电力设备与新能源行业氢能深度系列四~储运篇：氢经济发展之纽带，具备千亿市场潜力

氢能深度系列四—储运篇：氢经济发展之纽带，具备千亿市场潜力 投资要点：作为氢能深度系列之四，本报告从定性及定量角度研究氢储运环节各储运方式特点及适用性，并从氢能不同发展阶段的角度探索氢储运投资主线。 行业整体情况分析 氢储运承上启下，千亿级市场规模。储运是氢能产业连中连接制氢端与需求端的关键桥梁。我国氢能资源呈逆向分布，在资源上“西富东贫、北多南少”，在需求上则相反，这就决定了储运环节在整个氢能产业链的重要性。据氢能联盟预测，到2040年，我国氢气年需求量将增至5700万吨，庞大的氢能需求将带来5200亿左右的储运设备市场规模。 储运技术丰富多样，由近及远多方向协同发展。按照氢的不同形态，可将氢储运分为气态、液态、固态储运。氢能发展初期，氢用量及半径相对较小，此时高压气态储运更具性价比；氢能发展中期，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、高安全管道输氢将被实现。总体而言，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。 行业前瞻或投资看点 随着氢能产业中长期发展规划落地，氢能产业将进入快速发展期，推动储运关键设备及材料需求快速增长。氢能发展初期，与高压气态储运对应的氢气承压设备（如储氢瓶）、气体处理设备（如氢气压缩机、净化设备等）及相关核心材料（如碳纤维、吸附膜等）将率先得到大规模发展；氢能发展中期，用氢规模、运输半径的提升将推动低温液氢储运设备需求增长（如透平膨胀机、正仲氢转换器、液氢泵等）。 投资建议 储运是氢能产业链核心环节之一，也是氢能向规模化发展的基础保障，我们看好氢能储运行业前景，给予“强于大市”评级。根据氢能产业发展不同阶段，给予三条投资主线： 1）氢能发展早期阶段，高压气态储运技术成熟，商业化程度高，其中车载储氢瓶将率先受益氢能车规模提升，建议关注储氢瓶龙头京城股份、中材科技、国富氢能、致远新能等，碳纤维作为高压储氢瓶核心材料同样受益，关注中复神鹰、光威复材； 2）氢能发展中期，低温液氢将满足大规模、长距离氢能需求，低温液化装备作为产业链核心环节将快速发展，建议关注冰轮环境、深冷股份、杭氧股份、鸿达兴业； 3）规模化的氢能储运通常伴随大量的气体处理需求，包括压缩、净化等，建议关注雪人股份、建龙微纳、泛亚微透。 风险提示 核心技术突破不及预期；氢能终端需求不及预期；政策执行不及预期；测算具有主观性，仅供参考。 投资聚焦 在氢能深度系列四中，我们从定性及定量角度，分析了氢能各储运方式技术特点及适用性，结合氢能不同发展阶段的特征，给出相应发展阶段的氢储运投资主线。 研究背景 由于氢储运方式的多样性，根据氢的形态可分为气态、液态、固态储运，各储运方式在使用范围及经济性方面存在显著差异，且伴随氢能产业不同发展阶段，氢储运发展也将随之发生变化。因此本篇系列深度报告侧重点在于梳理各氢储运方式适用性，并结合氢能各发展阶段给出氢储运投资主线。 创新之处 市场多从定性角度单方面分析氢储运产业链的特点及适用性，在本篇系列深度报告中，我们从定性及定量两个维度对各氢能储运方式做深度分析，并且针对性的给出各储运产业链中核心价值环节。 核心结论 1）储运位居氢能产业链关键环节，对应千亿级别的市场规模。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。假设终端氢气售价中，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。 2）氢储运方式多样，将按照“低压到高压”“气态到多相态”的方向发展。氢能发展初期，氢用量及运输半径相对较小，此时高压气态储运更具性价比；氢能发展中期，氢气需求、运输半径将逐步提升，将以气态和低温液态为主；远期来看，高密度、高安全管道输氢、有机液态氢储运将被实现。 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。 图表1：氢储运承上启下，连接氢能生产与终端需求 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。 图表2：我国氢能资源呈逆向分布 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。 图表4：到2040年我国储运设备市场将达5200亿元 图表3：到2040年我国氢气需求量将达5700万吨 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。 图表5：中国氢能储运技术路线展望 2储运技术丰富多样，由近及远多方向协同发展 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： 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； 图表6：不同储氢技术对比 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。 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。 图表7：高压气态氢气储运流程（包括长管拖氢及管道输氢） 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。 图表8：储氢容器向高压化、轻量化发展 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 高压气氢运输主要分为长管拖车和管道运输2种方式。其中，长管拖车运输技术较为成熟，中国常以20MPa长管拖车运氢，单车运氢约为300kg，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，单车运氢可提至700kg。由于中国目前氢能发展处于起步阶段，整体产氢规模较小，氢能利用的最大特点是就地生产、就地消费，氢气的运输距离相对较短，因此多采用长管拖车运输；管道运输的压力相对较低，一般为1~4MPa，具有输氢量大、能耗小和成本低等优势，但是建造管道的一次性投资较大，不适合作为氢能发展初期的运输方式。中国可再生能源丰富的西北地区有望成为未来氢能的主产地，而中国能源消费地主要分布在东南沿海地区。在未来氢能大规模发展的前提下，管道运输可实现氢能的低成本、低能耗、高效率跨域运输。 图表9：长管拖氢适合短距、小规模、就地应用 图表10：管道输氢适合长距、大规模应用 未来长管拖车氢储运成本降低可通过提高储氢压力及生产规模效应来实现 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，所以考虑到经济性问题，长管拖车运氢一般适用于200km内的短距离和运量较少的运输场景。此外可以看出，随着距离增加，20MPa和50MPa运输条件下的成本逐渐分化，50MPa下的成本优势越来越明显，当运输距离为200km时，其成本差距约4元/kg。实际上，超过200km的运输距离将导致拖车及人员配置冗杂的问题。 200km运输距离下，两端充卸及拖车往返时间已达到16h，当运输距离再增大时，需要配置更多的拖车和司机，产生更高的成本费用，经济性降低。 未来长管拖氢储运成本下降的有效路径是：一方面可通过提高储氢压力，实现储氢密度和运输效率都更高的氢气储运方式；另一方面，未来氢气气态储运成本下降的有效路径是扩大相关设备生产量。单位成本将在规模效应下逐步下降。据NREL（National Renewable Energy Laboratory）预测，当储氢容器需求量从10增加到100个时，储氢容器成本可下降约45%。 图表11：不同运输距离下20MPa与50MPa长管拖氢储运成本对比（元/kg） 图表12：扩大储氢设备生产规模可大幅降低储运固定成本（万美元/个） 管道运输是氢能产业发展成熟阶段实现氢气长距离、大规模运输的必然趋势，当前发展初期阶段可积极探索天然气管道掺氢输送 从氢能规模化、长远发展看，高压气氢、低温液氢输运方式远不能实现氢能的规模化及大面积区域辐射，管道输运是未来发展的必然趋势。目前，欧洲和美洲是世界上最早发展氢气管网的地区，已有70年历史，在管道输氢方面已经有了很大规模，根据美国太