氢气储运方式及成本分析

气态储运为目前主流方式，储氢瓶部件仍有较大国产替代空间。

1.氢存储：III 型、IV 型气态储氢瓶应用较广，核心部件依赖进口致成本较高

氢气存储主要包括气态储氢、液态储氢、固态储氢等方式，目前气态储氢由于现阶段技 术最为成熟，是现阶段主要储氢方式。

气态储氢：高压气态储氢的工作原理为通过高压将氢气压缩，以高密度气态形式储 存，是现阶段发展最成熟的储氢技术。高压储氢瓶为气氢储运关键一环，储罐材质 影响储氢密度，进而影响储氢规模和能耗水平。目前气态储氢多采用 20MPa 钢制储 氢瓶储存，并通过长管拖车运输，具有初始投资成本低、能耗低等特点，但由于储 罐运输规模较小，该方式仅适用于短距离及小规模运输。

液态储氢：低温液态储氢的工作原理为通过高压、低温（-253℃）条件将氢气液化， 常温常压下液氢体积密度为气态时的 845 倍。相较于气态储氢，液态储氢储运效率 更高，适用于大规模、远距离运输，但初始投资成本较高（液化装备投入较大）且 能耗较高。目前液态储氢在海外应用较多，国内主要用于航空等高端领域。

固态储氢：固态储氢的工作原理为物理吸附（活性炭、碳纳米管等）或化学氢化物 （镁系、铁系储氢合金等金属氢化物可逆吸放）储氢。目前镁基储氢为最具发展潜 力的固态储氢材料之一。固态储氢储氢密度高、安全性优且氢气纯度高，但充放氢 环节成本高（需热交换）。现阶段固态储氢产业化进程较慢，主要系 1）现阶段固态 储氢材料存在重量储氢率偏低（eg.可逆储氢容量最高的 TiV 固溶体材料只有 2.6 wt%）或吸放氢温度高、循环性能差等问题（导致使用寿命短，影响经济性）；2） 固态储氢多处于示范应用阶段，储氢材料多处于实验室或中试阶段，制造批量小， 成品率偏低，承压容器和阀门管道等配件加工成本高，致固态储氢系统的成本偏高。

燃料电池汽车储氢瓶大多使用碳纤维材料的 III 型、IV 型储氢瓶。车用气瓶主要分为四 种类型，燃料电池汽车储氢瓶大多使用 III 型、IV 型两种型号。I 型瓶由金属钢组成；II 型瓶以金属材质为主，外层缠绕玻璃纤维复合材料；III 型、IV 型瓶主要基于碳纤维增强 塑料材料，前者内胆为金属，后者内胆为塑料，气瓶质量轻、单位质量储氢密度较高， 外部通过碳纤维增强塑料缠绕加工而成。目前国内主流的车载储氢瓶仍为 35MPa III 型 瓶，储氢瓶核心材料及零部件如碳纤维、瓶口阀、减压阀等主要依赖进口，成本较高。

2.氢运输：长管拖车适用于中短距离运输，管道运氢步入发展新阶段

主流氢气运输主要包括长管拖车和管道输氢两种方式。针对于中短距离运输，气氢拖车 方式因节省了液化成本与前期管道建设费用，经济性较高，当用氢规模扩大，运输距离 增大后，采用液氢槽车、输氢管道等方案经济性优势明显。液氢槽车运输方式相较于 20MPa 气氢拖车，可使单车运输量提升 9 倍，充卸载时间减少 1 倍。

气氢储运成本随运输距离增加而上升，同等运输距离下大压力储氢成本优势显著。据《氢 能供应链成本分析》（作者为张轩等），该文件中以长管拖车为例测算运氢成本，假设① 长管拖车满载氢气质量 350kg（20MPa）/1200kg（50MPa），管束中氢气残余率 20%； ②氢源距离加氢站 100km，加氢站用氢量 500kg/天；③拖车百公里耗油量 25L，柴油价 格 6.5CNY/L；④拖车车头和管束 70 万元，10 年直线法折旧；⑤每车配司机及装卸操作 员各 1 人，人员及车险费用 11 万元/年，车保养及过路费合计约 1 元/km；⑥每次氢气 压缩过程耗电 1kWh/kg，电价 0.6 元/kWh；⑦运氢毛利 15%。当运输距离为 50km 时，氢气的运输成本为 4.90 元/kg；距离为 500km 时运输成本近 21.75 元/kg，运输成 本随运输距离的增加而上升。另一方面，大压力条件下的成本优势随运输距离增加分化 明显，当运输距离为 200km 时，50MPa 较 20MPa 运氢成本低约 5.54 元/kg。我们 判断，未来大压力值的钢瓶储氢瓶为未来高压气氢储运的发展方向。

国内氢气长距离输送管道进入发展新阶段，管道运氢成本仅同距离气氢拖车 1/5。2023 年 4 月 10 日，中石化宣布“西氢东送”输氢管道示范工程已被纳入《石油天然气“全国 一张网”建设实施方案》。国内氢气长距离输送管道进入新发展阶段。管道起终点为内蒙 乌兰察布-北京燕山石化，全长 400 多公里，一期运力 10 万吨/年，预留 50 万吨/年的远 期提升潜力。管道建成后，将用于替代京津冀现有化石能源制氢及交通用氢。相较于长 管拖车，管道更适用于大范围、长距离运输氢气。据中国氢能产业发展白皮书，100km 管道运氢成本约 1.2 元/kg，为同等距离下气氢拖车成本的 1/5；距离达 500km 时，管道 运氢成本约 3.02 元/kg，为同等距离气氢拖车成本（20 元/kg）的 1/6。