全球氫儲運與供應鏈發展趨勢觀察

由上不難看出，各國氫能供應“動脈”的建設正在加速，助推全球產業發展邁進快速發展時代。本篇為全球氫能觀察2021系列研報的第三篇——全球氫儲運與供應鏈發展趨勢觀察，以當前氫能供應鏈形式、多種儲運方式成本對比及各情景下儲運網絡發展為視角，對未來全球氫能儲運發展趨勢進行梳理，讓我們一起開啟氫能新視野。

未來全球氫儲運成本或低于2-3美元/公斤

隨著氫能產業規模的不斷提升，氫儲存、配送、運輸在整個氫供應鏈中的重要性日益凸顯。當前國際間的氫供應網絡，是由于各國及地區可再生能源稟賦及利用率、傳統化石能源（天然氣、煤炭、石油等）對外依存度、現有基礎設施及其建造的便利性和時效性、土地使用限制（危化品管制）等差異導致的氫供應成本不均，迫使部分用氫需求較大、但氫供應成本過高的國家和地區（如歐洲、韓國、日本及我國部分地區）采取從供應成本較低的國家和地區進口氫來滿足自身需求。（見圖1）。

圖1：全球氫資源及需求中心分布

受全球各地區氫源稟賦不同，氫應用規模大小、形式各異等因素影響，氫儲運可根據實際情況靈活調整，主要構建出三種氫供應鏈：在可再生能源或傳統化石能源資源（煤炭、石油、天然氣）富集地區，大型氫供應中心采用就地制氫并直接應用，這樣氫儲運的成本幾乎為零；較小的采購商，例如加氫站、建筑和家庭供能等，則需要以區域內短途氫運輸的方式供氫；在缺少氫源的地區，采購商將依賴進口或長途氫能運輸網絡進行儲運。（見圖2）。

圖2：氫供應鏈及儲運成本架構

預計到2030年，全球大規模綠氫生產基地和運輸基礎設施布局完備，屆時氫可以從澳大利亞、智利或中東等地運送到美國、歐洲、日本等需求中心地區，儲運成本為有望降低至2-3美元/公斤。低廉的氫獲取成本加上具有經濟性的儲運成本，將促成全球氫能貿易格局，釋放更多氫能應用（例如運輸、化工、冶煉、原料等）的需求（見圖3）。下文將展開討論。

圖3：全球特定運輸路線的港口氫氣到岸成本預測

多形式儲運筑成靈活高效的全球氫供應網絡

氫可以通過三種運輸載體（管道、輪船或卡車）以多種形態在全球范圍內儲運（氫氣、液氫、有機液態氫﹝LOHC﹞、氨、甲醇、LNG/LCO2﹝去程運載液化天然氣、回程運載液態CO2的兩用船﹞和固態儲氫）。全球各地氫儲運方式需要綜合運輸距離、地理位置和終端應用等因素來決策最佳的儲運解決方案。

對于中短距離運輸，在現有管道的基礎上，經改造后輸氫，可實現最低的儲運成本（500公里以內的管道輸氫成本可低于0.1美元/公斤）。但對于無管道分布或氫需求不穩定的地區，以卡車運輸氫（氣態或液態）是最經濟的選擇（每300公里約1.2美元/公斤的儲運成本），根據最終應用及需求規模可選擇高壓氣態或低溫液態方式進行儲運。

對于長距離運輸，應用新建或改造后的海底輸氫管道進行大規模氫氣運輸，成本比航運更具經濟性，但并非適用于所有國家和地區。在沒有管道的情況下，目前主要以液氫、LOHC和氨的形式儲存，并以船實現遠距離運輸。同時由于三種形態的儲運成本差距較小，因此最佳儲運方式取決于目的地的終端應用形式、氫氣純度和壓力水平等因素（見圖4）。

圖4：各種氫儲運形式對比

從長遠來看，氫氣管道運輸是最具成本效益的儲運方式，管道輸氫可僅以輸電線路1/8的成本傳輸其10倍的能量。此外，氫氣管道的使用壽命比輸電線路更長，并具有雙重功能，既可以作為綠色能源的傳輸介質，也可以作為存儲介質。氫氣管道的實際建設成本由材料、距離、管徑、壓力、社會成本及其他條件決定。部分國家和地區有鼓勵改造天然氣管道的政策，具有一定成本優勢。例如，在荷蘭，允許企業逐步淘汰天然氣應用，并在原有的天然氣管道基礎上改造成氫氣管道。

根據目前的項目來看，陸上氫氣管道的改造成本約為60-120萬美元/公里，新建管道成本約為220-450萬美元/公里；對于海上/海底氫氣管道，根據新建或改造的具體條件和建設難度，成本要比陸上管道高出1.3到2.3倍；而短途配送管道由于其較小的管徑和較低的壓力要求，建設和改造成本比傳輸管道便宜得多（大約只占傳輸管道成本的15%），但只有未來住宅和商業建筑對氫氣的需求超過天然氣摻氫臨界值（20%）的情況下，短途配送管道的大規模建設才具有經濟性。（見圖5）

圖5：氫氣管道對比表

對于長距離的海上運輸，氫氣需要轉換成能量密度更大的形態進行儲運。目前液氫、LOHC和氨的儲運技術更具有競爭力，成本最優的解決方案取決于終端應用、純度要求和存儲時間。

如果目的地需要液態或高純度氫氣，液氫儲運的效率最高。與氨和有機液態氫相比，液氫無需脫氫或裂解即可轉化為氫氣，不僅節省成本，且無需提純。液氫的主要缺點是體積能量密度相對較低，限制了船運的載氫量，同時儲運過程中會有蒸發損失。雖然液氫儲運是一種經過驗證和商業化的技術，但大規模液氫儲運仍處于試運營階段；氨擁有比液氫更高的體積能量密度，因此以氨的形式運輸比液氫儲運更具經濟行。但氨后續裂解成氫的成本較高，且可分離的氫純度較低。此外，由于氨具有毒性，所以在特定區域會有儲運限制；液態有機儲氫可以應用現有的柴油基礎設施，長期安全儲存氫，且不會發生損耗。但LOHC的主要缺點是脫氫過程需要大量的熱量，且與液氫和氨相比載氫能力有限。（圖6預測了2030年從沙特阿拉伯向西歐運輸綠氫的三種儲運成本構成情況，包括制氫成本，到岸價格在3-5美元/公斤。）

圖6：從沙特阿拉伯運往歐洲的綠氫成本構成

中國將構建安全、高效、多元的氫儲運網絡

目前，我國液氫、有機液態儲氫等新型氫儲運技術還不成熟，仍主要以高壓氣態形式進行氫儲運。當前行業正積極推進液氫儲運的示范運行，并進行天然氣摻氫、管道輸氫、有機液體儲運、固體材料儲運等技術的開發和布局。

國內氫儲運技術未來的主要發展方向是推進70MPaIV型瓶的標準出臺和產業化應用、氣瓶用碳纖維的自主化、降低氫氣液化能耗和氫氣液化成本、國產民用液氫技術和裝備的逐步突破。預計在2025年可以實現70MPaIV型瓶的廣泛使用，初步實現液氫裝備自主化，開展一批液氫存儲示范項目；至2030年，98MPaIV型瓶將實現規模化生產，氣瓶成本進一步下降，液氫裝備可以實現規模化生產，成本顯著下降，在中遠距離大規模儲運方面實現規模化應用。遠期（2050年）氫氣管網將密布于城市、鄉村，車載儲氫將采用更高儲氫密度、更高安全性的儲氫技術。

我國“三北”地區風光資源尤其豐富，也是棄風棄光率較高的區域。未來隨著國內大循環的推動、儲運技術逐步突破及氫能儲運網絡的持續布局，三北地區利用豐富的可再生資源制氫，并通過儲運網絡輸送到用氫集聚區，實施“西氫東輸”戰略，不僅解決了東部氫源較少的問題，還將有效提高三北地區風光資源利用率，拓寬全國氫能產業貿易市場。

敬請期待《全球氫能觀察2021》系列研報之四：全球氫能終端應用趨勢觀察