华福低碳研究氢能专题报告（二）：氢储运篇：探寻不同场景下氢储运的最优解

探寻不同场景下氢储运的最优解华福低碳研究氢能专题报告（二）：氢储运篇请务必阅读报告末页的重要声明证券研究报告|行业专题报告公用事业行业评级强于大市（维持评级）2023年08月27日证券分析师：汪磊执业证书编号：S0210523030001研究助理：陈若西 投资要点氢储运是氢能实现规模化应用的关键环节。氢储运氢能运输成本在其总成本中的占比较高，以天然气制氢为例，其运输成本占总成本的比例近三分之一，对于氢气的经济性和规模化应用至关重要。近年来政府部门陆续下发多个政策对氢储运技术发展、氢储运体系构建等方面提出了明确规划，要求并鼓励加快氢储运技术攻关，驱动氢储运体系发展。高压气态储氢适用于短距离小规模运输场景。目前国内的加氢站目前多采用高压长管拖车的方式运输，从经济性角度考量，长管拖车运氢一般适用于200km内的短距离运输。预计未来气氢运输的主要降本路径为提升高压储氢气瓶的设备压力，即伴随储氢气瓶从设备压力较小的I型向设备压力较大的IV型转变，高压长管拖车的运氢成本将持续下降。液态储氢技术快速发展，管道输氢有望成为未来氢长距离运输的最优模式。有机液体以及氨气输运氢气作为氢气储运方法，在长距离、大规模的氢气输送方面具有一定优势，但其杂质气体含量高，高纯氢气使用时需要重新纯化。管道输氢具备有运输成本低、规模化、长距离输送等优势，有望成为未来氢气长距离运输的最优模式。固态储氢技术持续突破，适用于小型移动式和固定式场景。固态储氢具有体积储氢密度高、安全性能好、储存时间长等优势，其终端应用多集中于固定式储氢和小型移动式场景。当前固态储氢技术快速发展，多个上市公司纷纷布局。投资建议：氢储运核心技术、关键设备与材料环节有望受益。（1）氢气压缩机环节建议关注开山股份（空气压缩机龙头+进军氢气压缩机并有订单落地）；冰轮环境（氢能机械式压缩机）；（2）储氢瓶环节建议关注京城股份（IV型高压储氢气瓶研发并实现批量应用）、蜀道装备（高压储氢瓶）、兰石重装（储氢瓶）；（3）液氢环节建议关注纽威股份（液氢阀门）；（4）管道运氢环节建议关注石化机械（管道钢材+加氢站设备+PEM电解槽）、东宏股份（输氢管道开发）、久立特材（管道钢材）；（5）固态储氢环节建议关注圣元环保（固态储氢材料）、厚普股份（低压固态储氢装备）、鸿达兴业（固态储氢技术）、复洁环保（金属储氢+有机溶液储氢）。风险提示：项目推进不及预期，政策支持力度不及预期，储运氢技术发展不及预期，市场竞争加剧，研究报告中使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险2 目录3氢储运是氢能实现规模化应用的关键环节高压气态储氢适用于短距离小规模运输场景低温液态储氢技术进展较快，有机液态储氢步入工业化管道输氢经济性强，有望成为未来氢运输的最优模式固态储氢技术持续突破，适用于小型移动式和固定式场景投资建议风险提示 氢储运是氢能产业链的关键环节•氢能产业链包括制氢、储运氢以及下游应用三大环节。作为能够真正实现零碳排放的清洁能源，氢能在实现碳减排的同时，还存在着易燃易爆、扩散系数大等特点，因此，储运作为氢能从生产到应用的“连接者”，是氢能产业链中的关键环节。•我国氢能资源和需求呈逆向分布，且氢储运在氢能总成本中占比较高。目前我国氢能资源呈现出“西富东贫、北多南少”的特征，而氢能需求则主要分布在南方和沿海地区。且考虑到未来绿氢占比提升，而风光资源多集中于我国三北地区，这将进一步加剧氢能生产与需求的矛盾，因此氢储运的重要性不断凸显。与此同时，氢能运输成本占氢能终端售价的比例高达40%~50%，对氢的规模化应用至关重要。4来源：IEA，中央人民政府，中国人民大学国家发展与战略研究院，中国石油和化工，储氢技术与设施安全运行交流大会，华福证券研究所图表：氢能产业链的主要环节上游-制氢中游-储运氢下游-加氢和用氢氢气制取氢气纯化氢气液化煤制氢工业副产氢天然气制氢电解水制氢其他工艺制氢储氢装置氢气运输气态储运液态储运固态储运有机液态储运加氢加氢站建设加氢站设备氢的综合应用氢燃料电池汽车工业原材料、供电供热等掺氢燃料、发电等... ... 5政策驱动氢储运体系快速发展•利好政策陆续下发，促进氢储运体系加速构建。近年来政府部门陆续下发数份氢能政策，其中多个政策对氢储运技术发展、氢储运体系构建等方面提出了明确规划，要求并鼓励加快氢储运技术攻关，驱动氢储运体系快速发展。图表：氢储运相关政策要点梳理政策名称机构发布时间氢储运相关要点《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年）》国家发改委2022.3到 2025 年，初步建立较为完整的供应链和产业体系，氢能示范应用取得明显成效，清洁能源制氢及氢能储运技术取得较大进展，市场竞争力大幅提升，初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系；2030 年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》工信部、财政部2022.8加快制氢、氢燃料电池电堆等技术装备研发应用，加强氢燃料电池关键零部件、长距离管道输氢技术攻关《氢系统安全的基本要求》国家监管局、国家标准委2023.2针对氢系统的危险因素如固态储氢的危险因素等进行了分类介绍，并规定了请系统风险按控制的相关要求，明确了制氢典型系统核心设备框图《2023年能源工作指导意见》国家能源局2023.4加快攻关新型储能关键技术和绿氢制储运用技术，推动储能和氢能规模化应用；加强新型电力系统、储能、氢能、抽水蓄能、CCUS等标准体系研究《新型电力系统发展蓝皮书》国家能源局2023.6储电、储热、储气和储氢等多种类储能设施有机结合，基于液氢和液氨的化学储能、压缩空气储能等长时储能技术在容量、成本、效率等多方面取得重大突破《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》国家标准委、国家发改委、工信部、生态环境部、应急管理部、国家能源局2023.8到 2025 年，支撑氢能制、储、输、用全链条发展的标准体系基本建立，制修订 30 项以上氢能国家标准和行业标准；重点加快制修订高压储氢容器、车载储氢气瓶、氢液化装备、液氢容器、氢能管道等方面的标准。来源：国家发改委，工信部，财政部，国家监管局，国家标准委，国家能源局，华福证券研究所 6储氢方式主要包括物理储氢和化学储氢•储氢方式可分为物理储氢和化学储氢，其中物理储氢技术较为成熟。现有的储氢技术可分为物理储氢和化学储氢，其中以高压气态储氢和低温液态储氢为代表的物理储氢技术成熟度较高、应用更为广泛，而固态金属储氢虽然安全性高且单位运输量大，但由于成本较高尚未大范围普及。化学储氢中，有机溶液储氢和液氮/氨氢商业化应用相对成熟，甲醇储氢则由于腐蚀性和挥发性强而使用场景较为有限。总体看来，物理储氢是当下主流的储氢方式，但化学储氢有望成未来重要的发展方向。图表：主要储氢方式及其特点储氢方式体积储氢密度质量储氢密度储氢条件特点高压气态储氢物理储氢13g/L1.5~2%20Mpa成熟度高，运输距离有限制，高压有安全要求低温液态储氢物理储氢~70g/L6%~253°C运氢量大、成本高、能耗大有机溶液储氢化学储氢~62g/L6.2%常温常压性质稳定、安全性高，适合大规模储运固态金属储氢物理吸附储氢~50g/L1~4.5%常温常压安全、重量大、成本高液氨/氮氢化学储氢~160g/L17~18%~33°C易腐蚀易挥发、商业化应用成熟甲醇化学储氢~57g/L12~13%常温常压有毒、易腐蚀易挥发、使用场景有限来源：《储氢技术研究现状及展望》樊栓狮， 《中国氢能技术发展现状与未来展望》徐硕等，华福证券研究所 运氢的方式主要有固、液、气三种•运氢的方式分为固、液、气三种，根据氢气状态可选用不同的运输方式。针对气氢运输，往往采用集装格、长管拖车和管道运输的方式，其中管道运输虽然运输量明显较高，但受限于投资门槛较高且技术难度较大，目前国内还处于小规模发展阶段。液氢运输和固氢运输方面，我国尚处于试验阶段，仅有少量应用落地。7图表：氢能主要运输方式及其现状分析来源：《镁基储氢材料纳米化的研究现状与应用前景》邹建新等，《加氢站氢气运输方案比选》马建新等，势银能链，华福证券研究所运氢方式运输量应用情况优缺点气态集装格5~10kg/格已广泛应用于商品氢运输技术成熟、运输量小，适用于短距离运输长管拖车250~460kg/车已广泛应用于商品氢运输技术成熟、运输量小，适用于短距离运输管道310~8900kg/h国内处于小规模发展阶段，目前尚未普及一次性投资高，运输效率高，适合长距离运输，需要注意防范氢脆现象液态槽车360~4300kg/车国外应用较为广泛，国内目前仅用于航天等领域液化能耗和成本高，设备要求高，适合中远距离运输有机载体2600kg/车试验阶段，少量应用加氢及脱氢处理使得氢气的高纯度难以保证固态氢化镁110kg/m³试验阶段，尚未大规模应用运输容易，不存在逃逸问题，运输的能量密度低 8氢能供应可分为现产现用、短途供氢和长距离供氢三种•氢储运可根据资源禀赋、应用规模与形式灵活调整，整体构建出三种氢供应链。场景1，在可再生能源或煤炭、石油、天然气等传统化石能源资源较为丰富的地区，能够建造出大型氢能供应中心并采用就地制氢后直接应用的方式，这种场景下氢储运的成本几乎为零；场景2，以加氢站、建筑、家庭为单位的小型用氢主体往往可以通过区域内短距离的储运氢方式进行供氢；场景3，在缺少氢源的地区，用氢需求往往需要通过大量长距离的氢储运方式进行满足。来源：氢能促进会，华福证券研究所图表：三种氢供应链形式和价值链对比氢供应链形式终端应用实例（欧洲，2030）氢能价值链拆分（USD/kg）综合供应成本（USD/kg）氢的制取氢的转换/储存氢的运输现场生产工业、大型氢供应中心及采购商1.6~2.3•现场储存，平均储存1天~0.5/2~3区域内储运加氢站、建筑及家庭等小型需求1.6~2.3•转换为液氢，平均储存1天•压缩至700bar，以高压气态储存，平均储存1天0.7~1.0•应用液氢槽车运输300公里，加注到1000公斤液氢加氢站•应用管道运输300公里，加注到1000公斤加氢站1.0~2.03~5长距离供应网络工业、大型采购商1.0~1.4•约5000公里国际氢能管道，可在港口储存，平均储存2周•承运人转换/再转换，运输约9000公里，并在港口储存，平均储存2周0.6~3.5•以液态/气态灌槽车运输300公里，现场储存，平均1天•应用管道运输300公里，现场储存，平均1天0.1~2.02~7 目录9氢储运是氢能实现规模化应用的关键环节高压气态储氢适用于短距离小规模运输场景低温液态储氢技术进展较快，有机液态储氢步入工业化管道输氢经济性强，有望成为未来氢运输的最优模式固态储氢技术持续突破，适用于小型移动式和固定式场景投资建议风险提示 气态储氢：现阶段以高压长管拖车为主•现阶段气态氢气储运方法以高压长管拖车为主。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。目前我国高压氢气运输以长管拖车为主，结合集装格小范围补充。其中集装格由多个40L的、压力为15Mpa的高压储氢钢瓶组成，运输较为灵活，适用于需求量小的加氢站；长管拖车则适用于需求量略大的运氢场景，目前国内的加氢站目前多采用此类方式运输。10图表：集装格高压运氢来源：氢能汇 ，华福证券研究所图表：长管拖车高压运氢来源：氢能汇 ，华福证券研究所 •高压气瓶为氢气储运的核心设备，车用场景下以III型瓶和IV型瓶为主。用于氢储运的高压气瓶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）。其中加氢站等固定式储氢瓶多用I型、II型钢制氢瓶，但由于I型和II型瓶储氢密度低、氢脆问题严重，因此现阶段车用储氢容器主要为III型瓶和IV型瓶。11图表：高压储氢气瓶的主要分类图表：不同高压储氢气瓶的主要特点气态储氢：车用高压