1、氫儲運(yùn)承上啟下，千億級市場空間

 

1.1、 氫儲運(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存難度較大。因此，發(fā)展安全、高效、低成本的儲運(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的儲運(yùn)市場規(guī)模

 

氫能資源呈逆向分布，氫能儲運(yùn)供應(yīng)鏈建設(shè)是實(shí)現(xiàn)“氫經(jīng)濟(jì)”的保障。總體來說，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運(yùn)供應(yīng)鏈，將帶來千億級設(shè)備投資規(guī)模。在氫能行業(yè)深度報(bào)告系列二中，我們詳盡分析了氫能在工業(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運(yùn)供應(yīng)鏈。假設(shè)按照終端氫氣售價(jià) 30 元/kg，儲運(yùn)成本占比 30%，設(shè)備投資成本占比 70%，對應(yīng)儲運(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)于我國氫能儲運(yùn)技術(shù)路線展望：我國氫能儲運(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存和運(yùn)輸?shù)哪芰Α淠苁袌鰸B入前期，氫氣用量及運(yùn)輸半徑相對較小，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)出臺固態(tài)、有機(jī)液態(tài)等儲運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)及管道輸配標(biāo)準(zhǔn)作為配套。

 

2 、儲運(yùn)技術(shù)豐富多樣，由近及遠(yuǎn)多方向協(xié)同發(fā)展

 

氫能的存儲及運(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，而氫能的儲運(yùn)方式建立在氫的不同存儲狀態(tài)之上，按照氫的不同形態(tài)，通常將氫儲運(yùn)技術(shù)分為氣態(tài)儲運(yùn)（高壓氣態(tài)、管道氫）、液態(tài)儲運(yùn)（低溫液態(tài)、有機(jī)液態(tài)）、固態(tài)儲運(yùn)，不同的儲運(yùn)方式具有不同特點(diǎn)及適應(yīng)性：

 

1）高壓氣氫儲運(yùn)運(yùn)營成本低、能耗相對小、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)用最普遍的儲運(yùn)方式，但對設(shè)備承壓要求高、單位體積儲氫密度低、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)模化、長距離輸送，是未來氫能大規(guī)模利用的必然發(fā)展趨勢。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）低溫液氫儲運(yùn)儲氫能量密度高、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，對儲氫裝置真空絕熱、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)液氫儲運(yùn)一般較為安全、高效、儲氫密度高、可循環(huán)性好，但對儲氫材料性能要求較高，是未來氫能儲運(yùn)的重要研究方向，但距離商業(yè)化較遠(yuǎn)。

 

 

2.1、氣態(tài)氫儲運(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)行儲存、運(yùn)輸，并且以高壓氣體的狀態(tài)儲存于特定容器中，儲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)氫能儲運(yùn)是目前工業(yè)中使用最普遍、最直接的氫能儲運(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。

儲氫容器向高壓化、輕量化發(fā)展

高壓氣態(tài)儲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 型瓶儲氫密度低、氫脆問題嚴(yán)重，難以滿足車用儲氫容器的要求。車用儲氫容器主要為 III 型瓶和 IV 型瓶。通過對比 I 型至 IV 型高壓儲氫瓶性能參數(shù)及特點(diǎn)，高壓儲氫容器發(fā)展本質(zhì)是通過改變結(jié)構(gòu)及材料，提升儲氫工作壓力來提高質(zhì)量儲氫密度。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)輸距離相對較短，因此多采用長管拖車 運(yùn)輸；管道運(yùn)輸?shù)膲毫ο鄬^低，一般為 1~4MPa，具有輸氫量大、能耗小和成本低 等優(yōu)勢，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。

未來長管拖車氫儲運(yùn)成本降低可通過提高儲氫壓力及生產(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。

未來長管拖氫儲運(yùn)成本下降的有效路徑是：一方面可通過提高儲氫壓力，實(shí)現(xiàn)儲氫密度和運(yùn)輸效率都更高的氫氣儲運(yùn)方式；另一方面，未來氫氣氣態(tài)儲運(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)儲氫容器需求量從 10 增加到 100 個時(shí)，儲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)谋厝悔厔荩?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)模化、長遠(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)模化及大面積區(qū)域輻射，管道輸運(yùn)是未來發(fā)展的必然趨勢。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)模化、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)氫儲運(yùn)：儲氫密度高，適合跨洋及長周期存儲運(yùn)輸

氫能的液態(tài)儲運(yùn)是指將氫能從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)進(jìn)行儲運(yùn)的技術(shù)。按照轉(zhuǎn)化技術(shù)的不同，液態(tài)儲運(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，儲存于低溫絕熱液氫罐進(jìn)行儲運(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)儲運(yùn)、氨-氫儲運(yùn)、甲醇-氫。

（1）低溫液態(tài)氫儲運(yùn)

低溫液態(tài)氫儲運(yùn)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(dá)到 70.8kg/m3，是標(biāo)況下氫氣密度 0.083kg/m3 的近 850 倍， 單臺液氫運(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氫技術(shù)的規(guī)模化應(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)氫儲運(yùn)

有機(jī)液體儲氫技術(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)液體儲氫優(yōu)勢在于：加氫后的有機(jī)氫化物性能穩(wěn)定，安全性高，可常溫常壓 儲存，儲存方式與石油相似，質(zhì)量儲氫密度高，可達(dá) 5.0-7.2%/wt。其劣勢在于：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)液體儲氫的公司僅為少數(shù)，全球從事有機(jī)液體儲氫的公司主要包括： 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-氫儲運(yùn)

液氨儲氫技術(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。

液氨儲氫優(yōu)勢在于：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；液氨儲氫中體積儲氫密度相對液氫可高 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；液氨除了儲氫也可以直接作為燃料燃燒，其燃燒產(chǎn)物為氮?dú)夂退瑹o對環(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。其劣勢在于：有腐蝕性、易揮發(fā)，有強(qiáng)烈氣味，有毒性；其對燃料電池也有毒性，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。

（4）甲醇-氫儲運(yùn)

甲醇儲氫技術(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。

甲醇儲氫優(yōu)勢在于：儲氫密度高，其理論質(zhì)量儲氫密度高達(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；甲醇的儲存條件為常溫常壓，且沒有刺激性氣味，存儲條件緩和于 LOHC 及液氨。其劣勢在于：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)犭姀S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規(guī)模化太陽燃料合成示范項(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)性將會有很高的改善。

2.3、固態(tài)氫儲運(yùn)：儲氫壓力低、安全性好，但距離商業(yè)化較遠(yuǎn)

固態(tài)儲氫是以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料作為儲氫載體，通過化學(xué)吸附和物理吸附實(shí)現(xiàn)氫的存儲，固態(tài)儲氫的儲氫壓力低、安全性好、放氫純度高，體積儲氫密度高于液氫；劣勢是儲氫合金材料的重量儲氫率較低，目前主流金屬儲氫材料重量儲氫率低于 3.8wt%，重量儲氫率大于 7wt%的輕質(zhì)儲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。

成本的差異性決定各儲運(yùn)方式出現(xiàn)在氫能不同發(fā)展階段通過對氫能氣、液、固三種形態(tài)儲運(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、高安全儲氫將成為現(xiàn)實(shí)，管道輸氫將被實(shí)現(xiàn)。

 

為此，我們針對這三種氫儲運(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，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，長管拖車運(yùn)氫一般適用于 200km 內(nèi)的短距離運(yùn)輸。

3.2 、低溫液氫成本變動對距離不敏感，長距離下更具優(yōu)勢

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對距離不敏感，長距離下更具優(yōu)勢。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。

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。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固定的，管道運(yùn)氫成本增長的驅(qū)動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：

通過上述對三種主流氫儲運(yùn)方式的運(yùn)輸成本對比，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。但結(jié)合實(shí)際氫運(yùn)量，以及各儲運(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)勢將會顯現(xiàn)，并成為中長運(yùn)距氫儲運(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)模化，且趨于穩(wěn)定，屆時(shí)管道輸氫綜合優(yōu)勢將成為長距離氫運(yùn)輸最佳選擇。

4、氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展推動儲運(yùn)關(guān)鍵設(shè)備及材料需求快速增長

 

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，相對應(yīng)的氫能儲運(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、定量角度對氫能主流儲運(yùn)方式做對比，高壓氣態(tài)儲運(yùn)更適合當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈需求，與之對應(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，低溫液氫儲運(yùn)設(shè)備將逐步增多。由于管道氫發(fā)展 基于成熟規(guī)模化氫能產(chǎn)業(yè)，因此管道氫建設(shè)周期較為滯后，相對應(yīng)的設(shè)備及材料中短期內(nèi)難有機(jī)會，本章節(jié)也將不對其做分析。

 

4.1、車載儲氫瓶商業(yè)化程度高，將率先受益氫能車規(guī)模提升

 

車載高壓儲氫瓶是目前眾多儲氫承壓設(shè)備中，技術(shù)相對成熟，已經(jīng)具備商業(yè)化程度的一種儲氫設(shè)備。我們認(rèn)為車載高壓儲氫瓶在未來十年將迎來快速發(fā)展期。

 

儲氫承壓設(shè)備可根據(jù)氫的狀態(tài)分為氣態(tài)儲氫設(shè)備，液態(tài)儲氫設(shè)備，固態(tài)儲氫設(shè)備；1）氣態(tài)儲運(yùn)設(shè)備：主要用于儲存高壓氫氣，包括固定式儲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)是體積儲氫密度較低，并且需要高壓力儲存，以增大儲氫密度。目前，氣態(tài)儲氫設(shè)備技術(shù)相對成熟，市場需求的主流儲氫方式；2）液態(tài)儲氫設(shè)備：主要用于儲存液氫，包括固定式液氫儲罐和液氫瓶的優(yōu)點(diǎn)是儲氫密度高，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)儲氫容器：固態(tài)儲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存與固體材料中，優(yōu)點(diǎn)是儲氫壓力較低、體積儲氫密度高、可純化氫氣；缺點(diǎn)是質(zhì)量儲氫密度低、充放氫需要熱交換。我國固態(tài)儲氫容器已在通訊基站、加氫站有應(yīng)用。

 

 

國內(nèi)車載儲氫瓶仍以 35MPa III 型為主，趨勢向大容積 IV 型發(fā)展

 

就儲氫罐市場結(jié)構(gòu)而言，目前我國車載儲氫方式大多為 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 儲氫瓶出貨量為 1203 只，占比僅為 4%。但目前 70 MPa 車載儲氫瓶出貨多屬于項(xiàng)目型，短期較難有大規(guī)模市場增長。

 

在車載儲氫系統(tǒng)輕量化、低成本化和低重容比的行業(yè)趨勢下，IV 型對 III 型儲氫瓶的替代大勢所趨。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，從儲氫瓶的容積來看，2019 年，國內(nèi)市場 35MPa 儲氫瓶市場多為 140L 的儲氫瓶，其市場占比超 80%。2020 年國內(nèi)儲氫瓶市場表現(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 大容積車載儲氫瓶，更有部分企業(yè)計(jì)劃推出 400L 以上車載儲氫瓶，整體趨勢向大容積方向發(fā)展。

 

降低碳纖維應(yīng)用成本是儲氫瓶降本的關(guān)鍵

 

根據(jù)DOE及中科院寧波材料所測算，對于儲氫質(zhì)量均為5.6kg的35MPa、70MPa 高壓儲氫 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)用成本是儲氫瓶降本的關(guān)鍵。

 

預(yù)計(jì)到 2030 年儲氫系統(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%；儲氫瓶中核心材料碳纖維的用量也將伴隨氣瓶數(shù)量及儲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、儲運(yùn)量提升帶動氣體凈化、壓縮等處理設(shè)備需求

 

儲運(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罱K加注到應(yīng)用端，需對氫氣進(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)侥康牡睾螅b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、低壓儲氫罐中分級存儲，最后加氫機(jī)按照長管拖車、低壓、中壓、高壓儲氫罐的順序先后取出氫氣對燃料電池車進(jìn)行加注。同樣的，低溫液態(tài)氫、管道氣態(tài)氫儲運(yùn) 也需要對氫氣做相應(yīng)處理。

 

氫氣凈化提純

 

各氫能應(yīng)用場景對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氣體混合物的選擇性吸附以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)氫儲運(yùn)的氫能發(fā)展初級階段，氫氣壓縮機(jī)是我國氫能儲運(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)獾囊夯哪軆H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。

5 、投資分析

 

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)儲運(yùn)技術(shù)成熟，商業(yè)化程度高，其中車載儲氫 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)模化的氫能儲運(yùn)通常伴隨大量的氣體處理需求，包括壓縮、凈化等。