1、2022 年深度行业分析研究报告 1. 储氢：四大方式，各有千秋 . 6 1.1 高压气态储氢：当前最成熟的储氢技术，占绝对主导地位 . 8 1.2 低温液态储氢：尚处起步阶段，未来大规模用氢的良好解决方案 . 10 1.3 有机液态储氢：最具发展潜力的氢气低价储运技术之一 . 12 1.4 固态储氢：尚处示范阶段 . 15 2. 运氢：与储氢方式密不可分，方式多样 . 17 2.1 气氢输送：高压气氢运输与管网运输将成为未来短距离与长距离运输的主要途径 . 18 2.2 液氢输送：液氢槽车运输及 LOHC 运输将成中期大规模、长距离运输主要途径 . 20 2.3 固氢输送：仍处试验阶段、未来

2、有望丰富短距离运氢途径 . 22 3. 氢储运设备空间巨大，关注储氢瓶及碳纤维 . 23 3.1 未来 10 年加氢站扩充 10 倍，车载储氢瓶迎来黄金十年 . 23 3.2 车载储氢瓶蓄势待发，推动碳纤维产业进入新高度 . 26 4. 液氢产业链突围在即，关注民用液氢领域的突破 . 29 4.1 液氢制取：液氢产业链核心环节 . 29 4.2 液氢储运：确保液氢优越性 . 32 4.3 液氢加氢站：氢气大规模发展必经之路 . 33 4.4 民用液氢项目快速布局，2030 年氢液化设备空间近千亿 . 36 4.5 相关公司情况整理 . 39 5. 燃料电池步入快车道，储运氢各领域龙头强者恒强

3、. 40 目录 图表目录 图 1：氢能全产业链示意图 . 6 图 2：装载高压无缝气瓶的氢气长管拖车 . 9 图 3：北京飞驰竞力加氢站大容积全多层高压储氢容器 . 9 图 4：低温液氢生产流程图 . 10 图 5：大型液氢球型储罐 . 11 图 6：LNG 罐式集装箱 . 11 图 7：氢气有机液态储运过程示意图 . 13 图 8：有机物储氢在可再生能源储能中的角色 . 14 图 9：固体储氢材料分类 . 15 图 10：氢能运输结构图 . 17 图 11：不同运量、运距对于储运方式选择的影响（美元/kg H2） . 17 图 12：高压气氢运输流程 . 19 图 13：氢气管道对比 . 1

4、9 图 14：液氢公路槽车 . 21 图 15：LOHC 大宗储运的方式 . 22 图 16：LOHC 的跨洋运输与国际氢贸易 . 22 图 17：储氢承压设备体系 . 23 图 18：输氢承压设备体系 . 24 图 19：2015-2020 年我国碳纤维应用总量（吨） . 26 图 20：2020 年全球碳纤维应用分布 . 27 图 21：2020 年我国碳纤维应用分布 . 27 图 22：700bar，IV 型，5.6kg 储氢罐成本拆分 . 28 图 23：20182021H1 中复神鹰压力容器用碳纤维售价情况 . 28 图 24：液氢产业链 . 29 图 25：不同氢液化方法的能耗 .

5、 30 图 26：氢膨胀制冷氢液化循环流程 . 31 图 27：氦膨胀制冷氢液化循环流程 . 31 图 28：气氢加氢站与液氢加氢站工作流程 . 33 图 29：中科富海 1.5TPD 氢液化装置 . 38 图 30：中科富海 5TPD 氢液化装置 . 38 表 1：储氢技术对比 . 7 表 2：氢气压缩机对比 . 8 表 3：储氢瓶组类别 . 9 表 4：有关液氢的三项国家标准 . 12 表 5：几种典型的有机物储氢介质的储氢性能 . 13 表 6：有机物储氢介质三大体系优缺点对比 . 14 表 7：各类储氢合金的代表性氢化物及一些性能参数 . 15 表 8：一些典型碳材料的储氢性能 . 1

6、6 表 9：高压气氢、液氢、镁基固态储氢运营段经济性对比 . 22 表 10：高压储氢瓶市场空间测算 . 25 表 11：高压储氢罐用碳纤维需求测算 . 28 表 12：高压气氢和液氢储运成本对比 . 32 表 13：加氢站投资成本拆分 . 34 表 14：液氢泵优点 . 36 表 15：美国加州规划的 111 座加氢站成本. 36 表 16：氢液化生产线分布 . 36 表 17：液氢最新进展 . 37 表 18：氢液化装置市场空间测算 . 38 表 19：液氢非上市公司情况介绍 . 40 表 20：可比公司估值表 . 41 1. 储氢：四大方式，各有千秋 氢储运承上启下，方式多样，主要包括气

7、态储氢、液态储氢和固态储氢。氢能产业链包含三个关键环节：氢的制取、氢的储运以及氢的应用。氢的储运作为承上启下的一个环节，必须解决该环节中的技术和经济问题，氢能才能真正走进人们的日常生活。在氢经济中，制氢环节结束后，需要远程输送或者直接储存起来。由于标准状态下氢气的体积能量密度很低，是汽油的 1/3000，因此实现氢经济的一个先决条件是在较高的体积能量密度下输送和储存氢气。氢的储存方式根据其存在状态可以分为三大类：气态储氢、液态储氢和固态储氢。其中，固态储氢方式很多，分为物理吸附储氢、金属氢化物储氢、复杂氢化物储氢、直接水解制氢（即储氢与产氢一体化）等多种类型。开发不同储氢方式的宗旨是在安全且经

8、济的情况下，尽可能降低氢气的体积，获得高的体积储氢密度和质量储氢密度。 图 1：氢能全产业链示意图 资料来源： 氢能储运技术现状及其在电力系统中的典型应用 ，申万宏源研究 四大储氢方式各有千秋。通过对比 4 种储氢技术，高压气态储氢是目前应用最广，技术最为成熟，但是在安全性和储氢密度方面天然存在瓶颈；低温液态储氢技术在单位质量和单位体积储氢密度具有绝对优势，但是由于在液化过程中能耗大，以及对储氢容器的绝热性能要求极高等原因，储存成本过高；有机液态储氢安全性更高，能够在常温常压下满足长期、长距离、大规模的氢气储运需求，并且能够借助已有的油品储运设备设施，与石油石化产业协同发展，但是目前由于脱氢能

9、耗偏高、脱氢催化剂开发难度大、有机物随着 循环次数增加储氢性能下降等问题，距离大规模商业化还有一段时间；固体材料储氢拥有巨大潜力，但目前还处于研究阶段。 表 1：储氢技术对比 储氢方式 体积储氢密度（kg/m3） 质量储氢密度/% 压力/bar 温度/K 优点 缺点 发展现状 气态储氢 高压气态储氢 约 33 13 800 298 技术成熟； 结构简单； 充放氢速度快； 成本及能耗低； 运输方便 体积储氢密度低；安全性能较差 技术最为成熟，目前主要应用：普通钢瓶；少量储存； 轻质高压储氢罐；多用于氢燃料电池 液态储氢 低温液态 71 约 40 1 21 单位体积储氢密度大， 单位质量热值高；

10、远距离输运成本低；加注效率高； 安全性相对较好 氢液化能耗大；储氢容器要求高 大量、远距离储运，主要用于火箭低温推进剂等航空航天领域；关键设备和系统仍依赖进口，由于民用成本过高，目前在运营的民用液氢工厂较少，且单套产能较小，多为示范应用工程。 有机液态 6.187.29 - 1 常温 液氢纯度高； 单位体积储氢密度大； 运输十分便利； 安全性高 成本高；能耗大；操作条件苛刻 应用少，仍处于技术攻关阶段 固态储氢 物理吸附储氢 150 100 14 1 298 资料来源：氢能储运技术现状及其在电力系统中的典型应用、液氢储运技术及标准化、氢能储存与输运、申万宏源研究 1.1 高压气态储氢：当前最成

11、熟的储氢技术，占绝对主导地位 高压气态储氢是目前工程化程度最高的储氢技术， 储氢密度、 安全性、 成本相互制约。高压气态储氢是指将氢气压缩在储氢容器中， 通过增压来提高氢气的容量， 满足日常使用。这是一种应用广泛、灌装和使用操作简单的储氢方式，其优点是设备结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快，是目前占绝对主导地位的储氢方式。其缺点是储氢密度低，安全性较差。通过加压的方式可以提升储氢密度，但是并非压力越高越好，压力越高，对储氢罐材质、结构要求也随之升高，成本会大幅增加，安全性也难以保障。 高压气态储氢关键环节在于压缩和储存。压缩过程的关键在于氢气压缩机的选用，氢气压缩机有往复式、膜式、

12、离心式、回转式、螺杆式等类型。不同的压缩机流量、吸气及排气压力等参数不同。压缩机可以视为一种真空泵，它将系统低压侧的压力降低，并将系统高压侧的压力提高，从而使氢气从低压侧向高压侧流动。工程上，氢气的压缩有两种方式:1）直接用压缩机将氢气压缩至储氢容器所需的压力后存储在体积较大的储氢容器中;2）先将氢气压缩至较低的压力(如 20MPa)存储起来，需加注时，先引入一部分气体充压，然后启动氢压缩机以增压，使储氢容器达到所需的压力。 表 2：氢气压缩机对比 氢气压缩机类型 压缩比 工作原理 应用场景 特征 往复式压缩机 3:1-4:1 利用气缸内的活塞来压缩氢气； 曲轴的回转运动转变为活塞的往复运动。

13、 压力在 30MPa 以下的压缩机 流量大，但单级压缩比较小，运转可靠度较高，并可单独组成一台由多级构成的压缩机 膜式压缩机 20:1 靠隔膜在气缸中做往复运动来压缩和输送气体的往复压缩机； 隔膜沿周边由两限制板夹紧并组成气缸，隔膜由液压驱动在气缸内往复运动，从而实现对气体的压缩和输送。 压力在 30MPa 以上 容积流量较小 压缩比高；压力范围广；密封性好；无污染；氢气纯度高；但流量小 离心式压缩机 通过叶轮转动，将离心力作用于氢气，迫使氢气流向叶轮外侧，压缩机壳体收集氢气，并将其压送至排气管，氢气流向外侧时会在连接有进气管的中心位置形成一个低压区域。 大型氢气压缩机组 螺杆式压缩机 容积式

14、压缩机的一种，氢气从进口处进入至出口处排出，完成一级压缩 大型氢气压缩机组 回转式压缩机 容积式压缩机的一种，采用旋转的盘状活塞将氢气挤压出排气口 主要用于小型设备系列 只有一个运动方向，没有回程 与同容量的往复式压缩机相比，体积要小得多效率极高，几乎没有运动机构 资料来源：氢气储存和输运、申万宏源研究 储氢容器通过对其内部的结构和材料的迭代来提升单位质量储氢密度。高压氢气通常用圆柱形高压气罐或者气瓶灌装。高压储氢容器技术的发展历史主要由金属储氢容器、金属内衬环向缠绕复合储氢容器、金属内衬环向+纵向缠绕复合储氢容器、螺旋缠绕容器以及全复合塑料内衬储氢容器等阶段组成。目前，高压气态储氢容器主要分

15、为纯钢制金属瓶（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）。回顾储氢容器的演变过程，其本质是通过改变结构及材料，提升单位质量储氢密度。与最早的金属储氢容器不同的是，II、III、IV 代高压储氢容器通过在内胆外缠绕多种纤维固化后形成增强结构，通过不改善内衬材料及纤维缠绕模式，不断提升高压复合储氢罐的承压能力和质量储氢密度。 表 3：储氢瓶组类别 类型 I 型瓶 II 型瓶 III 型瓶 IV 型瓶 材质 铬钼钢 钢制内胆 纤维环向缠绕 铝内胆 纤维全缠绕 塑料内胆 纤维全缠绕 工作压力(MPa) 17.5-20 26.3-30 30-

16、70 30-70 应用情况 加氢站等固定式储氢应用 国内车载 国际车载 资料来源：中国氢能源及燃料电池产业白皮书 2019、申万宏源研究 高压气态储氢应用领域主要包括运输、加氢站、燃料电池车。1）运输端：高压氢气的运输主要指将氢气从产地运输到使用地点或者加氢站。采用汽车运输，设备主要为大型高压无缝气瓶或“K“瓶装氢。2）加氢站端：加氢站用高压储氢容器是氢储存系统的重要组成部分。目前高压氢气加氢站所用的存储容器多为高强钢制无缝压缩氢气储罐。3）燃料电池车端：高压气态储氢是目前燃料电池车的主要储氢方式，车载储氢瓶大多使用的是 III 型和 IV 型，使用压力主要为 35MPa 和 70MPa。 图

17、 2：装载高压无缝气瓶的氢气长管拖车 图 3：北京飞驰竞力加氢站大容积全多层高压储氢容器 资料来源： 氢气储存和运输 、申万宏源研究 资料来源： 氢气储存和运输 、申万宏源研究 1.2 低温液态储氢：尚处起步阶段，未来大规模用氢的良好解决方案 低温液态储氢属于物理储存， 是一种深冷氢气存储技术。 氢气经过压缩后， 深冷到 21K（约-253C）以下，使之变为液氢，然后存储到特制的绝热真空容器(杜瓦瓶)中。该方式的优点是氢的体积能量高，液氢密度达到 70.78kg/m3，是标准情况下氢气密度的 850 倍左右，即使在高压下，例如 80MPa 复合高压储氢的体积储氢密度约为 33kg/m3，也远远

18、低于液氢的体积储氢密度。但是液氢的沸点极低（-252.78C），与环境温差极大，对储氢容器的绝热要求很高。对于大规模、远距离的氢能储运，低温液态储氢有较大优势。 图 4：低温液氢生产流程图 资料来源： 21 世纪的能力：氢与氢能 ，申万宏源研究 低温液氢的存储技术关键在于液氢储罐。液氢的体积密度大、质量储氢效率比其他储氢形式都大，但是沸点低（20.3K）、潜热低、易蒸发，因此液氢的存储需使用具有良好绝热性能的液氢储罐。液氢储罐有多种类型，根据其使用形式可分为 1）固定式：固定式液氢储罐可采用多种形状， 常用的包括球形储罐和圆柱形储罐， 一般用于大容积的液氢存储；2）移动式：由于移动式运输工具的

19、尺寸限制，移动式液氢储罐厂采用卧式圆柱形，结构、功能与固定式液氢储罐并无明显差别，但需具有一定抗冲击强度，以满足运输过程中的速度要求；3）罐式集装箱：液氢罐式集装箱与液化天然气罐式集装箱类似，可实现液氢工厂到液氢用户的直接储供，减少了液氢转注过程的蒸发损失，且运输方式灵活。按照绝热方式可分为普通堆积绝热和真空绝热两大类。低温液氢存储的研究热点是无损储存，无损储存的关键在于液氢储罐绝热性能的提升：由传统的被动绝热方式向主动绝热技术转变，将更低导热率、更高低温性能的材料应用于液氢储罐。因此，我们认为大容积、低蒸发率液氢储罐的研发是液氢存储技术发展的重要方向。 图 5：大型液氢球型储罐 图 6：LN

20、G 罐式集装箱 资料来源：Stuart Howes、申万宏源研究 资料来源：中化集团、申万宏源研究 我国低温液氢目前尚处于起步阶段，主要应用于航天航空领域。氢的能量密度高，是普通汽油的 3 倍，这意味着燃料的自重可降低 2/3，这对飞机来讲是极为有利的。与常用的航空煤油相比，用液氢作航空燃料，能够大幅改善飞机各类性能参数。液氢燃料在航天领域是一种难得的高能推进剂燃料，氢氧发动机的推进比冲 I=391s，除了有毒的液氟外，液氢的比冲是最高的，因此在航天领域得到重要应用。此外，液氢由于能够大幅提高氢气的纯度， 在液氢温度下， 氢气中绝大多数有害杂质将被固化去除， 从而得到纯度达 99.9999%以

21、上的超纯氢气， 完全能够满足氢燃料电池的使用标准。 此外， 液氢还可应用在高端制造、冶金、电子等产业领域，但由于目前低产能导致的液氢成本过高，除了航空航天领域，在其他领域基本处于空白阶段。 技术封锁严重限制我国液氢的发展，期待技术突破带动产业化放量。液氢是未来氢能源大规模应用的重要解决方案， 能够使下游用户既便宜又便捷地使用氢能源。 美国、 欧洲、 日本从液氢的储存到使用，包括加氢站全部都有了比较规范的标准和法规，液氢发展产业链比较完备，因此国外将近有 1/3 的加氢站为液氢加氢站。作为液氢生产大国的美国一直对中国采取“严格禁运，严禁交流”的策略，同时还限制其同盟国的公司，例如法液空、林德公司

22、等向中国出售设备和技术。国内之前还存在技术标准和政策规范缺失的问题，但在 2021 年 5 月，我国国家标准委正式发布了三项有关液氢的国家标准，这意味着我国液氢产业的发展终于有法可依，涉足民用液氢领域的企业正逐步增多。国内目前液氢的问题主要是成本高，关键设备和系统仍依赖进口，成本过高也导致了目前民用液氢工厂较少，多为示范应用工程。国内的大型氢液化装置主要需要突破低温氢工况材料选用，氢、氦透平膨胀机研制和正仲氢转化催化剂等技术难题，随着未来技术突破，大型氢液化装置的国产化将快速推进液氢成本下降。 表 4：有关液氢的三项国家标准 国家标准 实施时间 主要内容 使用范围 氢能汽车用燃料液氢 2021

23、/11/1 规定了氢能汽车用燃料液氢的技术指标、试验方法以及包装、标志、贮存及运输的要求 适用于贮罐贮存、管道或罐车输送的质子交换膜燃料电池汽车用燃料液氢 液氢生产系统技术规范 2021/11/1 规定了液氢生产系统的基本技术要求、氢液化装置、液氢贮存、氢气排放、 自动控制与检测分析、 电气设施、防雷防静电及保护接地、辅助设施、安全防护的要求 适用于新建、改建、扩建的液氢生产系统的设计 液氢贮存和运输安全技术要求 2021/11/1 规定了液氢贮存和运输过程中液氢贮罐的设置、 罐车和罐式集装箱的运输、吹扫与置换、安全与防护、事故处理的要求 适用于液氢贮罐、液氢运输车和罐式集装箱的贮存和运输的技

24、术要求 资料来源：国家标准化管理委员会、申万宏源研究 1.3 有机液态储氢：最具发展潜力的氢气低价储运技术之一 有机液态储氢（LOHC）属于化学储存，能够实现常温常压下氢气储运。有机液态储氢是通过加氢反应将氢气与甲烷（TOL）等芳香族有机化合物固定，形成分子内结合有氢的甲基环乙烷（MCH）等饱和环状化合物，从而可在常温和常压下，以液态形式进行储存和运输，并在使用地点在催化剂作用下通过脱氢反应提取出所需量的氢气。有机液态储氢的优点是可在常温常压下以液态输运，储运过程安全、高效，可使用储罐、槽车、管道等已有的油品储运设施，且安全监管部门和公众对 LOHC 的忧虑相比低温液氢和高压气氢要小得多。 但

25、 LOHC 还存在脱氢技术复杂、 脱氢能耗大、 脱氢催化剂技术亟待突破等技术瓶颈。若能解决上述问题，液态有机物储氢将成为氢能储运领域最有希望取得大规模应用的技术之一。 图 7：氢气有机液态储运过程示意图 资料来源： 氢能储运技术现状及其在电力系统中的典型应用 ，申万宏源研究 有机液态储氢（LOHC）的关键在于有机物储氢介质的选择。选择有机物储氢介质重点考虑的性能指标包括：1）质量储氢和体积储氢性能高；2）熔点合适，能使其常温下为稳定的液态；3）成分稳定，沸点高，不易挥发；4）脱氢过程中环链稳定度高，不污染氢气，释氢纯度高，脱氢容易；5）储氢介质本身的成本；6）循环使用次数多；7）低毒或无毒，环

26、境友好等。各国对于有机物储氢介质的选取不同，国内主要研究方向为 N-乙基咔唑、二甲基吲哚等，武汉氢阳能源控股有限公司已完成了千吨级 N-乙基咔唑装置的示范；德国Hydrogenious 公司主要研究方向为二苄基甲苯，已进展到应用示范阶段；日本在此方面处于领先地位， 日本千代田化建公司主要研究方向为甲基环己烷， 在 2020 年实现了全球首次远洋氢运输。上述三类方法是目前最主要走向商业化的三大体系。 表 5：几种典型的有机物储氢介质的储氢性能 储氢介质 化学组成 常温状态 熔点/C 沸点/C 能/% 质量储氢体积储氢能/(kg*m3) 脱氢温度/C 脱氢产物 产物化学组成 产物常温状态 环己烷

27、C6H12 液态 6.5 80.74 7.2 55.9 300320 苯 C6H6 液态 甲基环己烷 CH14 液态 -126.6 100.9 6.2 47.4 300350 甲苯 C7H8 液态 十氢萘 C10H18 液态 -30.4反式 185.5 7.3 65.4 320340 萘 C10H8 固态 十二氢咔唑 C12H21N 固态 76 6.7 150170 咔唑 C12H9N 固态 十二氢乙基咔唑 C14H25N 液态 -84.5 (TG) 5.8 170200 乙基咔唑 C14H13N 固态 十八氢二苄基甲苯 C21H38 液态 -34 395 6.2 57 260310 二苄基甲

28、苯 C21H20 液态 八氢 1，2-二甲基吲哚 C10H19N 液态 260.5 5.76 170200 1，2-二甲基吲C10H11N 固态 哚 资料来源：液体有机氢载体储氢体系筛选及应用场景分析，申万宏源研究 表 6：有机物储氢介质三大体系优缺点对比 体系 优点 缺点 甲基环己烷体系 常温下为液体、使用方便，价格低廉 加氢和脱氢需要较高温度 二苄基甲苯体系 常温下为液体，加氢和脱氢温度较低 价格相对甲基环己烷较高 N-乙基咔唑体系 加氢和脱氢温度较低且速率高 常温下为固体 （熔点 67C， 加氢产物为液体） ，价格三者中最高，储氢能力最弱 资料来源：液体有机氢载体储氢体系筛选及应用场景分

29、析，申万宏源研究 有机液态储氢（LOHC）技术有望在未来新型能源体系中扮演重要角色，氢储能值得关注。双碳背景下，未来可再生能源使用比例逐渐增加，亟需解决可再生能源的波动性和不稳定性的问题，氢储能是一种良好的解决方案。通过可再生能源电力电解水制氢，通过氢气实现能量的储存和运输，而 LOHC 储氢方式是诸多储氢方式中稳定性最高、日常维护量最小、长周期储存成本最低的一种方式。此外，LOHC 储氢能够实现可再生能源、电网、大型发电和分布式发电、氢气加注市场等不同领域的交互应用，更适合大规模、长时间的储存。 图 8：有机物储氢在可再生能源储能中的角色 资料来源： 氢能储运技术现状及其在电力系统中的典型应

30、用 ，申万宏源研究 1.4 固态储氢：尚处示范阶段 固态储氢是指利用固体对氢气的物理吸附或化学反应等作用，将氢气储存在固体材料当中。固态储氢一般可以做到安全、高效、高密度。根据固态材料储氢机制的差异，主要可将储氢材料分为物理吸附型储氢材料、金属氢化物基储氢合金，复杂氢化物等。目前在所有固态储氢材料中，研究最集中、最广泛，目前也最具有实用化前景的是金属氢化物基储氢合金。 图 9：固体储氢材料分类 资料来源： 氢能储运技术现状及其在电力系统中的典型应用 ，申万宏源研究 金属氢化物储氢未来潜力巨大，尤其适合燃料电池汽车上使用。金属氢化物是金属合金与氢发生可逆反应时生成的一类氢化物，以金属氢化物形式吸

31、附氢，然后加热氢化物释放氢。在实际储氢应用中要求金属氢化物在数千个循环中保持其反应性和容量。因此金属氢化物种类很多， 但只有少数适用于储氢应用。 目前金属氢化物的主要研究方向为 LaNi5、Mg2Ni 和 FeTi 等金属氢化物的改性。金属氢化物储氢具有储氢体积密度大、操作容易、运输方便、成本低、安全性好、可逆循环好等优点，但是质量效率低，如果质量效率能够有效提高的话，这种储氢方式非常适合在燃料电池汽车上使用，未来潜力较大。 表 7：各类储氢合金的代表性氢化物及一些性能参数 组成 典型氢化物 合金晶体结构 氢与金属原子比（H/M) 吸氢量（质量分数）/% A2B Mg2NiH4 Mg2Ni 1

32、.3 3.62 AB TiFeH2 CsCl 1.0 1.911 AB2 ZrMn2H3 C14 1.0 1.48 ZrV2H4.5 C15 1.5 2.3 AB5 LaNi5H6 CaCu5 1.0 1.38 CaNi5H6 CaCu5 1.0 1.78 资料来源：氢气储存和运输、申万宏源研究 物理吸附储氢仍处实验室阶段。物理吸附储氢是利用微孔材料物理吸附氢分子，依靠氢气分子与储氢材料间较弱的范德华力进行储氢的一种方式。其在特定条件下对氢气具有良好的、可逆的热力学吸附、脱附性能。这类储氢方式所使用的储氢材料具有高比面积、低温储氢性能好等优势，但是常温或高温储氢性能差的缺点也制约了物理吸附储氢

33、的发展。目前大量的多阔材料包括多孔炭、沸石、金属有机骨架等，都一直被人们认为是不错的储氢介质。其中多孔碳基材料比表面积和孔容较高，化学稳定性和热稳定性好且密度低，更重要的是可用来重复存储，所以备受关注。碳质材料吸附储氢，是近年来根据吸附理论发展起来的储氢技术，是指用碳质材料作为储氢介质的吸附储氢。美国能源部专门设立了研究碳质材料储氢的财政资助。我国也将高效储氢的纳米碳质材料研究列为重点研究项目。 表 8：一些典型碳材料的储氢性能 序号 材料 储氢条件 储氢量 1 Sc 功能化石墨烯 391K 8.00% 2 碳纤维 296K,105bar 0.70% 3 纳米石墨 300K,10bar 7.4

34、0% 4 热还原氧化石墨烯 300K,50bar 0.32% 5 CO2 活化碳纳米管 20.1K,125bar 1.00% 6 碳纳米管薄膜 室温，大气压 8.00% 7 微孔炭 77K,1bar 2.01% 8 生物质碳材料 77K,200bar 6.00% 9 生物质碳材料 298K,200bar 1.22% 10 介孔碳纤维 303K,100bar 0.80% 资料来源：氢气储存和运输、申万宏源研究 固态储氢已有示范应用，未来广泛的场景应用可期。近年来，关于固态储氢出现了众多示范项目，以固态储氢为能源供应的大巴车、卡车、冷藏车、备用电源等在我国相继问世。世界各国在固态储氢应用和新型储氢

35、材料的研发上取得了诸多进展，成熟的储氢材料已在热电联供、储能、车载燃料电池氢源系统等多个领域得到应用，德国 HDW 公司甚至将开发的 TiFe 系固态储氢系统用于燃料电池 AIP 潜艇中。 2. 运氢：与储氢方式密不可分，方式多样 氢气的运输往往和氢气的储存状态息息相关。根据氢气运输时的状态，我们可以将氢气的运输方式分为三种：气氢输送、液氢输送和固氢输送。针对不同的氢气状态选用不同的运输手段。气氢输送：气氢输送往往采用长管托车和管道运输两种。液氢输送：液氢输送采用液氢罐车或者专用液氢驳船运输，LOHC 可依托油品储运设施。固氢输送：通过金属氢化物存储的氢气可以采取更加丰富的运输手段，驳船、大型

36、槽车等运输工具均可以用以运输固态氢。 图 10：氢能运输结构图 资料来源： 氢能储运技术现状及其在电力系统中的典型应用 ，申万宏源研究 运量和运距决定储运的方式。各种储运方式都有自己的特点。我们认为，在当下氢能产业仍处初期发展阶段， 对于大规模、 长距离运氢的需求不大， 高压气态运氢最具性价比。但随着氢能产业快速发展，下游应用场景逐渐丰富，对于大规模、长距离运氢的需求将逐渐增加，此时液氢输送的优势将会显现，并成为主流方式。在氢能发展的最终阶段，各类储氢技术将更为成熟，我们认为将会形成多种氢储运路径并行的局面。 图 11：不同运量、运距对于储运方式选择的影响（美元/kg H2） 资料来源：ETC

37、Making the Hydrogen Economy Possible ，申万宏源研究 注：成本包括储存、运输、转换成本；假设管网运输方式为盐洞储存；虽然 LOHC 成本比低温液氢成本更低，但是目前还未完全商业化。 2.1 气氢输送：高压气氢运输与管网运输将成为未来短距离与长距离运输的主要途径 高压气氢拖车是当下氢气短距离运输的主要途径。从我国当下氢能产业的发展状况来看， 氢气的短距离异地运输主要通过集装管束运输车进行。 例如， 化工富余氢气经过脱水、脱氧等净化流程后，经过氢压缩机压缩至 20MPa，由装气柱充装入集装管束运输车。经运输车运至目的地后，通过高压卸车胶管把集装管束运输车和卸气柱

38、相连接，卸气柱和调压站相连接，20MPa 的氢气由调压站减压至 0.6MPa 并入氢气管网使用。在加氢站日需求500kg 的情况下，高压气氢拖车运输节省了成本与管道建设前期投资成本，在一定储运距离以内经济性最高。高压储氢容器自重大，氢气的密度又很小，装运的氢气质量只占总运输质量的 1%2%左右，因此气态氢的拖车运输仅适用于将制氢厂的氢气输送到距离不太远，同时需用氢气量不太大的用户。 轻量化、高压力是未来高压气氢拖车的发展方向。我国当下用于高压气氢拖车运输的运输气瓶主要以工作压力 20MPa 的纯钢制 I 型瓶为主， 单车运输氢气约 380kg。 与国外领先技术仍有一定差距， 国外采用 45MP

39、a 纤维全缠绕高压氢瓶长管托车运氢， 单车运输氢气可达 700kg。为了提高运输效率和适应 70MPa 压力等级加氢站的建设需求，我们认为高压气氢拖车未来将继续向轻量化、高压力方向发展。 图 12：高压气氢运输流程 资料来源： 集装管束运输车在氢气运输中的应用 ，申万宏源研究 管道输送是最经济、最节能的大规模长距离输送氢气的方式。管道运输压力一般为1.04.0MPa，输氢量大、能耗低，但是建造管道一次性投资较大。在管道运输发展初期，可以积极探索掺氢天然气方式。据中国氢能源及燃料电池产业白皮书 2019披露，截至2019 年，美国已有 2500 公里的输氢管道，欧洲已有 1598 公里的输氢管道

40、，我国则仅有100 公里的输氢管道。 2021 年 6 月， 中国石油天然气管道工程有限公司中标河北定州至高碑店氢气长输管道可行性研究项目，管道全长约 145 公里，设计输氢量 10 万吨/年，是国内目前规划建设的最长氢气管道。 氢-天然气混合气的管网运输。研究表明，使用已有管网输送氢气是低成本长距离输送大量氢气的优选方法之一。直接把天然气管网变成氢-天然气混合气（含氢量约 15%），仅需对原有管网进行适当的改造即可。但是，如果要进行纯氢输送，则需要对天然气管网进行实质性的改造，包括材料和重要部件的更换、安全性措施升级等。利用天然气管网输送天然气混合气和升级改造天然气管网来输送纯氢，这两个方面

41、的技术分析和研发工作也是美国能源部氢能发展计划中的主要内容。 图 13：氢气管道对比 资料来源：Hydrogen CouncilMaking the Hydrogen Economy Possible ，申万宏源研究 2.2 液氢输送：液氢槽车运输及 LOHC 运输将成中期大规模、长距离运输主要途径 液氢槽车运输适合运距较远，运量较大的场景。液氢的运输、储存容器需使用特殊合金和碳纤维增强树脂等，而且还必须使用应对自然蒸发的液态氢用浸液泵和高隔热容器等特殊设备和技术。制氢厂制得的氢气，经过液化后，可方便地进行公路运输，到达加氢站后可直接给液氢用户加氢，或者通过气化、加压后给高压氢罐用户加氢。槽车

42、是液氢车运的关键设备，常用水平放置的圆筒形低温绝热槽罐。汽车用液氢储罐其存储液氢的容量可以达到 100m3，铁路用特殊大容量的槽车甚至可运输 120200m3的液氢。液氢存储密度和损失率与储氢罐的容积有较大关系，大储氢罐的储氢效果要比小储氢罐好。 液氢槽车输送在我国发展将成必然。液氢当下痛点问题在于短距离运输成本较高，现有技术条件下，液化过程的能耗和固定投资较大，液化过程的成本占整个液氢储运环节的90%以上，而这也造就了液氢运输成本对于距离不敏感。未来，由于液化设备的规模效应和技术升级，液化能耗和设备成本还有较大的下降空间。鸿达兴业在内蒙古自治区投资建设我国首个规模化的民用液氢项目，年产 3

43、万吨液氢。此外，国富氢能、嘉化能源、中科 富海等多家企业也在积极拓展液氢市场， 叠加 2021 年出台的三项关于液氢的国家标准为液氢的发展提供了政策导向，民用液氢规模化趋势已成必然。2020 年 12 月，鸿达兴业完成全国首车长距离民用液氢运输， 其自主生产的液氢跨越 2500 多公里， 是国内液氢长距离运输的重要里程碑。 图 14：液氢公路槽车 资料来源：Linde，申万宏源研究 液氢驳船运输适用于跨国运氢。液氢还可使用驳船运输，这和运输液化石油气相似，不过需要更好的绝热材料，使液氢在长距离运输过程中保持液态，驳船上装载容量很大的存储液氢的容器。 用于船运的液氢储罐容积可达 1000m3以上

44、， 且无需经过人口密集区域，相较于陆运更加安全、 经济。 日本川崎重工建造的全球首艘液氢运输船 “SUISO FRONTIER“于 2021 年 5 月 24 日在神户市面向媒体公开，12 月 24 日开启首航，从日本驶往澳大利亚，提取第一批货物，船上搭载了川崎重工播磨工厂制造的氢气储罐，这种长 25 米、高16 米的椭圆形储罐能够储存 1250m3的液氢。 液氢驳船运输的发展将由未来当地制氢成本的高低决定。采用液氢驳船运输的氢气往往是进口的，这部分船舶进口的氢能源将与当地生产的氢能源直接竞争，当地的制氢成本水平及其降本潜力将成决定性因素。就液氢驳船运输较为领先的日本而言，未来液氢驳船运输将抢

45、占日本近半氢气运输市场。日本政府提出，到 2050 年日本的氢气用量大约为 2千万吨，约为 2020 年的 5000 倍。川崎重工表示，计划在 2050 年，用 80 艘船舶运输日 本国内所需 2 千万吨氢气中的 900 万吨。 川崎重工将斥资 5.78 亿美元建造全球首艘大型液化氢运输船，改传将配备 4 个可分别储存 4 万 m3液化氢的储罐，预计 2026 年完工。 液体有机氢（LOHC）输送可依托已有的油品储运设施，有望在大规模储运氢方面担任重要角色。氢气的大规模运输除了利用管道运输，还可利用 LOHC 的方式，依托已有的管道、储罐、接卸设施、槽车、火车罐车、油船等油品储运设施实现大宗的

46、储存和运输。新建氢气管道需要大量的前期投入成本，利用已有天然气管道掺氢的方式运输，到达目的地后，还需分离氢气，实施的复杂性和挑战性较大。我们认为在氢气输送管网尚未广泛建设之前，LOHC 输送有望在大规模储运氢方面担任重要角色。 图 15：LOHC 大宗储运的方式 图 16：LOHC 的跨洋运输与国际氢贸易 资料来源： 液体有机氢载体储氢体系筛选及应用场景分析 、申万宏源研究 资料来源： 液体有机氢载体储氢体系筛选及应用场景分析 、申万宏源研究 2.3 固氢输送：仍处试验阶段、未来有望丰富短距离运氢途径 固氢输送仍处研究阶段，未来有望丰富短距离运氢途径。固态氢的运输是指用固体储氢材料通过物理、化

47、学吸附或形成氢化物储存氢气，目前最具实用化价值的是使用储氢合金储存氢气，然后运输装有储氢材料的容器。轻质储氢材料（如镁基储氢材料）兼具高的体积储氢密度和重量储氢率，作为运氢装置具有较大潜力。将低压高密度固态储罐仅作为随车输氢容器使用，加热介质和装置固定放置于充氢和用氢现场，可以实现氢的快速充装及其高密度高安全输运，提高单车运氢量和运氢安全性。但是由于储氢合金价格高（通常几十万元/吨），放氢速度慢，还需要加热，并且储氢合金本身很重，长距离运输不具备经济性。目前尚未有固态氢气运输的案例，各类储氢材料大都处于研究阶段。我们认为在未来固氢运输有望成为一种短距离氢气运输的途径。 表 9：高压气氢、液氢、

48、镁基固态储氢运营段经济性对比 储运方式 运营成本支出点 原料气 充装 车辆 加氢站 高压气氢 增压设备折旧&能耗（+） 充装设备折旧&能耗（+） 长管拖车折旧&运营成本（+） 增压设备折旧&能耗（+） 液氢 液化设备投入&能耗（+） 充装设备投入&能耗（+） 液氢槽车折旧&运营成本 （+） 增压设备折旧能耗（+） 镁基固态 无 充装设备投入&能耗（+） 固态储氢车折旧&运营成本（+） 放气及增压设备折旧&能耗（+） 资料来源：香橙会研究院、申万宏源研究 注：应用“+”的数量来比较各环节成本情况 3. 氢储运设备空间巨大，关注储氢瓶及碳纤维 3.1 未来 10 年加氢站扩充 10 倍，车载储氢瓶

49、迎来黄金十年 氢能承压设备受到加氢站与燃料电池汽车需求带动，有望快速增长。截至 2019 年底，中国已经建成和在建的加氢站有 130 座以上，其中 61 座已经建成，加氢站数量全球排名第三，储氢压力容器（含缓冲罐等）将近 1000 台，氢燃料电车汽车累计销售 6164 辆，商用车保有量全球第一， 车载高压氢气瓶已经超过 2.5 万只。 据 中国氢能产业发展报告 2020 ，到 2030 年，我国加氢站将达 1800 座，燃料电池汽车超过 100 万辆，车载高压氢气瓶将超过 300 万只。 储氢承压设备可根据氢的状态分为气态储氢设备，液态储氢设备，固态储氢设备和复合储氢设备。1）气态储氢设备：主

50、要用于储存高压氢气，包括固定式储氢压力容器和高压氢气瓶，具有充氢、放氢速度快，设备结构简单等优点，缺点是体积储氢密度较低，并且需要高压力储存，以增大储氢密度。目前，气态储氢设备技术相对成熟，市场需求的主流储氢方式。2）液态储氢设备：主要用于储存液氢，包括固定式液氢储罐和液氢瓶的优点是储氢密度高，缺点是氢气液化能耗高、长时间存放液氢存在蒸发损失的问题。在我国目前主要应用于航空航天领域，民用领域正在提速。3）固态储氢容器：固态储氢是通过氢与材料发生化学反应或者物理吸附将氢储存与固体材料中，优点是储氢压力较低、体积储氢密度高、可纯化氢气；缺点是质量储氢密度低、充放氢需要热交换。我国固态储氢容器已在通