科普 | 四大氢能储运方式哪个成本最低？

氢能产业链中，对于氢的存储和运输是连接氢气生产端和消费求端的关键桥梁，其发展态势深刻影响着氢能发展节奏及进度。氢气储运成本如何计算，关系着整个氢能产业发展的速度和方向。

据中国氢能联盟预测，到2040年，我国氢气的年需求量将增至5700万吨左右，庞大的氢能需求量需依靠更加完善的氢储运供应体系。假设按照终端氢气售价30元/kg，储运成本占比30%，设备投资成本占比70%，对应储运设备市场的规模将高达5200亿元。

何为氢能储运

氢能储运是指在氢能的生产、转换和消耗过程中，如何有效地存储和运输氢气的技术。氢气作为一种清洁能源，其在交通运输、电力等领域的应用前景广阔。然而，氢气的特性（易燃易爆、扩散系数大）使得其储运成为一项技术挑战。

氢能储运的关键挑战包括如何提高氢气的储存和运输效率，同时确保安全性和经济性。氢气的储存方式直接影响其运输方式，因此储运技术是氢能产业发展的重要环节。目前，氢能储运技术主要包括高压气态储运、低温液态储运、固态储运、有机液态储运。

氢能储运的主要方式

氢能储运当前主要有四种方式，四种方式各有所长。

高压气态储氢

高压气态储氢是目前最常用且发展比较成熟的储氢技术。它通过采用高压将氢气压缩到一个耐高压的容器里，如钢瓶。这种方式的优点包括结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快。然而，其储氢量较低，且对高压储氢罐存在较高的技术要求。

低温液态储氢

低温液态储氢是将氢气经过压缩后，深冷到21K以下使其变为液氢，并储存在低温绝热的真空容器当中。这种方式的储运量更大、纯度高、充装更快、占地更小。但是，液化1kg的氢气需要耗电4-10千瓦时，且需要特殊的容器来储存液氢，这些容器需要抗冻、抗压以及严格绝热。

固态储氢

固态储氢利用氢气与储氢材料之间发生物理或化学变化转化为固溶体或氢化物的形式进行氢气储存。这种方式有效克服了高压气态和低温液态两种储氢方式的不足，具有储氢体积密度大、操作容易、运输方便、成本低、安全等特点。适合于对体积要求较严格的场景应用，是最具发展潜力的一种储氢方式。

有机液体储氢

有机液体储氢是通过不饱和液体有机物的可逆加氢和脱氢反应来实现储氢。这种方式安全方便，可以长距离运输，可长期储存。但是，其费用高、氢气纯度不够等缺点。

氢能储运成本的定义

氢能储运成本指的是在氢能产业链中，将氢气从生产地运输到消费地，以及存储在指定地点所涉及的所有费用。其成本计算主要包括以下几个方面。

储存成本：包括储氢设施的建设、维护、运行费用，以及氢气在储存过程中的能量损失。高压储氢目前最为成熟，应用也最广，但是储氢密度和安全性方面存在瓶颈；固体材料储氢则有着巨大潜力，但是目前处于研究阶段；低温液态储氢技术具有单位质量和单位体积储氢密度大的绝对优势，但目前储存成本过高，主要体现在液化过程耗能大，以及对储氢容器的绝热性能要求极高两个方面；有机液态储氢由于成本和技术问题还未能大规模商业化应用。

运输成本：包括氢气在运输过程中的能耗、运输工具的折旧和维护费用、运输保险费用等。

安全成本：是指确保氢气在储存和运输过程中的安全性，包括安全设备的购置和维护、人员培训、应急响应等费用。

损耗成本：是指氢气在储存和运输过程中可能发生的泄漏或其他原因导致的损失。

气态储氢的成本差异

由于不同的储运方式对于氢气的生产成本会产生不同的差异性影响，所以对于氢能不同的储运方式，有着各自的适用范围。在气态储氢领域，主要有两种形式。一种是长管拖车另一种是管道运输。两者虽然都是气态储运氢能的方式，但两者的应用范围和成本也存在较大的差异。长管拖车运输技术较为成熟，国内常以20MPa长管拖车运氢，单车运氢约300kg，国内正正在积极发展35MPa运氢技术。国外则采用45MPa纤维全缠绕高压氢瓶长管拖车运氢，单车运氢可提高到700kg。

由于氢气密度很小，而储氢容器自重大，所运输氢气的重量只占总运输重量的1~2%之间。据中石油化工研究院数据，当运输距离为50km时，氢气的运输成本为4.9元/kg；随着运输距离的增加，长管拖车运输成本逐渐上升，当距离500km时运输成本近22元/kg，因此长管拖车运氢只适用于运输距离较近(运输半径200公里)和输送量较低的场景。

为测算长管拖车运氢的成本，假设基本条件如下：加氢站规模为500kg/天，距离氢源点100km；长管拖车满载氢气质量350kg，管束中氢气残余率20%，每日工作时间15h；拖车平均时速50km/h，百公里耗油量25升，柴油价格7元/升；动力车头价格40万元/台，以10年进行折旧；管束价格120万元/台，以20年进行折旧，折旧方式均为直线法；拖车充卸氢气时长5h；氢气压缩过程耗电1kwh/kg，电价0.6元/kwh；每台拖车配备两名司机，灌装、卸气各配备一名操作人员，工资10万元/人·年；车辆保险费用1万元/年，保养费用0.3元/km，过路费0.6元/km；根据以上假设，可测算出规模为500kg/d、距离氢源点100km的加氢站，运氢成本为8.66元/kg。

数据来源：《加氢站氢气运输方案比选》、恒盛证券

管道输氢也是氢气运输的一种方式，由于纯氢管道的初始投资较大，不适合作为氢能发展初期应用，在管道运输发展初期，可以积极探索掺氢天然气方式，即利用已建设的天然气输配管网与基础设施进行天然气和氢气混合输送。美国和欧洲是世界上最早发展氢气管网的区域，已有70年历史。我国的输氢管道主要分布在环渤海湾、长三角等地。氢能汇（微信公众号：h2-2005）了解到，中国已建、在建和规划中的纯氢管道共13条,其中纯氢管道5条。根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》规划的目标显示：预计到2030年,中国氢气管道将达到3000公里。为测算管道运氢的成本，我们参考济源-洛阳氢气管道的基本参数，做出如下假设：管道长度25km，总投资额1.46亿元，则单位长度投资额584万元/km；年输氢能力为10.04万吨，运输过程中氢气损耗率8%；管线配气站的直接与间接维护费用以投资额的15%计算；氢气压缩过程耗电1kwh/kg，电价0.6元/kwh；

管道寿命20年，以直线法进行折旧。根据以上假设，可测算出长度25m、年输送能力10.04万吨的氢气管道，运氢价格为0.86元/kg。

数据来源：《加氢站氢气运输方案比选》、恒盛证券

液态储氢的成本差异

液态储氢作为一种重要的储氢方式，其成本差异主要体现在储氢效率、运输成本以及基础设施建设等方面。

液态储运又可分为两大类：

物理法，即将氢冷却到沸点以下（-253摄氏度以下）形成液氢，储存于低温绝热液氢罐进行储运；化学法，即氢通过化学反应，生成含氢的化合物，主要有三种方式，包括有机液态储运、氨-氢储运、甲醇-氢。低温液态储氢：是将氢气冷却至21K（约-253摄氏度），液化储存于低温绝热液氢罐中，储氢密度可达到70.8kg/m3，是标况下氢气密度0.083kg/m3的近850倍，单台液氢运输罐车的满载约65m3，可净运输4000kg氢，大大提高了运输效率，并且在液化过程还能提高氢气纯度，相应程度上节省了提纯成本。因此液氢适合长距离、大容量储运，是配合我国未来实现大规模绿氢脱碳应用的首要储氢选择。

北京特种工程研究院45m3液氢槽车

液氢槽车运输成本测算为测算液氢槽车运输的成本，我们的基本假设如下：

加氢站规模为500kg/天，距离氢源点100km；槽车装载量为15000加仑（约68m3，即4000kg），每日工作时间15h；槽车平均时速50km/h，百公里耗油量25升，柴油价格7元/升；液氢槽车价格约为50万美元/辆，以10年进行折旧，折旧方式为直线法；槽车充卸液氢时长6.5h；氢气压缩过程耗电11kwh/kg，电价0.6元/kwh；每台拖车配备两名司机，灌装、卸载各配备一名操作人员，工资10万元/人·年；车辆保险费用1万元/年，保养费用0.3元/km，过路费0.6元/km。根据以上假设，可测算出规模为500kg/d、距离氢源点100km的加氢站，运氢成本为13.57元/kg。

液态有机物储氢使得氢可在常温常压下以液态输运，储运过程安全、高效，但还存在脱氢技术复杂、脱氢能耗大、脱氢催化剂技术亟待突破等技术瓶颈。若能解决上述问题，液态有机物储氢将成为氢能储运领域最有希望取得大规模应用的技术之一。

有机储氢载体成本依赖于所需原料价格及加工费用；加氢和脱氢成本主要包括水、电、气等公用工程消耗、储氢载体损耗、加氢损失及人工成本等，其中公用工程消耗是重点。在 500 公里以内，有机液态储氢成本不超过 0.8 美元/kg，但算上脱氢成本，有机液态氢运输成本可达 2.8 美元/kg。

固态储氢成本差异

固态储氢包括物理吸附和化学反应吸附。具体是指利用氢气与储氢材料之间的物理吸附或化学反应，将氢气储存在固态材料中，从而实现氢气的储存及运输。物理吸附材料主要包括活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维碳基材料、 金属有机框架物（MOFs）、共价有机骨架（COFs）等，通过其物理性质，吸附或捕捉氢气。

固态储氢运输成本在 9.6-21.7元/kg之间。我们的假设条件如下：

单车储氢量为1吨；365天都可工作，每日工作时长16h，平均时速 50km/h；设备价格 800 万元/辆，以10年进行折旧，残值率为 85%；人工成本为两名驾驶员和两名装卸员，人员费用共40万元/年，车辆保险费用1万元/年，车辆保养费用 0.3 元/km；百公里耗油量 33 升，柴油价格 7.5 元/升；充放氢过程耗电15kwh/kg，电价 0.6元/kwh；车辆过路费按1.3元/公里计费。经上述条件测算在运输距离 50~1000km，以满载1000kg氢气的固态储氢车为例，随着运输距离增加，单位质量氢气的运输成本从 9.6 元/kg 增加至21.7元/kg。综上所述，管道输氢在短距离、长距离均具有储运经济性。在低于200km的输氢范围内，运输氢气的经济性从高到低分别为：纯氢管道>高压气态>掺氢管道>液态储氢>固态镁基；在200-450km范围内，运输氢气的经济性从高到低分别为：纯氢管道>掺氢管道>液态储氢>高压气态>固态镁基；在大于450km 的运输范围内，运输氢气的经济性从高到低分别为：纯氢管道> 掺氢管道>液态储氢>固态镁基>高压气态。由此可见，积极推广和大力发展管道输氢技术，对于推动氢能产业的快速发展和广泛应用具有至关重要的意义。管道输氢作为一种高效、经济的氢气输送方式，能够显著降低氢能在长距离运输中的成本和能耗，从而为氢能的大规模应用提供有力支撑。通过建设完善的管道输氢网络，可以有效连接氢气生产地和消费地，提高氢能供应的稳定性和可靠性，进一步促进氢能产业的繁荣和可持续发展。因此，加大对管道输氢技术的研发和应用投入，对于实现氢能产业的长远发展目标具有举足轻重的作用。