氢能、燃料电池行业产业链系列报告之十四：氢储运短中长期发展推演，气、液、管道逐步过渡

短期近距离气氢拖车，中期气氢拖车短距离与液氢长距离结合，长期管道输氢。储运环节成为氢能大规模应用下重点突破环节，高密度、轻量化、低成本、多元化的氢储运体系逐步建立。综合全文测算，液态储氢（液氢、液氨、甲醇）和管道运输成本对距离不敏感，均适用于长距离储运，气氢拖车对距离较为敏感，更适用于短距离。 短期：运输距离在300km以内时气氢拖车较为经济，因此当前加氢站应尽可能分布在氢源附近； 中期：液氢及储运装备发展相对成熟时，液氢运输将成为长距离运输主流，形成“短距离气氢拖车，长距离液氢槽车”运输格局，辅之液氨和甲醇载氢在特定场景和液氢装备尚未成熟前过渡使用； 长期：能源结构逐步转型下，对氢能的需求大且稳定，加氢站和应用场景已全面铺开，管道输氢前期投入大将不再是阻碍，管道输氢将成为最为经济的输氢方式。 长管拖车气氢运输适用短距离运输，中短期氢气需求量提升对运氢降本效果显著。氢能运输当前主要以高压气氢运输为主，其经济性范围半径在300公里内，适用于短距离运输，短期降本方向主要为提高拖车氢瓶工作压力，运用III/IV型氢瓶替换当前的I型瓶；长期降本方向为增加终端用氢需求，推广燃料电池汽车及其他领域应用。 低温液氢适合长距离大规模运输，液氢装备逐步国产化。未来中期将实现长管拖车气氢运输与液氢运输相互配合的输氢格局，此前国内液氢设备主要依赖于进口，但近年来国内积极在氢液化系统集成方面开发，液氢装备开始出现国产化替代趋势，未来液氢产能有望迅速提升。建议关注液氢装备及储运领域的相关企业。 液氨载氢为气氢向液氢过渡阶段的替代，适用长距离大规模运输。液氨载氢成本对距离不敏感，也适用于长距离大规模运输，可在常温常压下进行运输，但长期看大规模下其运氢成本高于液氢，因而液氨载氢可成为中短期内在液氢设备成熟前的长距离氢运输过渡技术。 管道输氢经济性最强，是未来运氢的终极方向。管道纯氢运输方式由于前期管道建设投入大，在当下用氢规模较小且分散的情况下经济性有限；由于全球天然气管网建设相对健全，因此天然气掺氢可作为中短期管道输氢降本较为有效的方式；从长期看，氢能产业较为成熟、用氢规模大且集中稳定时，纯氢管道运输将成为主流输氢方式。 电解水及氢气需求端放量下，安全高效输氢技术是氢能大规模商业化发展的前提，建议关注昇辉科技、亿利洁能、华电重工、石化机械、兰石重装。 技术研发进度不及预期；下游氢能需求不及预期；政策落地不及预期；项目落地速度不及预期。 短期近距离气氢拖车，中期气氢拖车短距离与液氢长距离结合，长期管道输氢。 综合全文测算来看，从时间维度来看，我们认为：短期内以气氢拖车近距离运输为主，中期气氢拖车短距离与液氢长距离运输结合为主，长期将以管道输氢为主。液态储氢（低温液氢、液氨载氢、甲醇载氢）以及管道运输成本对运输距离都不敏感，均适用于长距离储运，而气氢拖车对运输距离较为敏感。 短期来看，当运输距离在300km以内时气氢拖车较为经济，因此当前加氢站应尽可能分布在氢源附近。 中期来看，当氢能产业进一步发展，液氢装备及储运装备发展相对成熟时，液氢运输将成为长距离运输主流，将形成“短距离气氢拖车，长距离液氢槽车”的运输格局，辅之液氨和甲醇载氢在某些特定场景和液氢装备尚未成熟前过渡使用。 长期来看，能源结构逐步转型下，对氢能的需求大且稳定，加氢站和应用场景已全面铺开，管道输氢前期投入大将不再是阻碍，管道输氢将成为最为经济的输氢方式。 图表1：不同方式氢气储运成本比较 结合成本和能耗两方面因素综合考虑，我们认为：气氢拖车运输适合小规模、短距离运输情景；气氢管道运输适合大规模、长/短距离运输情景；液氢罐车运输适合大规模、长距离运输，相关储氢罐制造、碳纤维生产、液氢装备、管道钢材及配套装备厂商受益。 从运输距离角度分析：1）长管气氢拖车适合短距离运输；2）液氢运输适合长距离运输；3）管道气氢未来在氢能需求规模大且稳定的情况下有望成为主流运氢方式。 从成本角度分析：1）气氢拖车运氢成本受规模影响不大，主要受距离因素影响； 2）液氢罐车运氢成本随着运输规模的增大大幅降低，随运输距离的增大而略微上升，但上升幅度远小于气氢拖车的运输方式；3）管道输氢中投资成本在运氢成本中占最大份额，适用于运氢规模大，远/近运输距离场景均适用。 从能耗角度分析：气、液、管道三种运氢方式的单位能耗与运氢规模基本无关，仅与运输距离有关。1）管道输氢方式的能耗最低；2）液氢罐车运输则在氢气液化之后，由于其高能量密度，仅需少量柴油消耗满足车辆运行，因此运输距离对液氢罐车运输方式能耗的影响幅度很小。 从板块受益角度分析：1）长管气氢拖车运输需求增长将带动氢气储罐需求上升，未来高压氢罐降本驱动主要为提高拖车氢瓶工作压力（使用III/IV型氢瓶替换当前的I型瓶）以及终端用氢需求放量，对应氢瓶制造和碳纤维相关企业受益； 2）液氢罐车大规模普及时，将带动配套液氢设备需求高增，布局液氢设备相关企业受益；3）管道运输建设将带动相应钢材、压缩机等配套材料与设备的需求，可制备输氢管道钢材及配套设备企业将受益。 图表2：不同运输规模和运输距离下的三种运氢模式成本比较（T:气氢拖车；P：管道输氢；L：液氢储运） 1.1构建多元化氢储运体系，向高密度、轻量化、低成本、多元化发展 逐步构建高密度、轻量化、低成本、多元化的氢能储运体系。2022年3月，我国发改委发布《氢能产业发展中长期规划（2021-2035）年》，规划提出要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；推动液氢储运产业化应用，探索固态、深冷高压、有机液体等储运方式应用；开展掺氢天然气管道、纯氢管道等试点示范；逐步构建高密度、轻量化、低成本、多元化的氢能储运体系。 图表3：氢能产业发展中长期规划（2021-2035）内容 1.2储运环节成为氢能大规模应用下重点突破环节，涵盖气、液、固三类方式 氢气需求高增和应用范围扩大，储运环节成为氢能大规模应用下重点突破环节。氢能储运路线将从低压到高压、气态到多相态发展，逐步提高氢气储运能力。当前国内氢气用量及运输半径相对较小，氢气的运用主要发生在氢源附近，因此高压气态运输的方式较为经济。随着氢能市场的深入发展，氢气的需求半径扩大，运输方式将由高压气态向甲醇、液氨为储氢载体过渡，并持续向以液态形式运输为主发展；从更远期来看，高密度、高安全性的固态储氢、管道输氢等将成为主要的氢能储运方式。按照氢的不同形态，通常将储氢方法分为气态储运（高压气氢、管道氢）、液态储运（低温液态、有机液态）和固态储运三种。 （1）高压气态储氢：技术比较成熟，是我国当前最常用的储氢技术。未来向轻量化、高压化、低成本、质量稳定方向发展，提高经济性和安全性。 （2）低温液态储氢：标况下氢气密度的850倍，沸点低至-252.78℃，对储氢容器的绝热要求高，低温液态储氢目前主要在航天领域得到应用。 （3）有机液态储氢：密度高，储氢条件较为宽松，但目前成本较高，能耗大，尚未广泛应用。 （4）固体储氢：储氢材料可以分为物理吸附型储氢材料和金属氢化物基储氢合金两类，其中，金属氢化物储氢是目前最有希望且发展较快的固态储氢方式，但目前尚处于技术攻关及示范应用阶段。 图表4：气、液、固三种储运方式对比 2.1氢能运输当前以气氢运输为主，采用长管拖车运输高压储氢瓶 氢能运输当前主要以高压气氢运输为主。高压气氢运输可分为长管拖车和管道输送两种。我国当前长管拖车运氢主要采用20MPa的I型钢制储氢瓶（耐压不超30MPa），单车运氢在300kg左右，而国外已经推出50MPa运输用储氢瓶（III型/IV型），单车运氢可达900kg甚至更高，氢瓶耐压越高，单车运氢量就越多。 长管拖车气氢运输场景：将上游高纯氢经由压缩机压缩至20MPa，通过装气柱装入长管拖车氢瓶，再运输至加氢站，拖车车头和管束分离，装有高压氢气的管束在站内经由卸气柱被压入加氢站的高、中、低压储氢瓶组中进行分级存储，最后由加注枪注入终端车用氢瓶中。 图表5：长管拖车气氢运输场景 图表6：高压储氢瓶分类及应用现状 2.2长管气氢拖车适合短距离运输，中短期氢气需求量提升对运氢降本效果显著 长管拖车适合短距离运输，移动式储氢瓶对体积和重量敏感度较高。运输成本对运输距离敏感，拖车储氢瓶工作压力越低越敏感。20MPa长管拖车载氢量约为300kg，30MPa长管拖车载氢量约为600kg，50MPa长管拖车载氢量约为900kg，以运氢量4吨/天测算，当运输距离从50公里增加至600公里时，20MPa长管拖车运输成本由2.4元/kg增加至13.3元/kg；50MPa长管拖车运输成本由1.7元/kg增加至6.1元/kg。由此可见，长管拖车运氢成本随运输距离变化明显，且长管拖车氢瓶工作压力的提高使运氢成本显著降低。预计未来运输用钢瓶有望被碳纤维储氢瓶逐渐替代以降低运氢成本。 中短期氢气需求量提升对运氢降本效果显著。规模效应对气氢拖车运输降本有一定作用，当运氢量从1吨/天提高至10吨/天时，50MPa长管拖车运氢成本由4.1元/kg降为2.7元/kg，降本幅度在30%左右，更大规模的运输降本效果则不明显。可见，近中期内，氢气需求量对运氢成本的降低效果显著，随着未来加氢站以及燃料电池汽车数量进一步增加，短距离运氢成本仍有较大下降空间。 图表7：运输距离对运氢价格的影响（以4t/天为例） 图表8：运氢量对运氢价格的影响（以200km为例） 图表9：长管拖车运氢成本测算关键参数假设 图表10：长管拖车运氢成本构成 综上分析，长管拖车气氢运输适用于短距离运输，中短期氢气需求放量下存在较大降本空间。未来降本驱动主要为提高拖车氢瓶工作压力（使用III/IV型氢瓶替换当前的I型瓶）以及终端用氢需求放量。 图表11：高压氢瓶相关代表企业 3.1低温液氢运输适用于长距离和大规模，度电成本下行和规模化驱动降本 低温液氢运输场景，将上游氢气经过液化厂低温处理变成液态氢，随后由液氢槽车运输至加氢站进行冷却气化，再由加氢站加注枪注入终端车载储氢瓶。 图表12：低温液氢运输场景 低温液氢适用于距离较远，运输量大的应用场景。液氢槽车运氢成本对运输距离并不敏感，因此适用于长距离运输。假设液氢需求量为20吨/天，液氢槽车单车载氢量为4吨，则当运输距离为50km增加到500km时，运输成本仅从13.1元/kg增加到14.0元/kg，随着未来燃料电池汽车的广泛应用，加氢站密度不断增加时，氢气日均需求也将大幅增长，同时液氢的运输成本也将大幅下降，20吨/天液氢满产满销时，运输成本有望降至10元/kg以内。 图表13：低温液氢运输成本测算关键参数假设 图表14：低温液氢成本构成（满产能） 图表15：液氢运输成本对距离不敏感（以20t/天为例） 图表16：液氢运输成本随产能利用率提高大幅下降（以500km为例） 低温液氢运输对电价反应敏感，电价下降则液氢运输降本空间广阔。从液氢运输成本构成来看，电费是主要成本支出，占比过半。以满产能，运输距离500km条件测算，当电价从0.6元/kWh降到0.2元/kWh时，液氢运输成本由9.5元/kg下降至4.5元/kg，降幅达50%左右。 图表17：低温液氢运输成本对电价反应敏感 3.2液氢装备国产化替代趋势，中期将实现气氢与液氢运输配合的输氢格局 液氢装备逐步国产化，中期将实现长管拖车气氢运输与液氢运输相互配合的输氢格局，建议关注液氢装备及储运领域的相关企业。当前液氢运输在日本、美国已成为加氢站运氢的重要方式之一，我国液氢主要在航空航天领域有所应用，民用液氢正在逐步推进。目前全球范围内液氢工厂主要分布于北美，尤其是美国，产能占67%。此前我国液氢设备主要依赖于进口，但近年来我国在氢液化系统集成方面积极开发，液氢装备出现国产化替代趋势，未来液氢产能有望迅速提升。 基于上游电价的快速下降，上游可匹配三北地区可再生能源发电的低廉电价，以及国产液氢装备不断的技术突破，中期看将出现气氢与液氢配合的输氢格