氫氣儲(chǔ)運(yùn)方式及成本分析

氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)為目前主流方式，儲(chǔ)氫瓶部件仍有較大國產(chǎn)替代空間。

1.氫存儲(chǔ)：III 型、IV 型氣態(tài)儲(chǔ)氫瓶應(yīng)用較廣，核心部件依賴進(jìn)口致成本較高

氫氣存儲(chǔ)主要包括氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫等方式，目前氣態(tài)儲(chǔ)氫由于現(xiàn)階段技 術(shù)最為成熟，是現(xiàn)階段主要儲(chǔ)氫方式。

氣態(tài)儲(chǔ)氫：高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫的工作原理為通過高壓將氫氣壓縮，以高密度氣態(tài)形式儲(chǔ) 存，是現(xiàn)階段發(fā)展最成熟的儲(chǔ)氫技術(shù)。高壓儲(chǔ)氫瓶為氣氫儲(chǔ)運(yùn)關(guān)鍵一環(huán)，儲(chǔ)罐材質(zhì) 影響儲(chǔ)氫密度，進(jìn)而影響儲(chǔ)氫規(guī)模和能耗水平。目前氣態(tài)儲(chǔ)氫多采用 20MPa 鋼制儲(chǔ) 氫瓶儲(chǔ)存，并通過長管拖車運(yùn)輸，具有初始投資成本低、能耗低等特點(diǎn)，但由于儲(chǔ) 罐運(yùn)輸規(guī)模較小，該方式僅適用于短距離及小規(guī)模運(yùn)輸。

液態(tài)儲(chǔ)氫：低溫液態(tài)儲(chǔ)氫的工作原理為通過高壓、低溫（-253℃）條件將氫氣液化， 常溫常壓下液氫體積密度為氣態(tài)時(shí)的 845 倍。相較于氣態(tài)儲(chǔ)氫，液態(tài)儲(chǔ)氫儲(chǔ)運(yùn)效率 更高，適用于大規(guī)模、遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，但初始投資成本較高（液化裝備投入較大）且 能耗較高。目前液態(tài)儲(chǔ)氫在海外應(yīng)用較多，國內(nèi)主要用于航空等高端領(lǐng)域。

固態(tài)儲(chǔ)氫：固態(tài)儲(chǔ)氫的工作原理為物理吸附（活性炭、碳納米管等）或化學(xué)氫化物 （鎂系、鐵系儲(chǔ)氫合金等金屬氫化物可逆吸放）儲(chǔ)氫。目前鎂基儲(chǔ)氫為最具發(fā)展?jié)?力的固態(tài)儲(chǔ)氫材料之一。固態(tài)儲(chǔ)氫儲(chǔ)氫密度高、安全性優(yōu)且氫氣純度高，但充放氫 環(huán)節(jié)成本高（需熱交換）。現(xiàn)階段固態(tài)儲(chǔ)氫產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較慢，主要系 1）現(xiàn)階段固態(tài) 儲(chǔ)氫材料存在重量儲(chǔ)氫率偏低（eg.可逆儲(chǔ)氫容量最高的 TiV 固溶體材料只有 2.6 wt%）或吸放氫溫度高、循環(huán)性能差等問題（導(dǎo)致使用壽命短，影響經(jīng)濟(jì)性）；2） 固態(tài)儲(chǔ)氫多處于示范應(yīng)用階段，儲(chǔ)氫材料多處于實(shí)驗(yàn)室或中試階段，制造批量小， 成品率偏低，承壓容器和閥門管道等配件加工成本高，致固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的成本偏高。

燃料電池汽車儲(chǔ)氫瓶大多使用碳纖維材料的 III 型、IV 型儲(chǔ)氫瓶。車用氣瓶主要分為四 種類型，燃料電池汽車儲(chǔ)氫瓶大多使用 III 型、IV 型兩種型號(hào)。I 型瓶由金屬鋼組成；II 型瓶以金屬材質(zhì)為主，外層纏繞玻璃纖維復(fù)合材料；III 型、IV 型瓶主要基于碳纖維增強(qiáng) 塑料材料，前者內(nèi)膽為金屬，后者內(nèi)膽為塑料，氣瓶質(zhì)量輕、單位質(zhì)量儲(chǔ)氫密度較高， 外部通過碳纖維增強(qiáng)塑料纏繞加工而成。目前國內(nèi)主流的車載儲(chǔ)氫瓶仍為 35MPa III 型 瓶，儲(chǔ)氫瓶核心材料及零部件如碳纖維、瓶口閥、減壓閥等主要依賴進(jìn)口，成本較高。

2.氫運(yùn)輸：長管拖車適用于中短距離運(yùn)輸，管道運(yùn)氫步入發(fā)展新階段

主流氫氣運(yùn)輸主要包括長管拖車和管道輸氫兩種方式。針對(duì)于中短距離運(yùn)輸，氣氫拖車 方式因節(jié)省了液化成本與前期管道建設(shè)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)性較高，當(dāng)用氫規(guī)模擴(kuò)大，運(yùn)輸距離 增大后，采用液氫槽車、輸氫管道等方案經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)明顯。液氫槽車運(yùn)輸方式相較于 20MPa 氣氫拖車，可使單車運(yùn)輸量提升 9 倍，充卸載時(shí)間減少 1 倍。

氣氫儲(chǔ)運(yùn)成本隨運(yùn)輸距離增加而上升，同等運(yùn)輸距離下大壓力儲(chǔ)氫成本優(yōu)勢(shì)顯著。據(jù)《氫 能供應(yīng)鏈成本分析》（作者為張軒等），該文件中以長管拖車為例測(cè)算運(yùn)氫成本，假設(shè)① 長管拖車滿載氫氣質(zhì)量 350kg（20MPa）/1200kg（50MPa），管束中氫氣殘余率 20%； ②氫源距離加氫站 100km，加氫站用氫量 500kg/天；③拖車百公里耗油量 25L，柴油價(jià) 格 6.5CNY/L；④拖車車頭和管束 70 萬元，10 年直線法折舊；⑤每車配司機(jī)及裝卸操作 員各 1 人，人員及車險(xiǎn)費(fèi)用 11 萬元/年，車保養(yǎng)及過路費(fèi)合計(jì)約 1 元/km；⑥每次氫氣 壓縮過程耗電 1kWh/kg，電價(jià) 0.6 元/kWh；⑦運(yùn)氫毛利 15%。當(dāng)運(yùn)輸距離為 50km 時(shí)，氫氣的運(yùn)輸成本為 4.90 元/kg；距離為 500km 時(shí)運(yùn)輸成本近 21.75 元/kg，運(yùn)輸成 本隨運(yùn)輸距離的增加而上升。另一方面，大壓力條件下的成本優(yōu)勢(shì)隨運(yùn)輸距離增加分化 明顯，當(dāng)運(yùn)輸距離為 200km 時(shí)，50MPa 較 20MPa 運(yùn)氫成本低約 5.54 元/kg。我們 判斷，未來大壓力值的鋼瓶儲(chǔ)氫瓶為未來高壓氣氫儲(chǔ)運(yùn)的發(fā)展方向。

國內(nèi)氫氣長距離輸送管道進(jìn)入發(fā)展新階段，管道運(yùn)氫成本僅同距離氣氫拖車 1/5。2023 年 4 月 10 日，中石化宣布“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》。國內(nèi)氫氣長距離輸送管道進(jìn)入新發(fā)展階段。管道起終點(diǎn)為內(nèi)蒙 烏蘭察布-北京燕山石化，全長 400 多公里，一期運(yùn)力 10 萬噸/年，預(yù)留 50 萬噸/年的遠(yuǎn) 期提升潛力。管道建成后，將用于替代京津冀現(xiàn)有化石能源制氫及交通用氫。相較于長 管拖車，管道更適用于大范圍、長距離運(yùn)輸氫氣。據(jù)中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書，100km 管道運(yùn)氫成本約 1.2 元/kg，為同等距離下氣氫拖車成本的 1/5；距離達(dá) 500km 時(shí)，管道 運(yùn)氫成本約 3.02 元/kg，為同等距離氣氫拖車成本（20 元/kg）的 1/6。