%% research.95579.com %% 联合研究丨行业深度 [Table_Title] 氢能储运——供需错配下亟需解决的核心瓶颈 %% 1 %% %% %% research.95579.com 丨证券研究报告丨 报告要点 [Table_Summary] 氢化学性质非常活泼，氢气活泼的化学性质决定了其储存条件较高，发展安全、高效的储氢技 术是实现氢经济的关键环节，核心是寻求降低氢气体积以获得高体积储氢密度和高质量储氢密 度。目前国内氢气运输以高压气氢为主，液氢政策也已逐渐放开，运输 200 公里距离时，液氢 单位运输成本 11.98 元/kg，20 兆帕长管拖车运输成本为 12.20 元/kg，二者基本相当，更长距 离时液氢运输成本更有优势，管道储氢已有应用案例，固态储氢仍在探索，70MPa 高压车载储 氢设备标准落地，未来可期。 分析师及联系人 [Table_Author] 徐科 邬博华 SAC：S0490517090001 贾少波 SAC：S0490514040001 任楠 SAC：S0490518070001 李博文 SAC：S0490520070003 2 / 29 请阅读最后评级说明和重要声明 %% 2 %% %% %% research.95579.com 丨证券研究报告丨 cjzqdt11111 2023-11-09 [Table_Title2] 氢能储运——供需错配下亟需解决的核心瓶颈 联合研究丨行业深度 [Table_Summary2] 氢的储存与运输——解决氢安全及氢经济 氢原子的外层电子结构为 1s1，既可以获得一个电子，也可以失去一个电子，因此其化学性质 非常活泼，氢气活泼的化学性质决定了其储存条件较高。体积密度小叠加液化温度较低（液氢 沸点为-253℃） ，使得氢气的储存与运输相对较为困难，于是发展安全、高效的储氢技术是实现 氢经济的关键环节，核心是寻求降低氢气体积以获得高体积储氢密度和高质量储氢密度，例如 35 兆帕的高压气态氢的体积量能密度为 2.84MJ/L，约是液氢体积能量密度 8.71MJ/L 的 1/3。 目前国内高压气氢为主，液氢政策已逐渐放开 高压气态氢气储运技术相对成熟，气态高压储氢技术具有设备结构简单、压缩氢气设备能耗相 对偏低、充装和排放速度快等优点,是目前占主导地位的储氢方式。现阶段，中国普遍采用 15~20MPa 气态高压储氢与管束车运输的方式。加氢站用大型高压储氢容器、燃料电池车用高 压储氢罐，也都是高压气氢的储存方式。气氢长管拖车运输成本对运输距离较为敏感，对于 100 公里的运输距离，20MPa 长管拖车氢气运输费用在 8.10 元/kg（含 15%运输毛利率），300 公 里距离时运输费用达到 16.29 元/kg。液氢优势在于运输能量密度较高，但以液体形式储存氢 气需要低温，氢气在一个大气压下的沸点为-252.77℃，其液化能耗较高，氢气液化的成本与装 置规模、技术路径有关。在理想状态下，氢气最小理论液化功为 2.9kWh/kg，但实际运行氢液 化设备中，由于氢气无法通过节流膨胀直接降温得到液氢，在环境温度高于 202K 时的预冷则 会增加液化过程能耗，单位能耗普遍在 10-15kWh/kg，按照氢气液化能耗平均 15kWh/kg，电 价 0.60 元/kWh 的假设测算得，运输 200 公里距离时，液氢单位运输成本 11.98 元/kg，20 兆 帕长管拖车运输成本为 12.20 元/kg，二者基本相当，更长距离时液氢运输成本更有优势。 管道储氢已有应用案例，固态储氢仍在探索 中长距离运输最理想且成本最低的方式就是管道输送，国外多个国家已经对天然气管道掺氢进 行了多项探索，2023 年 4 月中石化宣布建设一条从乌兰察布至北京市的 400 公里长距离纯氢 管网。据不完全统计，全国目前在运营及规划的天然气掺氢运输管网及纯氢管网长度约 2,500 公里，其中 2022 年左右已经有多个纯氢或掺氢管网竣工或开始建设，表明在下游需求逐渐起 量的背景下（如燕山石化用氢、北京燃料电池车推广用氢等），大规模输氢的经济性得以凸显， 以“济源-洛阳”管道为例（25km） ，满载运氢成本低至 0.51 元/kg，若运输距离为 100 公里 则运输成本约 0.77 元/kg。掺氢对管网质量要求较高，通常掺氢比例不超过 20%，此外输氢专 项标准未出台也制约了其大规模发展。 70MPa 高压车载储氢设备标准落地，未来可期 高压气态储氢是目前应用最广泛的储氢方式，高压气态储氢容器主要分为纯钢制金属瓶（I 型） 、 钢制内胆纤维环向缠绕瓶（II 型） 、铝内胆纤维全缠绕瓶（Ⅲ型）及塑料内胆纤维缠绕瓶（IV 型） 4 个类型。Ⅲ型瓶和 IV 型瓶具有重容比小、单位质量储氢密度高等优点，已广泛应用于氢燃料 电池汽车。2023 年 5 月国家出台了相关国家标准，将于明年 6 月正式实施，为未来四型储氢 瓶的应用、更长距离卡车运输场景及燃料电池乘用车的普及推广奠定基础。 风险提示 1、氢能下游需求增速低于预期； 更多研报请访问 长江研究小程序 2、氢能储运相关国家标准出台节奏低于预期。 请阅读最后评级说明和重要声明 %% 3 %% % research.95579.com 联合研究 | 行业深度 目录 氢的储存与运输——解决氢安全及氢经济..................................................................................... 6 氢气化学性质活泼，储存条件苛刻 ................................................................................................................. 6 目前国内高压气氢为主，液氢政策已逐渐放开，固态储氢仍在探索 ............................................. 8 气态氢气储运——短期来看仍为主要方式 ...................................................................................................... 9 气氢标准——成熟度相对较高 ...................................................................................................................... 12 液态氢气储运——标准开始制定，远期潜力较大 ......................................................................................... 13 管道运输——远期最理想长距离输氢方式 .................................................................................................... 18 输氢专项标准未出台制约大规模发展，长期成本优势明显 .......................................................................... 23 70MPa 高压车载储氢设备标准落地，未来可期 .......................................................................... 24 风险提示..................................................................................................................................... 28 图表目录 图 1：氢循环利用技术路线图 .......................................................................................................................................6 图 2：氢的相图.............................................................................................................................................................7 图 3：氢与各元素形成的氢化物 ...................................................................................................................................7 图 4：2020 年欧洲氢气总成本构成（美元/千克） .......................................................................................................8 图 5：2030 年欧洲预期氢气总成本构成（美元/千克） ................................................................................................8 图 6：氢储存技术种类 ..................................................................................................................................................8 图 7：高压氢气集装格 ................................................................................................................................................10 图 8：高压氢气长管拖车 ...........