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【导语】
国内储氢系统(包含气瓶、管阀、线材等)市场规模到 2025
年 及 2030 年将分别达到 34.4 亿元、259.3 亿元,市场规
模复合增速达到 48%。
1 氢储运承上启下,千亿级市场空间
1.1 氢储运是连接氢气生产端与需求端的关键桥梁
氢能产业链中,氢的存储运输是连接氢气生产端与需求端的关键桥
梁,深刻影响着氢能发展节奏及进度。由于氢气在常温常压状态下
密度极低(仅为空气的 1/14)、 单位体积储能密度低、易燃易爆
等,其特性导致氢能的安全高效输送和储存难度较大。 因此,发展
安全、高效、低成本的储运氢技术是氢能大规模商业化发展的前
提。
1.2 庞大的氢能需求将带来千亿级的储运市场规模
氢能资源呈逆向分布,氢能储运供应链建设是实现“氢经济”的保
障。总体来说,我国能源供应和能源需求呈逆向分布,在资源上
“西富东贫、北多南少”,在需求上则恰恰相反。未来,一方面要
积极开发大容量氢气储运技术;另一方面要积极开展就近化工副产
氢气资源和沿海可再生能源开发利用。
庞大的氢能需求需依靠完善的氢储运供应链,将带来千亿级设备投
资规模。在氢能行业深度报告系列二中,我们详尽分析了氢能在工
业、交通、建筑等领域参与深度脱碳的潜力,即在 2060 碳中和目
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标下,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完善的氢储运供应
链。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%, 对应储运设备市场规模将达 5200 亿元。
1.3 由近及远,氢储运技术发展将循序渐进
根据中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书
(2019 版)》关于我国氢能储运技术路线展望:我国氢能储运将
按照“低压到高压”“气态到多相态”的方向发展,由此逐步提高
氢气储存和运输的能力。氢能市场渗入前期,氢气用量及运输半径
相对较小,此时高压气态运输的转换成本较低,更具性价比;氢能
市场发展到中期,氢气需求半径将逐步提升,将以气态和低温液态
为主;远期来看,高密度、高 安全储氢将成为现实,完备的氢能管
网也将建成,同时出台固态、有机液态等储运标准及管道输配标准
作为配套。
氢能的存储及运输成为了氢能实现大规模发展的重要影响因素之
一,而氢能的储运方式建立在氢的不同存储状态之上,按照氢的不
同形态,通常将氢储运技术分为气态储运(高压气态、管道氢)、
液态储运(低温液态、有机液态)、固态储运,不同的储运方式具
有不同特点及适应性:
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1)高压气氢储运运营成本低、能耗相对小、氢气充放响应速度快,
适用于短距离、用户分散场合,是目前运用最普遍的储运方式,但
对设备承压要求高、单位体积储氢密度低、安全性较低;
2)管道氢输送运输成本低、能耗小,可实现氢能连续性、规模化、
长距离输送,是未来氢能大规模利用的必然发展趋势。由于管道铺
设难度大,一次性投资成本高,目前还难以实现大规模氢气管道运
输。
3)低温液氢储运储氢能量密度高、运输效率高,适用于中远距离输
送,目前主要作为航空运载火箭推进剂燃料,对储氢装置真空绝
热、减振抗冲击、防泄漏性能要求高,且深冷液化存在大量消耗、
成本较高;
4)固氢及有机液氢储运一般较为安全、高效、储氢密度高、可循环
性好,但对储氢材料性能要求较高,是未来氢能储运的重要研究方
向,但距离商业化较远。
2.1 气态氢储运:技术成熟度高,使用广泛,将贯穿氢能产业发展
始末
氢能的气态储运通常是将氢气采取压缩气体体积、增加单位气体压
力的方式进行储存、运输,并且以高压气体的状态储存于特定容器
中,储氢容器通常为耐高压的压力容器,同时气氢也可经过加压后
通过特制运输管道进行输送。
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高压气态氢能储运是目前工业中使用最普遍、最直接的氢能储运方
式,通过连接减压阀即可方便、快捷释放所需氢气。具有运营成本
低、压缩氢气技术成熟、承压容器结构简单、能耗较小、氢气充放
响应速度快等优点。区别于运输方式的不同,高压 气态长管拖氢适
用于当前氢能发展初级阶段,未来随着氢能需求规模的扩大,管道
氢 将为氢能产业链提供大规模量的低成本氢气。
储氢容器向高压化、轻量化发展
高压气态储氢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)。20MPa 钢制瓶(I 型) 早已实现工业应用,并与
45MPa 钢制瓶(II 型)和 98MPa 钢带缠绕式压力容器组 合应
用于加氢站中。但是 I 型和 II 型瓶储氢密度低、氢脆问题严重,
难以满足车用储 氢容器的要求。车用储氢容器主要为 III 型瓶和
IV 型瓶。通过对比 I 型至 IV 型高压储 氢瓶性能参数及特点,高
压储氢容器发展本质是通过改变结构及材料,提升储氢工作 压力来
提高质量储氢密度。此外,研究表明,氢气质量密度随压力增加而
增加,在 30~40MPa 时,氢气质量密度增加较快,而压力
70MPa 以上时,氢气质量密度变化 很小,因此大多储氢瓶的工作
压力在 35~70MPa 范围内。
高压气态氢运输方式方面,长管拖氢适合短距、小规模、就地应
用,管道输氢 适合长距、大规模应用
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