儲氫專題 | 儲氫運(yùn)氫研究報(bào)告（中）

豆豆samuel 2024-10-31

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Shang Hai /

2023.12

2. 運(yùn)氫：與儲氫方式密不可分，方式多樣

氫氣的運(yùn)輸往往和氫氣的儲存狀態(tài)息息相關(guān)。根據(jù)氫氣運(yùn)輸時(shí)的狀態(tài)，我們可以將氫氣的運(yùn)輸方式分為三種：氣氫輸送、液氫輸送和固氫輸送。針對不同的氫氣狀態(tài)選用不同的運(yùn)輸手段。氣氫輸送：氣氫輸送往往采用長管托車和管道運(yùn)輸兩種。液氫輸送：液氫輸送采用液氫罐車或者專用液氫駁船運(yùn)輸，LOHC 可依托油品儲運(yùn)設(shè)施。固氫輸送：通過金屬氫化物存儲的氫氣可以采取更加豐富的運(yùn)輸手段，駁船、大型槽車等運(yùn)輸工具均可以用以運(yùn)輸固態(tài)氫。

運(yùn)量和運(yùn)距決定儲運(yùn)的方式。各種儲運(yùn)方式都有自己的特點(diǎn)。我們認(rèn)為，在當(dāng)下氫能產(chǎn)業(yè)仍處初期發(fā)展階段，對于大規(guī)模、長距離運(yùn)氫的需求不大，高壓氣態(tài)運(yùn)氫最具性價(jià)比。但隨著氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，下游應(yīng)用場景逐漸豐富，對于大規(guī)模、長距離運(yùn)氫的需求將逐漸增加，此時(shí)液氫輸送的優(yōu)勢將會顯現(xiàn)，并成為主流方式。在氫能發(fā)展的最終階段，各類儲氫技術(shù)將更為成熟，我們認(rèn)為將會形成多種氫儲運(yùn)路徑并行的局面。

2.1 氣氫輸送：高壓氣氫運(yùn)輸與管網(wǎng)運(yùn)輸將成為未來短距離與長距離運(yùn)輸?shù)闹饕緩?/span>

高壓氣氫拖車是當(dāng)下氫氣短距離運(yùn)輸的主要途徑。從我國當(dāng)下氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r來看，氫氣的短距離異地運(yùn)輸主要通過集裝管束運(yùn)輸車進(jìn)行。例如，化工富余氫氣經(jīng)過脫水、脫氧等凈化流程后，經(jīng)過氫壓縮機(jī)壓縮至 20MPa，由裝氣柱充裝入集裝管束運(yùn)輸車。經(jīng)運(yùn)輸車運(yùn)至目的地后，通過高壓卸車膠管把集裝管束運(yùn)輸車和卸氣柱相連接，卸氣柱和調(diào)壓站相連接，20MPa的氫氣由調(diào)壓站減壓至 0.6MPa 并入氫氣管網(wǎng)使用。在加氫站日需求 500kg的情況下，高壓氣氫拖車運(yùn)輸節(jié)省了成本與管道建設(shè)前期投資成本，在一定儲運(yùn)距離以內(nèi)經(jīng)濟(jì)性最高。高壓儲氫容器自重大，氫氣的密度又很小，裝運(yùn)的氫氣質(zhì)量只占總運(yùn)輸質(zhì)量的1%～2%左右，因此氣態(tài)氫的拖車運(yùn)輸僅適用于將制氫廠的氫氣輸送到距離不太遠(yuǎn)，同時(shí)需用氫氣量不太大的用戶。

輕量化、高壓力是未來高壓氣氫拖車的發(fā)展方向。我國當(dāng)下用于高壓氣氫拖車運(yùn)輸?shù)?運(yùn)輸氣瓶主要以工作壓力 20MPa的純鋼制 I 型瓶為主，單車運(yùn)輸氫氣約 380kg。與國外領(lǐng) 先技術(shù)仍有一定差距，國外采用 45MPa 纖維全纏繞高壓氫瓶長管托車運(yùn)氫，單車運(yùn)輸氫氣可達(dá) 700kg。為了提高運(yùn)輸效率和適應(yīng) 70MPa 壓力等級加氫站的建設(shè)需求，我們認(rèn)為高壓氣氫拖車未來將繼續(xù)向輕量化、高壓力方向發(fā)展。

管道輸送是最經(jīng)濟(jì)、最節(jié)能的大規(guī)模長距離輸送氫氣的方式。管道運(yùn)輸壓力一般為 1.0～4.0MPa，輸氫量大、能耗低，但是建造管道一次性投資較大。在管道運(yùn)輸發(fā)展初期，可以積極探索摻氫天然氣方式。據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書 2019》披露，截至 2019 年，美國已有 2500 公里的輸氫管道，歐洲已有 1598 公里的輸氫管道，我國則僅有 100 公里的輸氫管道。2021 年 6 月，中國石油天然氣管道工程有限公司中標(biāo)河北定州至高碑店氫氣長輸管道可行性研究項(xiàng)目，管道全長約 145 公里，設(shè)計(jì)輸氫量 10 萬噸/年，是國內(nèi)目前規(guī)劃建設(shè)的最長氫氣管道。

氫-天然氣混合氣的管網(wǎng)運(yùn)輸。研究表明，使用已有管網(wǎng)輸送氫氣是低成本長距離輸送大量氫氣的優(yōu)選方法之一。直接把天然氣管網(wǎng)變成氫-天然氣混合氣（含氫量約 15%），僅需對原有管網(wǎng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑旒纯?。但是，如果要進(jìn)行純氫輸送，則需要對天然氣管網(wǎng)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的改造，包括材料和重要部件的更換、安全性措施升級等。利用天然氣管網(wǎng)輸送天然氣混合氣和升級改造天然氣管網(wǎng)來輸送純氫，這兩個(gè)方面的技術(shù)分析和研發(fā)工作也是美國能源部氫能發(fā)展計(jì)劃中的主要內(nèi)容。

2.2 液氫輸送：液氫槽車運(yùn)輸及 LOHC 運(yùn)輸將成中期大規(guī)模、長距離運(yùn)輸主要途徑

液氫槽車運(yùn)輸適合運(yùn)距較遠(yuǎn)，運(yùn)量較大的場景。液氫的運(yùn)輸、儲存容器需使用特殊合金和碳纖維增強(qiáng)樹脂等，而且還必須使用應(yīng)對自然蒸發(fā)的液態(tài)氫用浸液泵和高隔熱容器等特殊設(shè)備和技術(shù)。制氫廠制得的氫氣，經(jīng)過液化后，可方便地進(jìn)行公路運(yùn)輸，到達(dá)加氫站后可直接給液氫用戶加氫，或者通過氣化、加壓后給高壓氫罐用戶加氫。槽車是液氫車運(yùn)的關(guān)鍵設(shè)備，常用水平放置的圓筒形低溫絕熱槽罐。汽車用液氫儲罐其存儲液氫的容量可以達(dá)到 100m3，鐵路用特殊大容量的槽車甚至可運(yùn)輸 120~200m3 的液氫。液氫存儲密度和損失率與儲氫罐的容積有較大關(guān)系，大儲氫罐的儲氫效果要比小儲氫罐好。

液氫槽車輸送在我國發(fā)展將成必然。液氫當(dāng)下痛點(diǎn)問題在于短距離運(yùn)輸成本較高，現(xiàn)有技術(shù)條件下，液化過程的能耗和固定投資較大，液化過程的成本占整個(gè)液氫儲運(yùn)環(huán)節(jié)的 90%以上，而這也造就了液氫運(yùn)輸成本對于距離不敏感。未來，由于液化設(shè)備的規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)升級，液化能耗和設(shè)備成本還有較大的下降空間。鴻達(dá)興業(yè)在內(nèi)蒙古自治區(qū)投資建設(shè)我國首個(gè)規(guī)?；拿裼靡簹漤?xiàng)目，年產(chǎn) 3 萬噸液氫。此外，國富氫能、嘉化能源、中科富海等多家企業(yè)也在積極拓展液氫市場，疊加 2021 年出臺的三項(xiàng)關(guān)于液氫的國家標(biāo)準(zhǔn)為液氫的發(fā)展提供了政策導(dǎo)向，民用液氫規(guī)?；厔菀殉杀厝弧?020 年 12 月，鴻達(dá)興業(yè)完成全國首車長距離民用液氫運(yùn)輸，其自主生產(chǎn)的液氫跨越 2500 多公里，是國內(nèi)液氫長距離運(yùn)輸?shù)闹匾锍瘫?/span>

液氫駁船運(yùn)輸適用于跨國運(yùn)氫。液氫還可使用駁船運(yùn)輸，這和運(yùn)輸液化石油氣相似，不過需要更好的絕熱材料，使液氫在長距離運(yùn)輸過程中保持液態(tài)，駁船上裝載容量很大的存儲液氫的容器。用于船運(yùn)的液氫儲罐容積可達(dá) 1000m3 以上，且無需經(jīng)過人口密集區(qū)域，相較于陸運(yùn)更加安全、經(jīng)濟(jì)。日本川崎重工建造的全球首艘液氫運(yùn)輸船“SUISO FRONTIER “于 2021 年 5 月 24 日在神戶市面向媒體公開，12 月 24 日開啟首航，從日本駛往澳大利亞，提取第一批貨物，船上搭載了川崎重工播磨工廠制造的氫氣儲罐，這種長25米、高16米的橢圓形儲罐能夠儲存 1250m3 的液氫。

液氫駁船運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展將由未來當(dāng)?shù)刂茪涑杀镜母叩蜎Q定。采用液氫駁船運(yùn)輸?shù)臍錃馔沁M(jìn)口的，這部分船舶進(jìn)口的氫能源將與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的氫能源直接競爭，當(dāng)?shù)氐闹茪涑杀?水平及其降本潛力將成決定性因素。就液氫駁船運(yùn)輸較為領(lǐng)先的日本而言，未來液氫駁船運(yùn)輸將搶占日本近半氫氣運(yùn)輸市場。日本政府提出，到 2050 年日本的氫氣用量大約為 2 千萬噸，約為 2020 年的 5000 倍。川崎重工表示，計(jì)劃在 2050 年，用 80 艘船舶運(yùn)輸日本國內(nèi)所需 2 千萬噸氫氣中的 900 萬噸。川崎重工將斥資 5.78 億美元建造全球首艘大型液化氫運(yùn)輸船，改傳將配備 4 個(gè)可分別儲存 4 萬 m3 液化氫的儲罐，預(yù)計(jì) 2026 年完工。

液體有機(jī)氫（LOHC）輸送可依托已有的油品儲運(yùn)設(shè)施，有望在大規(guī)模儲運(yùn)氫方面擔(dān)任重要角色。氫氣的大規(guī)模運(yùn)輸除了利用管道運(yùn)輸，還可利用 LOHC 的方式，依托已有的管道、儲罐、接卸設(shè)施、槽車、火車罐車、油船等油品儲運(yùn)設(shè)施實(shí)現(xiàn)大宗的儲存和運(yùn)輸。新建氫氣管道需要大量的前期投入成本，利用已有天然氣管道摻氫的方式運(yùn)輸，到達(dá)目的地后，還需分離氫氣，實(shí)施的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性較大。我們認(rèn)為在氫氣輸送管網(wǎng)尚未廣泛建設(shè)之前，LOHC 輸送有望在大規(guī)模儲運(yùn)氫方面擔(dān)任重要角色。

2.3 固氫輸送：仍處試驗(yàn)階段、未來有望豐富短距離運(yùn)氫途徑

固氫輸送仍處研究階段，未來有望豐富短距離運(yùn)氫途徑。固態(tài)氫的運(yùn)輸是指用固體儲氫材料通過物理、化學(xué)吸附或形成氫化物儲存氫氣，目前最具實(shí)用化價(jià)值的是使用儲氫合金儲存氫氣，然后運(yùn)輸裝有儲氫材料的容器。輕質(zhì)儲氫材料（如鎂基儲氫材料）兼具高的體積儲氫密度和重量儲氫率，作為運(yùn)氫裝置具有較大潛力。將低壓高密度固態(tài)儲罐僅作為隨車輸氫容器使用，加熱介質(zhì)和裝置固定放置于充氫和用氫現(xiàn)場，可以實(shí)現(xiàn)氫的快速充裝及其高密度高安全輸運(yùn)，提高單車運(yùn)氫量和運(yùn)氫安全性。但是由于儲氫合金價(jià)格高（通常幾十萬元/噸），放氫速度慢，還需要加熱，并且儲氫合金本身很重，長距離運(yùn)輸不具備經(jīng)濟(jì)性。目前尚未有固態(tài)氫氣運(yùn)輸?shù)陌咐?，各類儲氫材料大都處于研究階段。我們認(rèn)為在未來固氫運(yùn)輸有望成為一種短距離氫氣運(yùn)輸?shù)耐緩健?/span>

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來源：鈺湖資本

編輯：FAN | 審核：HOHO

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來自：豆豆samuel > 《氫能》

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