全球氫儲運與供應(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)展邁進快速發(fā)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(yīng)鏈發(fā)展趨勢觀察，以當前氫能供應(yīng)鏈形式、多種儲運方式成本對比及各情景下儲運網(wǎng)絡(luò)發(fā)展為視角，對未來全球氫能儲運發(fā)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(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提升，氫儲存、配送、運輸在整個氫供應(yīng)鏈中的重要性日益凸顯。當前國際間的氫供應(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，氫儲運可根據(jù)實際情況靈活調(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)短途氫運輸?shù)姆绞焦洌?strong>在缺少氫源的地區(qū)，采購商將依賴進口或長途氫能運輸網(wǎng)絡(luò)進行儲運。（見圖2）。

圖2：氫供應(yīng)鏈及儲運成本架構(gòu)

預(yù)計到2030年，全球大規(guī)模綠氫生產(chǎn)基地和運輸基礎(chǔ)設(shè)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(qū)，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(jīng)濟性的儲運成本，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(yù)測

多形式儲運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（氫氣、液氫、有機液態(tài)氫﹝LOHC﹞、氨、甲醇、LNG/LCO2﹝去程運載液化天然氣、回程運載液態(tài)CO2的兩用船﹞和固態(tài)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(yīng)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(xiàn)有管道的基礎(chǔ)上，經(jīng)改造后輸氫，可實現(xiàn)最低的儲運成本（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)，以卡車運輸氫（氣態(tài)或液態(tài)）是最經(jīng)濟的選擇（每300公里約1.2美元/公斤的儲運成本），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)方式進行儲運。

對于長距離運輸，應(yīng)用新建或改造后的海底輸氫管道進行大規(guī)模氫氣運輸，成本比航運更具經(jīng)濟性，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，并以船實現(xiàn)遠距離運輸。同時由于三種形態(tài)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(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(zhì)，也可以作為存儲介質(zhì)。氫氣管道的實際建設(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(zhuǎn)換成能量密度更大的形態(tài)進行儲運。目前液氫、LOHC和氨的儲運技術(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、純度要求和存儲時間。

如果目的地需要液態(tài)或高純度氫氣，液氫儲運的效率最高。與氨和有機液態(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(fā)損失。雖然液氫儲運是一種經(jīng)過驗證和商業(yè)化的技術(shù)，但大規(guī)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(jīng)濟行。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)域會有儲運限制；液態(tài)有機儲氫可以應(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輸綠氫的三種儲運成本構(gòu)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(gòu)成

中國將構(gòu)建安全、高效、多元的氫儲運網(wǎng)絡(luò)

目前，我國液氫、有機液態(tài)儲氫等新型氫儲運技術(shù)還不成熟，仍主要以高壓氣態(tài)形式進行氫儲運。當前行業(yè)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(shù)的開發(fā)和布局。

國內(nèi)氫儲運技術(shù)未來的主要發(fā)展方向是推進70MPaIV型瓶的標準出臺和產(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)計在2025年可以實現(xiàn)70MPaIV型瓶的廣泛使用，初步實現(xiàn)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(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，氣瓶成本進一步下降，液氫裝備可以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，成本顯著下降，在中遠距離大規(guī)模儲運方面實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。遠期（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、儲運技術(shù)逐步突破及氫能儲運網(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，并通過儲運網(wǎng)絡(luò)輸送到用氫集聚區(qū)，實施“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》系列研報之四：全球氫能終端應(yīng)用趨勢觀察