氫能儲(chǔ)運(yùn)是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要一環(huán)。由于氫氣密度非常小，單車氫氣運(yùn)輸量少，導(dǎo)致運(yùn)輸效率低、成本高，其成本占?xì)錃饪偝杀镜?0%-40%。
以目前市面上主要的商用運(yùn)輸手段——高壓氣態(tài)運(yùn)輸為例，20MPa的氫氣運(yùn)輸車整車+氫氣重量接近40噸左右，但實(shí)際有效的氫氣運(yùn)輸量?jī)H300多公斤，占整車重量的不足1%。
隨著產(chǎn)業(yè)鏈降本訴求不斷提升，儲(chǔ)運(yùn)成為氫能降本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。第一財(cái)經(jīng)采訪調(diào)研獲悉，氫能儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)正通過建設(shè)制加氫一體站、提升儲(chǔ)氫壓力、拓展運(yùn)輸方式等多路徑尋求降本，有望率先受益于氫能市場(chǎng)整體放量增長(zhǎng)。
降本路徑一之建站：取消氫氣運(yùn)輸環(huán)節(jié)
2023年6月，上海、廣東先后推出制加氫一體站建設(shè)相關(guān)支持政策。
上海市經(jīng)濟(jì)信息化委智能制造推進(jìn)處處長(zhǎng)韓大東在2023長(zhǎng)三角燃料電池產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨燃料電池產(chǎn)融對(duì)接路演會(huì)上表示，上海正推動(dòng)臨港、嘉定等重點(diǎn)區(qū)域開展加氫站現(xiàn)場(chǎng)制氫試點(diǎn)；廣東省住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳、發(fā)展改革委等12部門共同印發(fā)《廣東省燃料電池汽車加氫站建設(shè)管理暫行辦法》，允許在非化工園區(qū)建設(shè)制氫加氫一體站。
這一方式直接消除氫氣的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，有助于降低氫氣在交通應(yīng)用領(lǐng)域的成本問題。
此前在2023年3月，據(jù)三一集團(tuán)官微消息，其旗下三一氫能有限公司與廣泰氫能科技近日簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，將在上海修建首座2000KG級(jí)加氫站。這是三一加氫站整體解決方案的首次商業(yè)化落地。
2023年4月，昇輝科技在互動(dòng)平臺(tái)表示，公司近期正籌劃自建制氫加氫一體站。
2023年6月，江蘇國富氫能技術(shù)裝備股份有限公司與BroadenEnergy共同中標(biāo)了阿布扎比國家石油公司建立的中東第一座制氫加氫一體站。
降本路徑二之儲(chǔ)存：三種方式提升儲(chǔ)氫壓力
從生產(chǎn)到運(yùn)輸再到加氫站，氫氣儲(chǔ)存幾乎涉及氫能全產(chǎn)業(yè)鏈。若不考慮消除整個(gè)儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，還可通過提升存儲(chǔ)壓力提高儲(chǔ)運(yùn)效率、降低成本。
目前，氫氣儲(chǔ)存的方式主要有三種，分別是氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫。
上海氫楓能源技術(shù)有限公司首席技術(shù)官宣鋒在2023國際氫能與燃料電池汽車大會(huì)暨展覽會(huì)上表示，三種方式各有特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，但也存在一定局限性，最重要的是在合適的場(chǎng)景找到合適的儲(chǔ)運(yùn)氫方式。
綜合來看，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫在中短期內(nèi)仍將是主流方案，未來低溫液態(tài)儲(chǔ)氫及固態(tài)儲(chǔ)氫有望逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
1.氣態(tài)儲(chǔ)氫：高壓儲(chǔ)氫瓶亟待迭代升級(jí)
高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是通過高壓壓縮的方式存儲(chǔ)氣態(tài)氫，技術(shù)相對(duì)成熟，是目前應(yīng)用最多的儲(chǔ)氫方式。由于氣態(tài)氫密度低，在同等體積下，可通過增加儲(chǔ)氫瓶壓力來增加儲(chǔ)氫量。
按材質(zhì)分，高壓儲(chǔ)氫瓶可分為I型純鋼制金屬瓶、II型鋼制內(nèi)膽纖維纏繞瓶、III型鋁制內(nèi)膽纖維纏繞瓶、IV型塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶。其中，IV型瓶通常為 70MPa，質(zhì)量最輕，適合車載，是國外主流技術(shù)路線。
從應(yīng)用領(lǐng)域來看，加氫站等固定式儲(chǔ)氫瓶多用I型、II型鋼制氫瓶；車用儲(chǔ)氫瓶方面，我國當(dāng)前主要采用35MPa的III型瓶，少量應(yīng)用70MPa III型瓶，美國Quantum(量子燃料系統(tǒng)公司)、通用汽車，日本豐田等海外企業(yè)則主要采用70MPa的IV型儲(chǔ)氫瓶；運(yùn)輸用儲(chǔ)氫瓶，我國多為20MPa的I型瓶，國外主流運(yùn)氫儲(chǔ)氫瓶已可達(dá)50MPa甚至更高。
運(yùn)輸用儲(chǔ)氫瓶從20MPa提升到30MPa、50MPa，長(zhǎng)管拖車載氫量可從300kg左右增至600kg左右、900kg左右。
近年來，國內(nèi)企業(yè)積極推進(jìn)儲(chǔ)氫容器的迭代升級(jí)。如中集安瑞科分別在2021年、2022年實(shí)現(xiàn)了30MPa氫氣管束式集裝箱的研發(fā)、上市銷售。此外，該公司還成功研發(fā)了99MPa、103MPa站用儲(chǔ)氫瓶組等產(chǎn)品，完成了52MPa的高壓氣體運(yùn)輸車的技術(shù)儲(chǔ)備。
2022年，中材科技完成20MPa鋼瓶集裝箱、30MPa復(fù)合瓶集裝箱運(yùn)氫產(chǎn)品開發(fā)和型式認(rèn)證，系統(tǒng)掌握70MPa加氫站用儲(chǔ)氫容器成套技術(shù)。
整體來看，我國IV型瓶工藝較海外仍落后，碳纖維材料、碳纖維纏繞設(shè)備與高壓罐體等加工設(shè)備高度依賴進(jìn)口，這使得現(xiàn)階段IV型瓶的成本優(yōu)勢(shì)不明顯。
就理論成本而言，在同等壓力條件下，由于IV型瓶用塑料內(nèi)膽代替了III型瓶的金屬內(nèi)膽，IV型瓶成本要低于III型瓶。以35Mpa儲(chǔ)氫瓶為例，Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶成本為2865美元，Ⅲ型儲(chǔ)氫瓶的3921美元，成本下降27%。但據(jù)佛吉亞氫能中國區(qū)商務(wù)總監(jiān)、研發(fā)經(jīng)理顧鵬洲稱，“核算后發(fā)現(xiàn)，IV型瓶成本目前似乎沒有那么大的優(yōu)勢(shì)”。
隨著設(shè)備材料逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化及規(guī)?；a(chǎn)，IV型瓶成本有望下降至III型瓶成本的0.6倍左右。另一氫能業(yè)內(nèi)人士在接受第一財(cái)經(jīng)采訪時(shí)則表示，預(yù)計(jì)IV型氫氣瓶在2025年之后將迎來全面爆發(fā)。
2.液態(tài)儲(chǔ)氫：成本偏高，大規(guī)模應(yīng)用仍需時(shí)間
除了升級(jí)高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫的儲(chǔ)氫瓶，還可通過轉(zhuǎn)變儲(chǔ)氫方式提升氫氣的儲(chǔ)氫量。
液態(tài)儲(chǔ)氫可分為低溫液態(tài)儲(chǔ)氫和有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫。其中，低溫液氫是將上游氫氣經(jīng)過液化廠低溫處理變成液態(tài)氫。相比于氣態(tài)儲(chǔ)氫，液氫的密度更高，是20MPa氫氣的5倍、35MPa氫氣的3倍、70MPa氫氣的1.8倍，適用于距離較遠(yuǎn)、運(yùn)輸量大的應(yīng)用場(chǎng)景。
但目前低溫液氫在遠(yuǎn)距離運(yùn)輸中的成本相對(duì)來說還比較高。
為了長(zhǎng)時(shí)間保持低溫狀態(tài)，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、嚴(yán)格的絕熱方案與冷卻設(shè)備，再加上氫氣液化工程中能耗較大，EVTank數(shù)據(jù)顯示，低溫液化儲(chǔ)氫的總成本為132元/KG，遠(yuǎn)高于20MPa高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫的74元/KG，目前主要應(yīng)用于軍事航天等對(duì)氫氣純度要求較高的領(lǐng)域。
上述業(yè)內(nèi)人士稱，現(xiàn)階段歐美國家在液氫全產(chǎn)業(yè)鏈，尤其是在零部件和核心材料方面處于領(lǐng)先地位。目前我國的液氫工廠每天最大液化能力僅幾噸，海外一些大型液氫工廠可達(dá)幾十噸。
因此，液氫在國內(nèi)的大規(guī)模推廣還有賴于液化工廠的建設(shè)推進(jìn)，運(yùn)輸、使用環(huán)節(jié)的改善也需要一定時(shí)間，此外還要長(zhǎng)期關(guān)注相關(guān)政策法規(guī)的突破。
“所以我們認(rèn)為當(dāng)前還是會(huì)以高壓氣氫儲(chǔ)運(yùn)路線為主，未來隨著綠氫大規(guī)模制取、氫氣消納問題凸顯，以及氫氣成本下降，液氫會(huì)迎來比較光明的未來。”上述業(yè)內(nèi)人士表示。
公司布局方面，2023年6月，中集安瑞科40英尺液氫罐箱成功下線；2022年，京城股份下屬子公司天海低溫裝備公司開展《車用1000L液氫儲(chǔ)氫系統(tǒng)、固定式液氫儲(chǔ)罐等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)品開發(fā)》項(xiàng)目，現(xiàn)已通過驗(yàn)收；中科富海聯(lián)合中科院理化所自2019年起先后投入300kg/D、1.5T/D、5T/D、10T/D成套氫氣液化裝置的開發(fā)，逐步實(shí)現(xiàn)成套裝備國產(chǎn)化。
3.固態(tài)儲(chǔ)氫：尚處于研發(fā)階段
固態(tài)儲(chǔ)氫是利用物理或化學(xué)吸附將氫氣儲(chǔ)存在固體材料之中，具有儲(chǔ)氫密度高、運(yùn)行壓力低、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。
目前固態(tài)儲(chǔ)氫中較為熱門的技術(shù)是利用金屬氫化物儲(chǔ)氫，單位體積的金屬可以儲(chǔ)存常溫常壓下近千體積的氫氣，以二氫化鎂為代表的固態(tài)儲(chǔ)氫體積密度為86kg/m3，甚至優(yōu)于低溫液態(tài)儲(chǔ)氫的71kg/m3。
上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心教授鄒建新表示，金屬氫化物材料在應(yīng)用過程中需要考慮四方面的內(nèi)容，一是如何設(shè)計(jì)出高容量、長(zhǎng)壽命的合金材料；二是材料設(shè)計(jì)出來后如何低成本的批量穩(wěn)定加工；三是如何設(shè)計(jì)裝載材料的罐體才能更好的發(fā)揮材料性能；四是如何和應(yīng)用場(chǎng)相結(jié)合。
由于固態(tài)儲(chǔ)氫的技術(shù)門檻較高，資金需求巨大，目前我國仍處于研發(fā)示范的早期階段。
氫楓能源與上海交通大學(xué)材料學(xué)院丁文江院士團(tuán)隊(duì)共同建立了氫儲(chǔ)(上海)能源科技有限公司。2022年4月，該公司在河南新鄉(xiāng)高新區(qū)鎂合金高密度儲(chǔ)氫技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的全球首條生產(chǎn)線建成投產(chǎn)測(cè)試。
厚普股份氫能裝備產(chǎn)業(yè)園一期項(xiàng)目包括低壓固態(tài)儲(chǔ)氫裝備項(xiàng)目——車載低壓固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)10000套、大型儲(chǔ)能場(chǎng)景儲(chǔ)氫系統(tǒng)5000套/年、小型儲(chǔ)氫系統(tǒng)8000套/年，預(yù)計(jì)2023年7月開工。
2023年5月，圣元環(huán)保在互動(dòng)平臺(tái)表示，公司的固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)將會(huì)在工程車、商用車和乘用車等交通領(lǐng)域以及應(yīng)急電源、分布式、集中式儲(chǔ)能等領(lǐng)域開發(fā)更多應(yīng)用場(chǎng)景。
降本路徑三之運(yùn)輸：著力提升氫氣運(yùn)輸量及運(yùn)輸距離
氫氣的運(yùn)輸是氫能發(fā)展道路上又一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在氫氣總成本中占比達(dá)到20%-30%。氫氣的運(yùn)輸方式主要由氫氣的儲(chǔ)存形式及運(yùn)輸距離決定，目前主要包括長(zhǎng)管拖車、氫氣管道、液氫槽車三種。
從儲(chǔ)運(yùn)綜合成本來看，高壓長(zhǎng)管車仍是短距離、小規(guī)模氫氣運(yùn)輸?shù)闹饕绞剑S著運(yùn)輸里程增加，管道運(yùn)輸、液氫槽車等方式的經(jīng)濟(jì)性逐步凸顯。
1.長(zhǎng)管拖車：高壓運(yùn)氫預(yù)計(jì)成主流
長(zhǎng)管拖車是目前氫氣運(yùn)輸?shù)闹饕绞剑梢灾苯舆\(yùn)輸?shù)郊幼⒄?，轉(zhuǎn)移步驟少，適合短距離、小規(guī)模的氫氣運(yùn)輸。
長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸量非常低，單車運(yùn)輸量在250~300公斤左右，鄒建新表示，這個(gè)運(yùn)輸能力對(duì)于當(dāng)前的示范應(yīng)用是夠的，但對(duì)于未來的大規(guī)模使用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
成本方面，氫源距離為100公里時(shí)，長(zhǎng)管拖車運(yùn)氫成本為7.79元/kg；氫源距離從50km增加到500km，運(yùn)氫成本從4.19元/kg增加到20.38元/kg。
成本主要源自油耗和人工。以20Mpa長(zhǎng)管拖車為例，人工費(fèi)用和油費(fèi)占總成本的比重到62.48%，50Mpa長(zhǎng)管拖車的人工費(fèi)用和油費(fèi)占總成本的54.98%。
“氫氣長(zhǎng)管拖車除了要看采購成本，另一個(gè)就是運(yùn)營成本。”上述業(yè)內(nèi)人士也稱，如果長(zhǎng)管拖車實(shí)現(xiàn)了更高壓力的運(yùn)輸，同樣的時(shí)間、人力成本下，可以大幅提升氫氣運(yùn)輸量，進(jìn)而降低運(yùn)營成本。
在運(yùn)輸距離為100km時(shí)，20Mpa、50MPa長(zhǎng)管拖車的運(yùn)氫成本分別為6.65元/kg、 3.19元/kg，高壓運(yùn)氫的成本優(yōu)勢(shì)明顯。
上述業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，未來30MPa長(zhǎng)管拖車會(huì)成為主流。隨著壓縮機(jī)、加注等上下游配套環(huán)節(jié)不斷升級(jí)，氫氣產(chǎn)業(yè)有望實(shí)現(xiàn)全生命周期的降本。
2.管道運(yùn)輸：技術(shù)獲得突破，成本有待下降
和長(zhǎng)管拖車相比，管道運(yùn)輸更適用于長(zhǎng)距離、大規(guī)模的高壓氣氫運(yùn)輸。
由于錳鋼、鎳鋼以及其它高強(qiáng)度鋼長(zhǎng)期暴露在氫氣中可能產(chǎn)生“氫脆”現(xiàn)象，再加上路權(quán)帶來的費(fèi)用，目前氫氣長(zhǎng)輸管道的造價(jià)約為63萬美元/公里，是天然氣管道造價(jià)的2.5倍。
為降低投資成本，研究人員嘗試?yán)矛F(xiàn)存天然氣管道輸送氫氣與天然氣混合氣，或?qū)⑻烊粴夤艿栏脑鞛闅錃夤艿馈?br />
但天然氣與氫氣物性存在不同，而且運(yùn)氫管道直徑和設(shè)計(jì)壓力均小于天然氣管道，因此天然氣管道對(duì)氫氣的適應(yīng)具有一定局限性。有研究表明，如果將摻混入天然氣的氫氣含量控制在15%~20%以內(nèi)，可以直接利用現(xiàn)有天然氣管道輸送。
有滬上新能源行業(yè)分析師對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示，由于后續(xù)牽扯到天然氣和氫氣分離，大規(guī)模利用天然氣管道輸送混合氣的概率可能不大；如果后續(xù)采用管道輸送氫氣的量足夠大，單獨(dú)建氫氣輸送管道的經(jīng)濟(jì)性好于混合運(yùn)輸。
從規(guī)模來看，目前我國輸氫管道規(guī)模較小，總里程約400公里，在用管道僅百公里左右，主要由中國石油、中國石化、國家電投等大型國企建設(shè)。其中，中國石化巴陵—長(zhǎng)嶺氫氣輸送管線，全長(zhǎng)42公里，是目前國內(nèi)已建成的最長(zhǎng)氫氣輸送管線。
根據(jù)《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書》測(cè)算，2030年我國氫氣管道總里程將達(dá)到3000公里。2023年4月，中國石化宣布，“西氫東送”輸氫管道示范工程已被納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》。“西氫東送”管道全長(zhǎng)400多公里，是我國首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長(zhǎng)距離的純氫輸送管道。
同時(shí)，我國也在積極推動(dòng)管道運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)進(jìn)步。2023年6月，在哈密國家管網(wǎng)集團(tuán)管道斷裂控制試驗(yàn)場(chǎng)，我國首次高壓力純氫管道試驗(yàn)取得成功，工作人員完成了6.3兆帕管道充氫測(cè)試和9.45兆帕管道爆破測(cè)試，各項(xiàng)結(jié)果均達(dá)到預(yù)期。
國家電投集團(tuán)氫能科技發(fā)展有限公司總經(jīng)濟(jì)師王勐對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示，管道鋪設(shè)本身障礙不大，現(xiàn)在中石油、中石化也判斷通過長(zhǎng)距離管道進(jìn)行高壓輸氫技術(shù)上是沒問題的，主要是規(guī)劃、商業(yè)等方面還需要多方合作。
3、液氫運(yùn)輸：尚未商用
液氫的密度達(dá)71g/L，65m3的液氫槽罐車每次可容納約4000kg的氫氣，是長(zhǎng)管拖車單次運(yùn)氫量的10倍以上。此外，與傳統(tǒng)壓縮氣氫加氫相比，使用液氫泵除了能耗更低外，還可以極大降低用地成本。
一套儲(chǔ)氫量在300-1000kg的高壓氫氣集束管需要占地60-80平方米，而一套儲(chǔ)氫量在400-6000kg的液氫儲(chǔ)罐僅占地10-30平方米。
然而，目前我國透平膨脹機(jī)、3000m3以上大型液氫儲(chǔ)罐、液氫泵等液氫關(guān)鍵設(shè)備仍依賴進(jìn)口，相關(guān)法律法規(guī)尚不完善，液氫運(yùn)輸審批困難，一定程度上限制了液氫罐車在民用領(lǐng)域的應(yīng)用，液氫在短期內(nèi)還無法成為運(yùn)氫的主要手段。
結(jié)語
整體來看，我國氫能儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱，仍有許多痛點(diǎn)，以央企為代表的市場(chǎng)參與者正在積極尋求突破。
“比如中石化、中石油已擁有天然氣罐子、管道的供應(yīng)商，有一定的基礎(chǔ)，且已具備危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸資格資質(zhì)等。”上述新能源行業(yè)分析師稱，民營企業(yè)也有資金和技術(shù)，但擁有安全資質(zhì)的企業(yè)才有資格參與氫氣儲(chǔ)運(yùn)。
未來，儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)的發(fā)展離不開整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的壯大。隨著產(chǎn)業(yè)鏈整體放量，氫能儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)的投資機(jī)會(huì)也將逐漸凸顯。
原標(biāo)題：成本占比高達(dá)40%，氫能儲(chǔ)運(yùn)多路徑降本，靜待產(chǎn)業(yè)鏈整體放量
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