浅谈氢能储运环节业务机会

        2020年9月，我国在第七十五届联合国大会上明确提出了“双碳”目标，此举对我国既有的能源行业格局产生了深远影响，但同时也为我国能源行业推进绿色低碳转型指明了发展方向。氢能作为一种典型的绿色可再生二次能源，其来源广泛、清洁无碳、可存储、应用场景丰富等特点使其未来能够成为国家能源体系的重要组成部分。氢的储运处于氢能产业链的中游，连接着制氢和用氢两端，是制约终端用氢总成本的关键因素。
        一、国内氢能产业政策及氢能产业链发展现状
        （一）国内氢能产业政策

        “十三五”之前，氢能在我国基本处于产业化初期推广阶段；政策驱动是产业快速发展的关键，自2016年至今，国家有序出台支持氢能产业健康发展的各项政策，涉及“制-储-运-用”产业链的各个环节，从顶层设计层面明确了氢能产业的发展目标及重点任务。

图一：2016-2022年国家层面氢能产业主要相关政策

        截至目前，地方层面已发布氢能规划和指导意见共计200余份，超过1/3的央企在氢能产业链上有所布局，全产业链规模以上工业企业超过300家，30个省级行政区将发展氢能纳入地方政府“十四五”规划。

        图二：部分地方政府氢能产业相关政策

（二）氢能产业链发展现状
        经过近五年的快速发展，我国的氢能产业链已趋于完善，初步掌握了氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺，在部分区域实现燃料电池汽车小规模示范应用，资本市场亦对氢能的关注持续升温，产业链加速整合、协同创新，整体呈现集群化发展态势。

图三：氢能全产业链示意图

        其中，制氢环节的技术路线日趋成熟。目前氢能结构呈“稳灰增绿”态势，即以化石能源制氢和工业副产氢为主，电解水制氢的渗透率较低，但随着多条可再生能源电解水制氢技术的突破，绿氢规模呈现增长态势；氢能应用受制于成本因素，使用范围较窄，目前主要应用在工业领域和交通领域（燃料电池汽车），在建筑、发电和发热等领域仍处于探索阶段；氢能储运是氢能实现规模化应用的重要前提保证。囿于氢气自身密度小、易逃逸、稳定性差等固有属性，氢气的储存、运输天然存在难度，储运环节所产生的成本约占终端用氢总成本的30%--40%。近年来政府部门已陆续下发多个政策对氢储运技术发展和氢储运体系构建提出了明确规划。
        二、氢能储运方式与运输应用情景分析
        （一）氢能的储存方式
        根据氢气的物理形态，其储存形态可分为气态、液态和固态三种。现有的储氢技术分为物理储氢和化学储氢，物理储氢包括高压气态储氢、低温液化储氢和固态材料吸附储氢；化学储氢主要包括有机液态储氢、甲醇储氢和液氨/氮氢。

图四：不同储氢方式优劣及技术应用对比

        （二）氢能的运输方式
        根据氢气的储存状态，运输方式可分为气态运输、液态运输和固态运输。目前高压气态运输技术相对成熟，是我国现阶段主要的运氢方式，包括使用长管拖车和管道运输等方式；液氢运输首先要将氢气冷却到零下252.72摄氏度液化存储至特制的真空绝热容器中，以液氢槽罐车、接驳船等方式运输；固态运氢因固态储氢技术复杂，成本较高，在我国尚处技术提升阶段，仅有少量示范应用落地。

图五：氢能的主要运输方式之间的横向对比

        （三）不同情景下的氢能运输应用分析
        能源运输普遍存在运量大、运距长、多占运输能力等特点，因此从经济性角度考量不同情景下采用何种方式进行氢能运输是十分必要的。目前我国尚未大范围普及氢能的应用，基于安全角度出发，氢气的制取和使用通常不在同一地域发生，故在此仅考虑运输距离对运氢成本的影响。考虑单一变量对运氢成本的影响，需要对其他变量进行一定的基本假设，如下图所示。

图六：运氢成本测算基本假设

        长管拖车作为目前最为成熟的氢能运输方式，通过连接减压阀即可方便、快捷地释放所需氢气。根据下图的测算结果，当运输距离为50km时，运输成本为3.6元/kg，当运输距离为500km 时，运输成本将达到29.4元/kg，说明该种运输方式随着距离的增加其运输成本会大幅上升，因此长管拖车运氢只适合短距离运输（小于200km）。
 
图七：不同运氢方式在不同运输距离下的成本对比
        上文已提到，液氢运输首先要将氢气冷却到零下252.72 摄氏度液化存储至特制的真空绝热容器中，这一过程主要为耗电成本，在载氢量一定的情况下（即假设条件中的“满载时氢气质量”），运输距离对耗电成本无影响。从上图也可看出液氢槽罐车的运氢成本对距离不敏感，当运输距离在50-500km时，运输价格在10.4-11元/kg 范围内。因此，液氢槽罐车在长距离运输下更具成本优势。
        管道运氢成本主要来源于与输送距离正相关的管材折旧与维护费用，虽然从上图测算结果上看，管道运氢的成本最低，但在实际生产应用中其运氢成本很大程度上受到需求端的影响。
        总之，在当下氢能产业仍处于初期发展阶段，即对于大规模、长距离运氢的需求不强，采用高压气态运氢的方式最具性价比；当下游应用场景逐渐丰富后，液氢运输的优势将逐步显现出来，并在一段时间内成为主流运氢方式；管道运氢因涉及土地、规划审批及政府财政等诸多方面的因素限制，只有在政府与国、央企长期大力推动下才能形成规模化的输氢管网，届时管道运氢才将成为最为经济的大规模运氢方式。
        三、氢能储运环节关键设备
        现阶段无论采用长管拖车高压气态运氢还是槽罐车液态运氢，压缩机、储氢容器和氢阀门都是在储运环节中离不开的核心设备。

（一）压缩机
        压缩机在氢能产业链中的应用较为广泛，在储运环节应用较广的是氢气充装压缩机，其可根据需要完成氢气的储存、释放及压缩再储存。以长管拖车高压气态运氢为例，充装压缩机首先将制成的氢气压缩至相应的储氢容器中并以拖车运输，待拖车行至指定地点后，充装压缩机、卸气设备及冷却机组共同配合将拖车管束内的氢气卸装并二次加压存储至氢气使用端的储氢容器中。
        依据工作原理差异，主流氢气压缩机大致可分为隔膜式压缩机和液驱式压缩机。根据华经情报网的数据，截至2022年末我国隔膜式压缩机的市场份额约为66%，占据市场主流地位；但氢气压缩机在向高压、大排量方向发展的趋势下，液驱式压缩机因在排量上的优势使其近两年的关注度持续上升。
        （二）储氢容器
        目前储氢容器根据使用场景可分为固定钢带错绕式压力容器、高压瓶式容器和绝热密封储罐等。其中固定钢带错绕式压力容器作为大型储氢设备，适用于制氢企业储存气氢及加氢站储存气氢，其制造、运维成本较高，场地适应能力弱；高压瓶式容器主要包括纯钢制金属瓶（Ⅰ型）、钢制内胆纤维缠绕瓶（Ⅱ型）、铝内胆纤维缠绕瓶（Ⅲ型）及塑料内胆纤维缠绕瓶（Ⅳ型）4个类型，其中Ⅰ型和Ⅱ型瓶适用于一定规模量的气态氢气运输，主要与长管拖车搭配使用，也可用于加氢站储氢，Ⅲ型和Ⅳ型瓶的车载应用已经较为广泛；绝热密封储罐主要用于储存液氢，大多为球形结构，采用多层真空隔热技术，自带制冷机主动进行绝热过程，可实现高绝热和低损耗。
        （三）氢阀门
        氢阀门作为气氢/液氢开闭流动的重要“关节”，其性能和安全可靠性十分重要，是我国长期依赖进口“被卡脖子”的关键部件。氢阀门涉及多种零件的设计、生产、组装、集成，同时需要流体机械背景、集成经验和工艺累积。目前国内已有创业团队开始推动氢阀门的国产化改造生产。
        四、我司开展相关业务的思考
        （一）行业前景
        刚刚闭幕的“两会”中的政府工作报告首次明确提出“加快前沿新兴氢能、新材料、创新药等产业发展”，将氢能视作培育新兴产业的重要方向。值得注意的是，氢能源在 2019 年政府工作报告中是以“加氢”字眼首次出现，而今年则是“氢能”首次在政府工作报告中完整体现；另据中国氢能联盟研究院统计，在今年初的地方两会上，22个省级行政区将氢能写入政府工作报告，预计到2025年国内氢能产业产值将达到万亿规模。
        氢能储运问题正在成为氢能产业中的“卡脖子”问题。目前国内与氢能储运相关的基础设施发展相对滞后，日益增长的氢能市场需求与基础设施的不匹配性问题愈发突出，导致氢能的优势得不到充分发挥；同时氢能储运以高压气态方式为主，整体效率偏低，也限制了氢能的规模化应用。因此，从长期来看，随着氢能产业下游应用场景的逐步丰富，氢能储运问题会在系列政策的引导和“下游拉动上游”的合力下分阶段得以解决。
        （二）展业切入口
目前氢能储存所用材料、设备比较特殊且价格高昂，融资租赁可以关键设备使用方及其上游设备制造商、材料/配件供应商作为目标客户，选择合适的业务方式介入；另外，拥有长管拖车、液氢槽罐车等氢能运输工具的企业及其上游生产制造企业亦可作为目标客户群体。