的1~2%之間。據中石油化工研究院數據，當運輸距離為50km時，氫氣的運輸成本為4.9元/kg；隨著運輸距離的增加，長管拖車運輸成本逐漸上升，當距離500km時運輸成本近22元/kg，因此長管拖車運氫只適用于運輸距離較近(運輸半徑200公里)和輸送量較低的場景。

為測算長管拖車運氫的成本，假設基本條件如下：加氫站規模為500kg/天，距離氫源點100km；長管拖車滿載氫氣質量350kg，管束中氫氣殘余率20%，每日工作時間15h；拖車平均時速50km/h，百公里耗油量25升，柴油價格7元/升；動力車頭價格40萬元/臺，以10年進行折舊；管束價格120萬元/臺，以20年進行折舊，折舊方式均為直線法；拖車充卸氫氣時長5h；氫氣壓縮過程耗電1kwh/kg，電價0.6元/kwh；每臺拖車配備兩名司機，灌裝、卸氣各配備一名操作人員，工資10萬元/人·年；車輛保險費用1萬元/年，保養費用0.3元/km，過路費0.6元/km；根據以上假設，可測算出規模為500kg/d、距離氫源點100km的加氫站，運氫成本為8.66元/kg。

數據來源：《加氫站氫氣運輸方案比選》、恒盛證券

管道輸氫也是氫氣運輸的一種方式，由于純氫管道的初始投資較大，不適合作為氫能發展初期應用，在管道運輸發展初期，可以積極探索摻氫天然氣方式，即利用已建設的天然氣輸配管網與基礎設施進行天然氣和氫氣混合輸送。美國和歐洲是世界上最早發展氫氣管網的區域，已有70年歷史。我國的輸氫管道主要分布在環渤海灣、長三角等地。氫能匯（微信公眾號：h2-2005）了解到，中國已建、在建和規劃中的純氫管道共13條,其中純氫管道5條。根據《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書》規劃的目標顯示：預計到2030年,中國氫氣管道將達到3000公里。為測算管道運氫的成本，我們參考濟源-洛陽氫氣管道的基本參數，做出如下假設：管道長度25km，總投資額1.46億元，則單位長度投資額584萬元/km；年輸氫能力為10.04萬噸，運輸過程中氫氣損耗率8%；管線配氣站的直接與間接維護費用以投資額的15%計算；氫氣壓縮過程耗電1kwh/kg，電價0.6元/kwh；

管道壽命20年，以直線法進行折舊。根據以上假設，可測算出長度25m、年輸送能力10.04萬噸的氫氣管道，運氫價格為0.86元/kg。

數據來源：《加氫站氫氣運輸方案比選》、恒盛證券

液態儲氫的成本差異

液態儲氫作為一種重要的儲氫方式，其成本差異主要體現在儲氫效率、運輸成本以及基礎設施建設等方面。

液態儲運又可分為兩大類：

物理法，即將氫冷卻到沸點以下（-253攝氏度以下）形成液氫，儲存于低溫絕熱液氫罐進行儲運；化學法，即氫通過化學反應，生成含氫的化合物，主要有三種方式，包括有機液態儲運、氨-氫儲運、甲醇-氫。低溫液態儲氫：是將氫氣冷卻至21K（約-253攝氏度），液化儲存于低溫絕熱液氫罐中，儲氫密度可達到70.8kg/m3，是標況下氫氣密度0.083kg/m3的近850倍，單臺液氫運輸罐車的滿載約65m3，可凈運輸4000kg氫，大大提高了運輸效率，并且在液化過程還能提高氫氣純度，相應程度上節省了提純成本。因此液氫適合長距離、大容量儲運，是配合我國未來實現大規模綠氫脫碳應用的首要儲氫選擇。

北京特種工程研究院45m3液氫槽車

液氫槽車運輸成本測算為測算液氫槽車運輸的成本，我們的基本假設如下：

加氫站規模為500kg/天，距離氫源點100km；槽車裝載量為15000加侖（約68m3，即4000kg），每日工作時間15h；槽車平均時速50km/h，百公里耗油量25升，柴油價格7元/升；液氫槽車價格約為50萬美元/輛，以10年進行折舊，折舊方式為直線法；槽車充卸液氫時長6.5h；氫氣壓縮過程耗電11kwh/kg，電價0.6元/kwh；每臺拖車配備兩名司機，灌裝、卸載各配備一名操作人員，工資10萬元/人·年；車輛保險費用1萬元/年，保養費用0.3元/km，過路費0.6元/km。根據以上假設，可測算出規模為500kg/d、距離氫源點100km的加氫站，運氫成本為13.57元/kg。

液態有機物儲氫使得氫可在常溫常壓下以液態輸運，儲運過程安全、高效，但還存在脫氫技術復雜、脫氫能耗大、脫氫催化劑技術亟待突破等技術瓶頸。若能解決上述問題，液態有機物儲氫將成為氫能儲運領域最有希望取得大規模應用的技術之一。

有機儲氫載體成本依賴于所需原料價格及加工費用；加氫和脫氫成本主要包括水、電、氣等公用工程消耗、儲氫載體損耗、加氫損失及人工成本等，其中公用工程消耗是重點。在 500 公里以內，有機液態儲氫成本不超過 0.8 美元/kg，但算上脫氫成本，有機液態氫運輸成本可達 2.8 美元/kg。

固態儲氫成本差異

固態儲氫包括物理吸附和化學反應吸附。具體是指利用氫氣與儲氫材料之間的物理吸附或化學反應，將氫氣儲存在固態材料中，從而實現氫氣的儲存及運輸。物理吸附材料主要包括活性炭、碳納米管、碳納米纖維碳基材料、 金屬有機框架物（MOFs）、共價有機骨架（COFs）等，通過其物理性質，吸附或捕捉氫氣。

固態儲氫運輸成本在 9.6-21.7元/kg之間。我們的假設條件如下：

單車儲氫量為1噸；365天都可工作，每日工作時長16h，平均時速 50km/h；設備價格 800 萬元/輛，以10年進行折舊，殘值率為 85%；人工成本為兩名駕駛員和兩名裝卸員，人員費用共40萬元/年，車輛保險費用1萬元/年，車輛保養費用 0.3 元/km；百公里耗油量 33 升，柴油價格 7.5 元/升；充放氫過程耗電15kwh/kg，電價 0.6元/kwh；車輛過路費按1.3元/公里計費。經上述條件測算在運輸距離 50~1000km，以滿載1000kg氫氣的固態儲氫車為例，隨著運輸距離增加，單位質量氫氣的運輸成本從 9.6 元/kg 增加至21.7元/kg。綜上所述，管道輸氫在短距離、長距離均具有儲運經濟性。在低于200km的輸氫范圍內，運輸氫氣的經濟性從高到低分別為：純氫管道>高壓氣態>摻氫管道>液態儲氫>固態鎂基；在200-450km范圍內，運輸氫氣的經濟性從高到低分別為：純氫管道>摻氫管道>液態儲氫>高壓氣態>固態鎂基；在大于450km 的運輸范圍內，運輸氫氣的經濟性從高到低分別為：純氫管道> 摻氫管道>液態儲氫>固態鎂基>高壓氣態。由此可見，積極推廣和大力發展管道輸氫技術，對于推動氫能產業的快速發展和廣泛應用具有至關重要的意義。管道輸氫作為一種高效、經濟的氫氣輸送方式，能夠顯著降低氫能在長距離運輸中的成本和能耗，從而為氫能的大規模應用提供有力支撐。通過建設完善的管道輸氫網絡，可以有效連接氫氣生產地和消費地，提高氫能供應的穩定性和可靠性，進一步促進氫能產業的繁榮和可持續發展。因此，加大對管道輸氫技術的研發和應用投入，對于實現氫能產業的長遠發展目標具有舉足輕重的作用。