氣態(tài)氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)市場(chǎng)分析

氣態(tài)氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)市場(chǎng)分析氫氣儲(chǔ)運(yùn)具備必要性儲(chǔ)運(yùn)可解決氫氣供需錯(cuò)配制氫成本差異創(chuàng)造氫氣貿(mào)易空間：氫能儲(chǔ)運(yùn)分為儲(chǔ)氫、運(yùn)氫兩個(gè)環(huán)節(jié)，是連接上游制氫和下游用氫的橋梁，是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。綠電制氫是重要的氫氣來(lái)源，風(fēng)光資源較好的地區(qū)新能源發(fā)電成本更低，因此制氫成本更低，適合作為氫氣出口方。根據(jù)氫能聯(lián)盟預(yù)測(cè)，到2050年，智利、中國(guó)等風(fēng)光資源較好的地區(qū)，制氫成本可降低至1美元/kg，而日本、韓國(guó)等地制氫成本或達(dá)到4美元/kg。不同地區(qū)的制氫成本差異，為氫氣貿(mào)易、氫氣儲(chǔ)運(yùn)創(chuàng)造良好的發(fā)展空間。我國(guó)氫氣供需存在錯(cuò)配：目前我國(guó)綠氫示范項(xiàng)目多位于西部地區(qū)，全球最大的光伏綠氫生產(chǎn)項(xiàng)目——中石化庫(kù)車年產(chǎn)2萬(wàn)噸綠氫項(xiàng)目位于新疆；年產(chǎn)綠氫約1萬(wàn)噸的三峽準(zhǔn)格爾旗納日松光伏制氫項(xiàng)目位于內(nèi)蒙古。同時(shí)，東部地區(qū)具備大量氫氣需求，以交通領(lǐng)域?yàn)槔?，我?guó)燃料電池汽車5大示范城市群分別為北京、上海、廣東、河南、河北，大部分地區(qū)位于東部省份。雖然我國(guó)西部地區(qū)風(fēng)、光資源優(yōu)渥，具備低成本、大規(guī)模制取綠氫條件，但東部地區(qū)氫氣需求量相對(duì)更大。我們認(rèn)為，隨著西部制氫項(xiàng)目建設(shè)速度加快，氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)發(fā)展必要性有望提升。氫氣儲(chǔ)運(yùn)降本空間大氫氣成本降低有望提升下游應(yīng)用積極性：考慮到終端氫氣的不同用途，氫氣終端成本主要由制氫成本、儲(chǔ)運(yùn)、分配（加注）成本構(gòu)成，儲(chǔ)運(yùn)成本占比較高。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)，加氫站終端氫氣成本中，儲(chǔ)運(yùn)成本占比約30%。根據(jù)美國(guó)能源部發(fā)布的《國(guó)家清潔氫能戰(zhàn)略和路線圖》，美國(guó)能源部目標(biāo)2030年將電解水制氫成本由7-5美元/kg降至1美元/kg，將氫氣儲(chǔ)運(yùn)及加注成本由9-11美元/kg降至2美元/kg。我國(guó)氫能示范應(yīng)用主要圍繞工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫地附近，通常氫源、用氫地距離相距在200km以內(nèi)，隨著氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本下降，單一氫源經(jīng)濟(jì)性半徑擴(kuò)大，氫能應(yīng)用有望擴(kuò)大。經(jīng)濟(jì)性為王，氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本優(yōu)選5元/kg以內(nèi)：終端氫氣價(jià)格對(duì)下游需求有重要影響。根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于開(kāi)展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，各示范城市加氫站氫氣零售價(jià)格不高于35元/kg才可獲得對(duì)應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì)積分，并以獎(jiǎng)勵(lì)積分作為獲得補(bǔ)貼獎(jiǎng)勵(lì)條件。根據(jù)我們測(cè)算，當(dāng)終端氫氣價(jià)格降至25-35元/kg，氫燃料電池重卡運(yùn)營(yíng)成本可相對(duì)柴油重卡具備經(jīng)濟(jì)性，此時(shí)對(duì)應(yīng)氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本約5-10元/kg。高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)成熟、具備性價(jià)比氫氣儲(chǔ)運(yùn)下分多種技術(shù)路線：根據(jù)儲(chǔ)運(yùn)階段氫氣物理性質(zhì)差異，氫氣儲(chǔ)運(yùn)方案可分為氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、固體儲(chǔ)運(yùn)、液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)3種。氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)通常指高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)，即在儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)給氫氣加壓，提升單位體積下氫氣密度，并通過(guò)管道或者長(zhǎng)管拖車的方案將氫氣運(yùn)輸；固態(tài)輸運(yùn)主要通過(guò)氫氣與儲(chǔ)氫材料發(fā)生物理/化學(xué)反應(yīng)，將氫氣儲(chǔ)存在儲(chǔ)氫材料內(nèi)，通過(guò)車輛運(yùn)輸儲(chǔ)氫材料的方式完成氫氣的轉(zhuǎn)移；液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)相對(duì)復(fù)雜，其包括低溫液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、液氨輸運(yùn)、綠色甲醇儲(chǔ)運(yùn)等方式，具體運(yùn)輸方式包括罐車、管道等方案。氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)已在我國(guó)廣泛應(yīng)用：我國(guó)高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、低溫液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)相對(duì)成熟，已經(jīng)開(kāi)始逐步產(chǎn)業(yè)化。高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、低溫液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)僅改變氫氣的物理性質(zhì)，其中高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)是目前應(yīng)用最廣泛、最成熟的技術(shù)。根據(jù)頭豹研究院，截至2022年我國(guó)高壓氣態(tài)路線占總儲(chǔ)運(yùn)方案比例約98%，其中長(zhǎng)管拖車方案占比超過(guò)90%。長(zhǎng)管拖車的儲(chǔ)氫壓力多為20MPa，在20MPa的壓力下，氫氣密度可由常溫常壓下的0.089kg/m3提升至14.5kg/m3，儲(chǔ)氫密度是常溫常壓氫氣的160倍。氫氣氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)是我國(guó)車用儲(chǔ)氫及固定式加氫站采取的主要方案。短期內(nèi)，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫相對(duì)低溫液態(tài)儲(chǔ)氫具備性價(jià)比：低溫液態(tài)儲(chǔ)氫的儲(chǔ)氫密度相對(duì)高壓儲(chǔ)氫具備優(yōu)勢(shì)，但是其需要對(duì)氫氣進(jìn)行低溫液化處理，因此能耗較高。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫每公斤滿氫氣能耗約0.2-1.3kWh，而低溫液態(tài)儲(chǔ)氫每公斤氫氣能耗約15kWh，其預(yù)計(jì)在短途運(yùn)輸情況下高壓氣態(tài)氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本約0.3-2.02元/kg，而低溫液態(tài)氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本約12.25元/kg。長(zhǎng)管拖車適用于短途儲(chǔ)運(yùn)，儲(chǔ)氫瓶是核心設(shè)備長(zhǎng)管拖車適合氫氣短途運(yùn)輸長(zhǎng)管拖車原用于壓縮天然氣（CNG）運(yùn)輸：長(zhǎng)管拖車最早于1960年由美國(guó)CPI研制。1987年，我國(guó)引入長(zhǎng)管拖車，主要使用長(zhǎng)管拖車將天然氣運(yùn)輸?shù)經(jīng)]有天然氣管網(wǎng)的地區(qū)或很難修建管網(wǎng)的城市，以彌補(bǔ)天然氣長(zhǎng)輸管道的不足。長(zhǎng)管拖車可被分為管束式集裝箱（框架式）、長(zhǎng)管拖車（捆綁式）兩種。兩者的區(qū)別在于是否存在框架，框架式長(zhǎng)管拖車需要先將氣瓶固定在框架上，再將框架固定在走行裝置上；捆綁式長(zhǎng)管拖車則將氣瓶通過(guò)捆綁帶直接固定在走行裝置上。捆綁式長(zhǎng)管拖車減少了框架重量，因此可以裝配更多的氣瓶，從而實(shí)現(xiàn)更高的運(yùn)輸效率，管束式集裝箱安全性更高。我國(guó)目前主要針對(duì)管束式集裝箱制定氫能運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)管拖車是我國(guó)運(yùn)輸氫氣的常用工具：長(zhǎng)管拖車一般攜帶6-10只壓力20MPa、單瓶容積2-3m3的無(wú)縫高壓氣瓶，可充裝氫氣約4000Nm3，單車運(yùn)氫規(guī)模約360kg。我國(guó)早期氫能示范應(yīng)用主要圍繞工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫產(chǎn)地附近，制氫場(chǎng)景與用氫場(chǎng)景之間距離多半在200km以內(nèi)，而短途運(yùn)輸?shù)膱?chǎng)景下，長(zhǎng)管拖車具備一定性價(jià)比，因此我國(guó)較多使用長(zhǎng)管拖車運(yùn)氫。根據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù)，截至2022年，我國(guó)長(zhǎng)管拖車儲(chǔ)運(yùn)方案市場(chǎng)占比超過(guò)90%。短期內(nèi)“高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫”+“長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸”是儲(chǔ)運(yùn)氫氣主流路線：氫能產(chǎn)業(yè)仍在產(chǎn)業(yè)化初期，短期內(nèi)依靠需政策推動(dòng)。我國(guó)多省市均選擇高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫為目前發(fā)展路線，以上海、河南為例根據(jù)《上海市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2022-2035年）》，上海將重點(diǎn)發(fā)展高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和長(zhǎng)管拖車輸氫；根據(jù)《河南省氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2022—2035年）》，河南將突出氫氣“就近消納”原則，重點(diǎn)發(fā)展高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸。根據(jù)各地氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃，我們認(rèn)為，短期內(nèi)我國(guó)仍將以“高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫”+“長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸”為主流儲(chǔ)運(yùn)路線。長(zhǎng)管拖車單次運(yùn)輸耗時(shí)較久，提升運(yùn)輸效率為后續(xù)方向：氫氣經(jīng)過(guò)脫水、脫氧等凈化流程后，經(jīng)過(guò)氫壓縮機(jī)壓縮至20MPa，由裝氣柱充裝入集裝管束運(yùn)輸車，充氣時(shí)間約1.5-2.5小時(shí)。經(jīng)運(yùn)輸車運(yùn)至目的地后通過(guò)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氫氣由調(diào)壓站調(diào)整到適當(dāng)壓力后并入加氫站或氫氣管網(wǎng)，卸氣時(shí)間約1.5-3小時(shí)。長(zhǎng)管拖車單次充氣、卸氣合計(jì)耗時(shí)約3-5.5小時(shí)，我們認(rèn)為，提升長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸氫氣的效率為后續(xù)發(fā)展方向，目前主流方案包括提升儲(chǔ)氫瓶的儲(chǔ)氫壓力、提升儲(chǔ)氫瓶容量、降低儲(chǔ)氫瓶自重為主流發(fā)展方向。高壓力、大容量、輕量化是儲(chǔ)氫瓶發(fā)展方向優(yōu)化儲(chǔ)氫瓶性能提升單車載氫量，降低單位運(yùn)輸成本儲(chǔ)氫瓶材料、結(jié)構(gòu)不斷升級(jí)，帶動(dòng)儲(chǔ)氫性能提升：儲(chǔ)氫瓶是儲(chǔ)存高壓氣態(tài)氫氣的容器，常見(jiàn)儲(chǔ)氫瓶主要有4種，主要區(qū)別在材料、結(jié)構(gòu)方面。4種儲(chǔ)氫瓶分別為Ⅰ型瓶（全金屬結(jié)構(gòu)）、Ⅱ型瓶（金屬內(nèi)膽纖維環(huán)向纏繞結(jié)構(gòu)）、Ⅲ型瓶（金屬內(nèi)膽纖維全纏繞結(jié)構(gòu)）、Ⅳ型瓶（非金屬內(nèi)膽纖維全纏繞結(jié)構(gòu)）。Ⅳ型瓶使用非金屬內(nèi)膽，儲(chǔ)氫性能較優(yōu)。若使用金屬內(nèi)膽，溶于金屬中的氫原子可能聚合為氫分子，并導(dǎo)致金屬內(nèi)部應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致金屬內(nèi)部形成細(xì)小裂紋，裂紋將對(duì)儲(chǔ)氫材料造成損傷，這種現(xiàn)象被稱為氫脆現(xiàn)象。由于Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶不使用金屬內(nèi)膽，因此可降低儲(chǔ)氫瓶的氫脆敏感度。優(yōu)化儲(chǔ)氫瓶性能可提升單車運(yùn)氫規(guī)模：長(zhǎng)管拖車一般由數(shù)只大容量氣瓶組成儲(chǔ)氫主體，若保持單車攜帶氣瓶數(shù)量不變，則氣瓶性能決定單車運(yùn)氫規(guī)模。從Ⅰ型瓶到Ⅳ型瓶，儲(chǔ)氫瓶的儲(chǔ)氫壓力上限、儲(chǔ)氫密度均有不同程度優(yōu)化，使用Ⅲ型瓶、Ⅳ型瓶可提升單車運(yùn)氫規(guī)模。國(guó)內(nèi)常用Ⅰ型瓶、Ⅱ型瓶作為長(zhǎng)管拖車輸運(yùn)氫氣的容器，其多采用20MPa的儲(chǔ)氫壓力，單車運(yùn)氫量約300kg；若升級(jí)長(zhǎng)管拖車攜帶容器至Ⅳ型瓶，則單車輸運(yùn)氫氣量可提升至1000kg以上。Quantum公司推出的長(zhǎng)管拖車VP5000-H，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)在35MPa的壓力下實(shí)現(xiàn)高達(dá)1,195kg的氫氣儲(chǔ)運(yùn)量，氫氣儲(chǔ)運(yùn)能力較國(guó)內(nèi)常規(guī)水平提升約300%。短途情況下，利用長(zhǎng)管拖車輸運(yùn)氫氣成本較低：長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸氫氣的成本主要包括人工費(fèi)用、車輛過(guò)路/保養(yǎng)費(fèi)用、燃油費(fèi)等。根據(jù)我們的測(cè)算，在20MPa儲(chǔ)氫壓力、輸運(yùn)距離200km下，氫氣輸運(yùn)成本約6.83元/kg；若輸運(yùn)距離提升至300km，則氫氣輸運(yùn)成本約11.03元/kg，超過(guò)10元/kg經(jīng)濟(jì)線。我們認(rèn)為，若不對(duì)長(zhǎng)管拖車儲(chǔ)氫量升級(jí)，則長(zhǎng)管拖車儲(chǔ)運(yùn)半徑在260km以內(nèi)。提升氫氣輸運(yùn)規(guī)模可提升長(zhǎng)管拖車經(jīng)濟(jì)半徑：長(zhǎng)管拖車運(yùn)行成本主要與行駛距離相關(guān)，若單車輸運(yùn)氫氣規(guī)模上升，可降低長(zhǎng)管拖車往返頻率、減少長(zhǎng)管拖車數(shù)量，達(dá)到降低運(yùn)輸成本、提升經(jīng)濟(jì)半徑的效果。根據(jù)我們測(cè)算，若單車運(yùn)氫規(guī)模200kg，則長(zhǎng)管拖車經(jīng)濟(jì)性半徑在200km以內(nèi)；若單車運(yùn)氫規(guī)模達(dá)到600kg，則長(zhǎng)管拖車經(jīng)濟(jì)性半徑可提升至450km左右。提升儲(chǔ)氫壓力可提升單車帶氫量?jī)?chǔ)氣壓力越大，儲(chǔ)氫量越高：高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫的原理是給氫氣加壓，從而提升單位體積內(nèi)的氫氣分子含量。單位溫度下，氫氣所受壓力越高，氫氣密度越大，單位體積內(nèi)儲(chǔ)氫量越大。根據(jù)氫啟未來(lái)網(wǎng)數(shù)據(jù)，在25℃、20MPa下，氫氣密度約為14.5kg/m3；若將壓力提升至30MPa，氫氣密度或提升至20.5kg/m3。假設(shè)一臺(tái)長(zhǎng)管拖車攜帶10只鋼瓶，單瓶公稱容積2.25m3，在20MPa、30MPa的氫氣壓力下，單車帶氫量分別約為330kg、450kg。我國(guó)長(zhǎng)管拖車運(yùn)氫壓力已逐步提升：我國(guó)長(zhǎng)管拖車運(yùn)氫壓力已在逐步提升。我國(guó)20MPa長(zhǎng)管拖車市占率較高，2020年，中集安瑞科已完成30MPa長(zhǎng)管運(yùn)氫氣瓶研發(fā)，2023年以來(lái)我國(guó)開(kāi)始逐步使用儲(chǔ)運(yùn)壓力30MPa的長(zhǎng)管拖車運(yùn)氫，浙江藍(lán)能已經(jīng)具備“30MPa纏繞氣瓶管束式集裝箱”、“52MPa纏繞式管束集裝箱”生產(chǎn)能力。海外已經(jīng)開(kāi)始使用50MPa長(zhǎng)管拖車進(jìn)行運(yùn)氫，HexagonLincoln公司研制的纖維全纏繞高壓氫氣瓶公稱壓力為25-54MPa，單車運(yùn)氫量可達(dá)720-1350kg。應(yīng)用Ⅲ型瓶、Ⅳ型瓶可降低儲(chǔ)氫瓶自重，提升單車帶氫量傳統(tǒng)長(zhǎng)管拖車自重較重，運(yùn)氫量較小：長(zhǎng)管拖車的額定質(zhì)量35噸，傳統(tǒng)長(zhǎng)管拖車在20MPa下輸運(yùn)CNG的最大充裝質(zhì)量可超過(guò)3噸，質(zhì)量占比約10%。而氫氣密度較小，常見(jiàn)的20MPa長(zhǎng)管拖車的氫氣充裝質(zhì)量?jī)H占拖車總質(zhì)量的1%-2%。根據(jù)氫啟未來(lái)網(wǎng)數(shù)據(jù)，使用20MPa、Ⅰ型、Ⅱ型瓶輸運(yùn)氫氣的最大允許充裝量?jī)H300-500kg。我們認(rèn)為，降低儲(chǔ)氫瓶自重是提升氫氣運(yùn)載能力的可行方案之一。降低儲(chǔ)氫瓶重量是提升長(zhǎng)管拖車輸運(yùn)氫氣重量的可行方案：傳統(tǒng)長(zhǎng)管拖車的質(zhì)量主要集中在儲(chǔ)氫瓶上。根據(jù)眾邦產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)，1只容積3800L的Ⅰ型儲(chǔ)氫瓶重量約4.5噸，若一輛長(zhǎng)管拖車配備6只儲(chǔ)氫瓶，則儲(chǔ)氫瓶重量已達(dá)到27噸，占長(zhǎng)管拖車額定質(zhì)量比例約80%。若以保持單瓶?jī)?chǔ)氫重量不變?yōu)榍疤幔档蛢?chǔ)氫瓶重量可提升攜帶儲(chǔ)氫瓶數(shù)量，從而提升單車輸氫規(guī)模、降低輸氫成本。Ⅲ型瓶、Ⅳ型瓶重量較輕，可用于車輛減重：根據(jù)北極星氫能網(wǎng)，同等容積下Ⅲ型瓶較Ⅱ型瓶輕約50%，而Ⅳ型瓶可較Ⅲ型瓶進(jìn)一步減重約25%。我們認(rèn)為，應(yīng)用Ⅲ型瓶、Ⅳ型瓶于長(zhǎng)管拖車輸運(yùn)氫氣或成為長(zhǎng)管拖車減輕自重的可行方案。我國(guó)或?qū)⒅鸩綉?yīng)用Ⅲ型瓶、Ⅳ型瓶于氫氣輸運(yùn)階段我國(guó)或?qū)⒅鸩綉?yīng)用Ⅲ型瓶于氫氣輸運(yùn)階段：2020年我國(guó)科技部將“公路運(yùn)輸用高壓、大容量管束集裝箱氫氣儲(chǔ)存技術(shù)”列入“可再生能源與氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)，主要目標(biāo)為研制50MPa以上大容量碳纖維纏繞儲(chǔ)氫瓶與管束式集裝箱。2023年2月18日，T/CATSI05008—2023《壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞瓶式集裝箱專項(xiàng)技術(shù)要求》發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)由中集安瑞科旗下石家莊安瑞科主導(dǎo)制訂。該技術(shù)要求主要針對(duì)壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞瓶式集裝箱（Ⅲ型瓶集裝箱），其要求集裝箱中的鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞瓶（Ⅲ型瓶）公稱工作壓力需大于30MPa，技術(shù)要求在壓力方面實(shí)現(xiàn)突破。產(chǎn)業(yè)化方面，2023年9月12日，石家莊安瑞科生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)首個(gè)30MPa碳纖維纏繞管束式氫氣集裝箱下線并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。浙江藍(lán)能也已經(jīng)具備“30MPa纏繞氣瓶管束式集裝箱”、“52MPa纏繞式管束集裝箱”生產(chǎn)能力，單車運(yùn)氫量或逐步提升。海外大容量氣瓶已突破，我國(guó)正在逐步攻克大容量Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶生產(chǎn)：Quantum公司已經(jīng)具備大容量Ⅳ型瓶生產(chǎn)能力，其生產(chǎn)的Ⅳ型瓶容積可達(dá)到近1000L，單瓶?jī)?chǔ)氫壓力35MPa。HexagonLincoln公司研制的纖維全纏繞高壓氫氣瓶公稱壓力為25-54MPa，單車運(yùn)氫量可達(dá)720-1350kg。我國(guó)正在對(duì)大容量Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶生產(chǎn)進(jìn)行攻關(guān)。2021年，國(guó)機(jī)集團(tuán)合肥通用機(jī)械研究院牽頭啟動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“公路運(yùn)輸用高壓、大容量管束集裝箱氫氣儲(chǔ)存技術(shù)”實(shí)施方案論證，旨在突破大容量塑料內(nèi)膽材料改性與精密成型、高儲(chǔ)氫密度Ⅳ型復(fù)合材料氣瓶及管束集裝箱設(shè)計(jì)制造等關(guān)鍵技術(shù)。項(xiàng)目主要研制52MPa大容量（1500L以上）Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶和管束集裝箱，目標(biāo)管束集裝箱儲(chǔ)氫量超過(guò)1000kg。儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)空間廣闊：燃料電池汽車銷售帶動(dòng)移動(dòng)式儲(chǔ)氫瓶需求，加氫站建設(shè)提速創(chuàng)造固定式儲(chǔ)氫瓶及長(zhǎng)管拖車儲(chǔ)運(yùn)氫氣需求。根據(jù)我們測(cè)算，2022-2025年，受益于燃料電池汽車銷量提升，我國(guó)車載儲(chǔ)氫瓶需求有望由6.9萬(wàn)只提升至35萬(wàn)只，車載儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)空間有望達(dá)到101.5億元，2022-2025車載儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)復(fù)合增速約61%。2022-2025年，我國(guó)加氫站建設(shè)亦有望提速，2025年加氫站儲(chǔ)氫瓶及長(zhǎng)管拖車儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)空間有望達(dá)到23.8億元。2025年我國(guó)儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)空間有望達(dá)到125.3億元，2022-2025車載儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增速約64%。儲(chǔ)氫瓶加速國(guó)產(chǎn)化，產(chǎn)能規(guī)劃已超30萬(wàn)只：我國(guó)儲(chǔ)氫瓶生產(chǎn)企業(yè)主要包括天海工業(yè)、中材科技、中集安瑞科、未勢(shì)能源等。中集安瑞科于2021年3月與HexagonPurusAS合作計(jì)劃建立年產(chǎn)能約為10萬(wàn)支車載儲(chǔ)氫瓶的生產(chǎn)線；中材科技已建設(shè)完成年產(chǎn)10萬(wàn)只氫氣瓶智能化纏繞生產(chǎn)線，具備3萬(wàn)只儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2023年底將具備5萬(wàn)只儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)能，“十四五”末期形成20萬(wàn)只產(chǎn)能。我國(guó)儲(chǔ)氫瓶生產(chǎn)企業(yè)遠(yuǎn)期規(guī)劃Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)能已超過(guò)50萬(wàn)只。管道運(yùn)氫適合氫氣大規(guī)模、長(zhǎng)途運(yùn)輸管道適合長(zhǎng)距離輸運(yùn)，我國(guó)純氫管道進(jìn)入示范期天然氣管道對(duì)純氫管道發(fā)展具備借鑒意義“純氫管道”、“天然氣管道摻氫”雙線推進(jìn)，管道輸運(yùn)市場(chǎng)空間廣闊：輸氫管道可被分為“純氫管道”、“天然氣摻氫管道”、“經(jīng)改造的天然氣管道”。根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》，我國(guó)將穩(wěn)步構(gòu)建氫氣儲(chǔ)運(yùn)體系，開(kāi)展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點(diǎn)示范。氫氣管道輸運(yùn)具備廣闊市場(chǎng)空間。截至2022年末全球氫氣管道總長(zhǎng)超過(guò)5000km，根據(jù)德勤預(yù)測(cè)，2050年輸氫管道總長(zhǎng)或?qū)⒊^(guò)75萬(wàn)公里，2023-2050年管道建設(shè)復(fù)合增速約20%。油氣管道建設(shè)對(duì)輸氫管道建設(shè)具備積極借鑒意義：石油、天然氣憑借成熟的管網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤炭的快速替代。根據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，截至2022年，我國(guó)長(zhǎng)輸天然氣管道總里程達(dá)到11.8萬(wàn)公里。由于利用管道輸運(yùn)油氣的運(yùn)輸成本低、損耗少、永久性占用土地少、建設(shè)速度快、運(yùn)輸量大、安全性高，因此管道運(yùn)輸已經(jīng)成為油氣輸送的主要手段。我國(guó)油氣行業(yè)已經(jīng)形成“長(zhǎng)距離管道+短距離長(zhǎng)管拖車”的運(yùn)輸模式。由于氫氣、天然氣在物理性質(zhì)方面具備相似性，我們認(rèn)為氫氣利用管道進(jìn)行大規(guī)模運(yùn)輸具備可行性。國(guó)外發(fā)展輸氫管道已有多年經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)輸氫管道部分性能仍有可提升空間：歐美發(fā)展輸氫管道已有近80年歷史，全球90%以上輸氫管道位于美國(guó)及歐洲。截至2022年末全球氫氣管道總長(zhǎng)超過(guò)5000km，其中美國(guó)輸氫管道總長(zhǎng)超過(guò)2700km，歐洲輸氫管道總長(zhǎng)達(dá)到1770km。我國(guó)氫氣管網(wǎng)發(fā)展相對(duì)較晚，已投用輸氫管道總長(zhǎng)約100km，包括中國(guó)石化“濟(jì)源-洛陽(yáng)全長(zhǎng)25千米輸氫管道”、“巴陵-長(zhǎng)嶺全長(zhǎng)42千米輸氫管道”等。我國(guó)已建成已建的氫氣管道在長(zhǎng)度、壓力、管徑等方面與國(guó)外管道存在差距，長(zhǎng)度方面，我國(guó)已投用輸氫管道長(zhǎng)度僅約100km，而海外已建設(shè)超過(guò)5000km氫氣管道。壓力方面，美國(guó)已建成最高輸氫壓力10.3MPa的管道，而我國(guó)仍以5MPa的中低壓管道為主。我國(guó)目前尚未形成完整的氫氣管道標(biāo)準(zhǔn)，更缺少氫氣長(zhǎng)輸管道標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)氫氣輸運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)正在逐步建立：國(guó)外氫氣長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)建設(shè)技術(shù)整體比較成熟，已頒布的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括：壓縮氣體協(xié)會(huì)的CGAG5.6HydrogenPipelineSystems、美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)的ASMEB31.12HydrogenPipingandPipelines、歐洲工業(yè)氣體協(xié)會(huì)EIGA的IGCDoc121/14HydrogenPipelineSystems、亞洲工業(yè)氣體協(xié)會(huì)的AIGA033/06HydrogenTransportationPipelines。2022年以來(lái)我國(guó)針對(duì)氫氣長(zhǎng)距離管道輸送的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)正在逐步建立。2022年，國(guó)家能源局下發(fā)《2022年能源領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃項(xiàng)目匯總表》，其中“輸氫管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范”適用于純氫及天然氣摻氫管道的新建、改擴(kuò)建等工程設(shè)計(jì)。2023年1月，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)《氫氣輸送工業(yè)管道技術(shù)規(guī)程》（征求意見(jiàn)稿）。2023年8月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委聯(lián)合五部委聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2023版）》，將針對(duì)輸氫管道、氫氣/天然氣摻混等輸運(yùn)方式制定標(biāo)準(zhǔn)。管道適合長(zhǎng)距離輸運(yùn)，增加運(yùn)量可降低輸運(yùn)成本純氫管道固定資產(chǎn)投資較高，運(yùn)營(yíng)成本較少：純氫管道的初始投資成本較高。根據(jù)IRENA數(shù)據(jù)及我們測(cè)算，純氫管道固定資產(chǎn)投資額約500-600萬(wàn)元/千米。氫氣管道項(xiàng)目成本由五類構(gòu)成，即管道線路成本、大中型穿跨越工程成本、站場(chǎng)成本、運(yùn)行維護(hù)成本、其他成本，其中管道線路成本、大中型穿跨越工程成本占比較高，約占總成本的60%-80%。純氫管道固定資產(chǎn)投資額約為天然氣管道的2倍，建設(shè)成本高的主要原因在于其管材、設(shè)備對(duì)氫氣介質(zhì)的適應(yīng)性要求較高，因此成本較高。具體材料、設(shè)備涉及鋼材、壓縮機(jī)、計(jì)量?jī)x表、閥門、管件等。管道在長(zhǎng)途運(yùn)輸場(chǎng)景下經(jīng)濟(jì)性明顯：由于管道輸氫的運(yùn)行成本主要來(lái)自壓縮機(jī)電耗，而長(zhǎng)管拖車輸氫的運(yùn)行成本主要來(lái)自燃料費(fèi)用，因此管道輸氫成本不會(huì)隨著輸氫距離提升而顯著提升。根據(jù)我們測(cè)算，在輸氫距離50km的背景下，長(zhǎng)管拖車、純氫管道輸運(yùn)氫氣成本分別為3.2元/kg、0.89元/kg，輸運(yùn)成本差控制在2元/kg左右；若提升輸氫距離至400km，則長(zhǎng)管拖車、純氫管道輸運(yùn)氫氣成本分別為14.9元/kg、2.93元/kg，輸運(yùn)成本差高達(dá)12元/kg。管道利用率是影響氫氣輸送成本的關(guān)鍵要素：長(zhǎng)輸管道可有效降低氫氣輸運(yùn)成本。根據(jù)我們測(cè)算，若一條400km的純氫管線單位建設(shè)成本518萬(wàn)元，運(yùn)力10萬(wàn)噸氫氣/年，管道壽命15年，且管道利用率100%，則單位輸氫成本約3.02元/kg；若輸氫管道利用率30%，則單位輸氫成本約8.66元/kg。我們認(rèn)為，提升管道利用率可有效降低氫氣單位輸送成本，隨著上游風(fēng)光發(fā)電制氫規(guī)模擴(kuò)大，長(zhǎng)輸管道的發(fā)展將帶動(dòng)氫氣輸運(yùn)成本下降。煉廠為純氫管道主要終端用戶：西氫東送長(zhǎng)輸管道終點(diǎn)位于燕山石化，濟(jì)源-洛陽(yáng)輸氫管道重點(diǎn)位于洛陽(yáng)石化，發(fā)改委、能源局于2023年7月表示，支持油氣企業(yè)探索推進(jìn)風(fēng)光氣儲(chǔ)氫一體化示范項(xiàng)目建設(shè)。我們認(rèn)為，短期內(nèi)油氣、煉化是純氫管道主要終端用戶。全球范圍內(nèi)，煉化也為氫氣主要應(yīng)用場(chǎng)景之一，綠氫煉化將推動(dòng)石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)深度減碳。在煉化領(lǐng)域，氫氣主要用于加氫硫化以去除原油中的硫含量，以及加氫裂化將重渣油升級(jí)為更高價(jià)值的產(chǎn)品。全球?qū)諝赓|(zhì)量的持續(xù)關(guān)注的背景下，最終精煉產(chǎn)品中的硫含量持續(xù)降低，加氫裂化越發(fā)重要。根據(jù)高盛數(shù)據(jù)，目前煉化領(lǐng)域大約50%的氫氣需求是通過(guò)煉油廠其他工藝或煉油廠集成的其他石化工藝產(chǎn)生的副產(chǎn)品氫來(lái)滿足的，而其余需求則通過(guò)專門的現(xiàn)場(chǎng)制氫或從外部采購(gòu)的商業(yè)氫來(lái)滿足。根據(jù)我們的測(cè)算，到2030年，煉化用氫的需求量有望達(dá)到4570萬(wàn)噸。天然氣管道摻氫初始投資成本低，推廣需制氫成本下降天然氣摻氫或多用于工業(yè)領(lǐng)域，已有10%摻氫示范我國(guó)天然氣管道建設(shè)成熟，為天然氣摻氫創(chuàng)造良好基礎(chǔ)：天然氣摻氫技術(shù)將氫氣以一定體積比例摻入天然氣之中，利用現(xiàn)有的天然氣管道進(jìn)行輸送。根據(jù)IRENA數(shù)據(jù)，改造天然氣摻氫管道成本較新建純氫管道成本低約65%-94%。截至2022年末，我國(guó)油氣管道總長(zhǎng)超過(guò)18.5萬(wàn)公里，若整體油氣管道摻氫比例達(dá)到10%，年氫氣輸運(yùn)能力將超過(guò)500萬(wàn)噸，對(duì)應(yīng)綠電發(fā)電量超過(guò)2800億度；若整體油氣管道摻氫比例達(dá)到20%，年氫氣輸運(yùn)能力將超過(guò)1000萬(wàn)噸，對(duì)應(yīng)綠電發(fā)電量超過(guò)5600億度。根據(jù)中國(guó)城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，“十四五”期間，我國(guó)將新增天然氣管道摻氫示范項(xiàng)目15-25個(gè)，摻氫比例在3%-20%，可消納氫氣15萬(wàn)噸/年，總長(zhǎng)度1000公里以上。“氫脆”現(xiàn)象導(dǎo)致?lián)綒涔艿缹?duì)材料要求較高：安全問(wèn)題是天然氣摻氫的主要考慮因素。氫氣滲透率高且易于金屬發(fā)生“氫脆”現(xiàn)象，所以與天然氣管道相比，摻氫管道對(duì)于管道材料、管道材料處理要求更高。若將天然氣管道改造成摻氫管道需要：1、通過(guò)管材內(nèi)部圖層優(yōu)化等方案對(duì)管材進(jìn)行氫脆防護(hù)處理；2、加強(qiáng)對(duì)管道損傷、裂縫的探查和處理；3、壓力監(jiān)控；4、提升焊接質(zhì)量。為了降低管道壁厚、增大輸運(yùn)壓力，天然氣管道常用X70、X80等高強(qiáng)度鋼作為原材料，而純氫管道常用X42、X52等強(qiáng)度稍低但韌性較高的鋼材作為原材料。我國(guó)首條公用摻氫管道項(xiàng)目已實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)行：不同國(guó)家的天然氣管道摻氫比例上限規(guī)定不一，摻氫比例基本在30%以內(nèi)。2023年4月16日，全長(zhǎng)397公里的中石油寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道中天然氣摻氫比例達(dá)到24%，并完成100天測(cè)試運(yùn)行，打破了我國(guó)天然氣管道摻氫項(xiàng)目摻氫比10%的記錄。2020年以來(lái)，我國(guó)天津、四川、河北、北京等多個(gè)省市積極推動(dòng)摻氫天然氣管道技術(shù)研發(fā)及示范，我國(guó)天然氣摻氫管道輸運(yùn)氫氣具備發(fā)展基礎(chǔ)。天然氣摻氫或多用于工業(yè)領(lǐng)域，已有10%摻氫示范天然氣摻氫或?qū)⒅饕糜诠I(yè)領(lǐng)域：居民、工業(yè)均可直接將摻氫天然氣用于燃燒，民用場(chǎng)景主要圍繞家用燃燒器具，如燃?xì)庠罹?、燃?xì)鉄崴鞯?；工業(yè)場(chǎng)景則主要圍繞工廠內(nèi)大型鍋爐燃燒和發(fā)電廠內(nèi)大型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒。工業(yè)用戶用氣規(guī)模較大，且用戶較為單一，終端設(shè)施改造可以一對(duì)一把