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氢能产业链解析——氢储运和加氢站篇

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储能和运输:高压气态储氢、低温液态储氢已进入商业应用阶段

在氢能产业发展过程中,氢的存储运输是连接氢气生产端与需求端的关键桥梁,因此高效、低成本的氢气储运技术是实现大规模用氢的必要保障。根据氢气的储存状态可将储运方式分为气态储运、低温液态储运、有机液态储运和固态储运等方式。

目前,高压气态储氢、低温液态储氢已进入商业应用阶段,而有机液态储氢、固体材料储氢尚处于技术研发阶段。不同储氢方式各有优劣(表1),其中,气态储氢具有成本低、能耗低、操作环境简单等特点,是目前发展相对成熟、应用较广泛的储氢技术,但该方式仍然在储氢密度和安全性能方面存在瓶颈。低温液态储氢是先将氢气液化,然后储存在低温绝热容器中,目前主要应用在航空领域。有机液态储氢由于其存储介质与汽油、柴油相近,可利用已有基础设施从而降低应用成本,备受业界青睐。相较于气态储氢和液态储氢,固态储氢在储氢密度和安全性能方面的优势更为突出,随着技术研发的深入,也是未来实现氢能高效、安全利用的重要方向。近年来,固态储氢引发行业的持续关注,吸引多家企业入局,其中,轻量化的小型固态储氢展现出较好的发展势头,以固态储氢为能源供应的电动自行车在深圳市、常州市等多地开展场景试验。

资料来源:世界能源蓝皮书,清华大学核能与新能源技术研究院,毕马威分析

在氢气运输方面,根据储氢状态的差异分为气态输送、液态输送和固态输送,气态和液态为目前的主流方式。通常的输氢形式包含长管拖车、槽罐车、管道(纯氢管道、天然气管道混输),不同的储运方式具有不同特点及适应性(表2)。船舶运氢也有望成为未来氢气运输的主要方式之一,但目前离实现商用规模化仍有一定距离,预计在2025-2027年间有望实现商用化。

由于中国目前氢能产业处于发展初期,氢能市场规模较小,且氢能示范应用主要围绕工业副产氢和可再生能源制氢地附近,因此多采用长管拖车运输,这也是当前较为成熟的运输方式。

数据来源:《2022年中国氢能行业技术发展洞察报告》,公开资料,毕马威分析

从整体发展趋势来看,根据中国氢能联盟报告预测,氢能储运将按照“低压到高压”“气态到多相态”的技术发展方向,逐步提升氢气的储存和运输能力。《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》指出,我国将稳步构建氢能储运体系,以安全可控为前提,推动氢储运技术研发,提高高压气态储运效率,加快降低储运成本,有效提升高压气态储运商业化水平,体现了“低压到高压”的前进方向。同时,为满足氢能发展后期长距离、大规模运输需求,提高氢储运的安全性能,我国将持续推动低温液氢储运产业化应用,探索有机液体、固态等储运方式应用,整体发展将呈现“气态到多相态”的发展趋势。

加氢站:中国加氢站数量居全球首位,具有区域集中性特点

加氢站是为燃料电池汽车充装氢气燃料的专门场所,作为服务氢能交通商业化应用的中枢环节,是氢能源产业发展的重要基础设施。

我国高度重视加氢站的建设,并积极发布相关政策规划助推加氢站的建设与布局(表3)。2014年国家首次发布针对加氢站的补贴政策。2019年推动加氢设施建设正式写入政府工作报告。2020年财政部出台有关开展燃料电池汽车示范应用的政策,“运营至少2座加氢站且单站日加氢能力不低于500公斤”成为示范城市群申报的基础条件,预计未来加氢站至少会从500公斤/天的加注量起步,这对于后期氢能的产业化将起到良好的带动作用。

数据来源:公开资料整理,毕马威分析

从规模来看,目前中国加氢站的数量正逐年增加(图1),2021年中国新建100座加氢站,累计建成数量达218座,位居世界首位。2022上半年国家进一步统筹推进加氢网络建设,全国已建成加氢站超270座。

数据来源:公开资料整理,毕马威分析

从加氢站的区域分布来看,当前我国加氢站可实现除西藏、青海、甘肃外的省份全覆盖,覆盖范围较广,同时又具有一定的区域集中性特征。从目前各省、直辖市、自治区建站数量来看,位列前4的省份依次为广东省(超50座)、山东省(接近30座)、江苏省(超20座)、浙江省(超20座)。此外,上海由于在氢能源领域起步较早及地方政策优势,是建设加氢站数量最多的直辖市。

根据氢气的储存状态,加氢站可分为高压氢气加氢站和液氢加氢站。总体而言,中国加氢站的技术尚未成熟,关键设备依赖进口。高压氢气加氢站主要由压缩系统、储氢系统和加注系统组成,由于国内缺乏成熟量产的加氢站设备厂商,当前设备费用占比较高。目前我国常建的高压氢气加氢站的造价约为1500万元,据专家推测,未来加氢站仍有30%-40%的降本空间。当前国内氢能应用规模有限,但随着未来需求的增加和加氢站的推广,加氢环节的关键设备亟需国产化。国家或将进一步出台支持政策,加快加氢站核心设备自主研发进程,实现关键设备国产化,提高氢能商业化的经济性。

由于液氢密度较高,在相同的加氢量下,液氢加氢站的单位投资低于高压气氢加氢站,具有一定的成本优势。从数量来看,2020年全球液氢加氢站约占加氢站总量的33%。相较之下,中国在液氢加氢站的建设上起步较晚,2021年底全国首座液氢油电综合功能服务站正式启用。从技术维度来看,液氢装备制造核心技术基本被德国、法国垄断,中国在液氢站方面的技术研发与攻关还有待加强。

在确保安全的前提下,站内制氢、储氢和加氢一体化的加氢站等新模式也正在积极探索中,《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》中鼓励充分利用站内制氢生产成本低的优势,推动氢能分布式生产和就近利用。此外,中石化等企业也在探索充分利用固定资产,依法依规利用现有加油加气站的场地设施改扩建加氢站。

编辑:敬之