全球氫儲運(yùn)與供應(yīng)鏈發(fā)展趨勢觀察

由上不難看出，各國氫能供應(yīng)“動脈”的建設(shè)正在加速，助推全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁進(jìn)快速發(fā)展時(shí)代。本篇為全球氫能觀察2021系列研報(bào)的第三篇——全球氫儲運(yùn)與供應(yīng)鏈發(fā)展趨勢觀察，以當(dāng)前氫能供應(yīng)鏈形式、多種儲運(yùn)方式成本對比及各情景下儲運(yùn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展為視角，對未來全球氫能儲運(yùn)發(fā)展趨勢進(jìn)行梳理，讓我們一起開啟氫能新視野。

未來全球氫儲運(yùn)成本或低于2-3美元/公斤

隨著氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提升，氫儲存、配送、運(yùn)輸在整個(gè)氫供應(yīng)鏈中的重要性日益凸顯。當(dāng)前國際間的氫供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，是由于各國及地區(qū)可再生能源稟賦及利用率、傳統(tǒng)化石能源（天然氣、煤炭、石油等）對外依存度、現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施及其建造的便利性和時(shí)效性、土地使用限制（危化品管制）等差異導(dǎo)致的氫供應(yīng)成本不均，迫使部分用氫需求較大、但氫供應(yīng)成本過高的國家和地區(qū)（如歐洲、韓國、日本及我國部分地區(qū)）采取從供應(yīng)成本較低的國家和地區(qū)進(jìn)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(qū)氫源稟賦不同，氫應(yīng)用規(guī)模大小、形式各異等因素影響，氫儲運(yùn)可根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整，主要構(gòu)建出三種氫供應(yīng)鏈：在可再生能源或傳統(tǒng)化石能源資源（煤炭、石油、天然氣）富集地區(qū)，大型氫供應(yīng)中心采用就地制氫并直接應(yīng)用，這樣氫儲運(yùn)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(qū)域內(nèi)短途氫運(yùn)輸?shù)姆绞焦洌?strong>在缺少氫源的地區(qū)，采購商將依賴進(jìn)口或長途氫能運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行儲運(yùn)。（見圖2）。

圖2：氫供應(yīng)鏈及儲運(yùn)成本架構(gòu)

預(yù)計(jì)到2030年，全球大規(guī)模綠氫生產(chǎn)基地和運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施布局完備，屆時(shí)氫可以從澳大利亞、智利或中東等地運(yùn)送到美國、歐洲、日本等需求中心地區(qū)，儲運(yùn)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(jīng)濟(jì)性的儲運(yùn)成本，將促成全球氫能貿(mào)易格局，釋放更多氫能應(yīng)用（例如運(yùn)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(yùn)輸路線的港口氫氣到岸成本預(yù)測

多形式儲運(yùn)筑成靈活高效的全球氫供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)

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

對于中短距離運(yùn)輸，在現(xiàn)有管道的基礎(chǔ)上，經(jīng)改造后輸氫，可實(shí)現(xiàn)最低的儲運(yùn)成本（500公里以內(nèi)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(wěn)定的地區(qū)，以卡車運(yùn)輸氫（氣態(tài)或液態(tài)）是最經(jīng)濟(jì)的選擇（每300公里約1.2美元/公斤的儲運(yùn)成本），根據(jù)最終應(yīng)用及需求規(guī)?？蛇x擇高壓氣態(tài)或低溫液態(tài)方式進(jìn)行儲運(yùn)。

對于長距離運(yùn)輸，應(yīng)用新建或改造后的海底輸氫管道進(jìn)行大規(guī)模氫氣運(yùn)輸，成本比航運(yùn)更具經(jīng)濟(jì)性，但并非適用于所有國家和地區(qū)。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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。同時(shí)由于三種形態(tài)的儲運(yùn)成本差距較小，因此最佳儲運(yùn)方式取決于目的地的終端應(yīng)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(yùn)形式對比

從長遠(yuǎn)來看，氫氣管道運(yùn)輸是最具成本效益的儲運(yùn)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(zhì)，也可以作為存儲介質(zhì)。氫氣管道的實(shí)際建設(shè)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(qū)有鼓勵(lì)改造天然氣管道的政策，具有一定成本優(yōu)勢。例如，在荷蘭，允許企業(yè)逐步淘汰天然氣應(yīng)用，并在原有的天然氣管道基礎(chǔ)上改造成氫氣管道。

根據(jù)目前的項(xiàng)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(jù)新建或改造的具體條件和建設(shè)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(shè)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(yè)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(guī)模建設(shè)才具有經(jīng)濟(jì)性。（見圖5）

圖5：氫氣管道對比表

對于長距離的海上運(yùn)輸，氫氣需要轉(zhuǎn)換成能量密度更大的形態(tài)進(jìn)行儲運(yùn)。目前液氫、LOHC和氨的儲運(yùn)技術(shù)更具有競爭力，成本最優(yōu)的解決方案取決于終端應(yīng)用、純度要求和存儲時(shí)間。

如果目的地需要液態(tài)或高純度氫氣，液氫儲運(yùn)的效率最高。與氨和有機(jī)液態(tài)氫相比，液氫無需脫氫或裂解即可轉(zhuǎn)化為氫氣，不僅節(jié)省成本，且無需提純。液氫的主要缺點(diǎn)是體積能量密度相對較低，限制了船運(yùn)的載氫量，同時(shí)儲運(yùn)過程中會有蒸發(fā)損失。雖然液氫儲運(yùn)是一種經(jīng)過驗(yàn)證和商業(yè)化的技術(shù)，但大規(guī)模液氫儲運(yùn)仍處于試運(yùn)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(yùn)輸比液氫儲運(yùn)更具經(jīng)濟(jì)行。但氨后續(xù)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(qū)域會有儲運(yùn)限制；液態(tài)有機(jī)儲氫可以應(yīng)用現(xiàn)有的柴油基礎(chǔ)設(shè)施，長期安全儲存氫，且不會發(fā)生損耗。但LOHC的主要缺點(diǎn)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(yù)測了2030年從沙特阿拉伯向西歐運(yùn)輸綠氫的三種儲運(yùn)成本構(gòu)成情況，包括制氫成本，到岸價(jià)格在3-5美元/公斤。）

圖6：從沙特阿拉伯運(yùn)往歐洲的綠氫成本構(gòu)成

中國將構(gòu)建安全、高效、多元的氫儲運(yùn)網(wǎng)絡(luò)

目前，我國液氫、有機(jī)液態(tài)儲氫等新型氫儲運(yùn)技術(shù)還不成熟，仍主要以高壓氣態(tài)形式進(jìn)行氫儲運(yùn)。當(dāng)前行業(yè)正積極推進(jìn)液氫儲運(yùn)的示范運(yùn)行，并進(jìn)行天然氣摻氫、管道輸氫、有機(jī)液體儲運(yùn)、固體材料儲運(yùn)等技術(shù)的開發(fā)和布局。

國內(nèi)氫儲運(yùn)技術(shù)未來的主要發(fā)展方向是推進(jìn)70MPaIV型瓶的標(biāo)準(zhǔn)出臺和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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(chǎn)民用液氫技術(shù)和裝備的逐步突破。預(yù)計(jì)在2025年可以實(shí)現(xiàn)70MPaIV型瓶的廣泛使用，初步實(shí)現(xiàn)液氫裝備自主化，開展一批液氫存儲示范項(xiàng)目；至2030年，98MPaIV型瓶將實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，氣瓶成本進(jìn)一步下降，液氫裝備可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，成本顯著下降，在中遠(yuǎn)距離大規(guī)模儲運(yùn)方面實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。遠(yuǎn)期（2050年）氫氣管網(wǎng)將密布于城市、鄉(xiāng)村，車載儲氫將采用更高儲氫密度、更高安全性的儲氫技術(shù)。

我國“三北”地區(qū)風(fēng)光資源尤其豐富，也是棄風(fēng)棄光率較高的區(qū)域。未來隨著國內(nèi)大循環(huán)的推動、儲運(yùn)技術(shù)逐步突破及氫能儲運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)布局，三北地區(qū)利用豐富的可再生資源制氫，并通過儲運(yùn)網(wǎng)絡(luò)輸送到用氫集聚區(qū)，實(shí)施“西氫東輸”戰(zhàn)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(qū)風(fēng)光資源利用率，拓寬全國氫能產(chǎn)業(yè)貿(mào)易市場。

敬請期待《全球氫能觀察2021》系列研報(bào)之四：全球氫能終端應(yīng)用趨勢觀察