1. 儲氫：四大方式，各有千秋

氫儲運承上啟下，方式多樣，主要包括氣態儲氫、液態儲氫和固態儲氫。氫能產業鏈 包含三個關鍵環節：氫的制取、氫的儲運以及氫的應用。氫的儲運作為承上啟下的一個環 節，必須解決該環節中的技術和經濟問題，氫能才能真正走進人們的日常生活。在氫經濟 中，制氫環節結束后，需要遠程輸送或者直接儲存起來。由于標準狀態下氫氣的體積能量 密度很低，是汽油的 1/3000，因此實現氫經濟的一個先決條件是在較高的體積能量密度下 輸送和儲存氫氣。氫的儲存方式根據其存在狀態可以分為三大類：氣態儲氫、液態儲氫和 固態儲氫。其中，固態儲氫方式很多，分為物理吸附儲氫、金屬氫化物儲氫、復雜氫化物 儲氫、直接水解制氫（即儲氫與產氫一體化）等多種類型。開發不同儲氫方式的宗旨是在 安全且經濟的情況下，盡可能降低氫氣的體積，獲得高的體積儲氫密度和質量儲氫密度。

四大儲氫方式各有千秋。通過對比 4 種儲氫技術，高壓氣態儲氫是目前應用最廣，技 術最為成熟，但是在安全性和儲氫密度方面天然存在瓶頸；低溫液態儲氫技術在單位質量和單位體積儲氫密度具有絕對優勢，但是由于在液化過程中能耗大，以及對儲氫容器的絕 熱性能要求極高等原因，儲存成本過高；有機液態儲氫安全性更高，能夠在常溫常壓下滿足長期、長距離、大規模的氫氣儲運需求，并且能夠借助已有的油品儲運設備設施，與石 油石化產業協同發展，但是目前由于脫氫能耗偏高、脫氫催化劑開發難度大、有機物隨著循環次數增加儲氫性能下降等問題，距離大規模商業化還有一段時間；固體材料儲氫擁有巨大潛力，但目前還處于研究階段。

1.1 高壓氣態儲氫：當前最成熟的儲氫技術，占絕對主導地位

高壓氣態儲氫是目前工程化程度最高的儲氫技術，儲氫密度、安全性、成本相互制約。 高壓氣態儲氫是指將氫氣壓縮在儲氫容器中，通過增壓來提高氫氣的容量，滿足日常使用。 這是一種應用廣泛、灌裝和使用操作簡單的儲氫方式，其優點是設備結構簡單、壓縮氫氣 制備能耗低、充裝和排放速度快，是目前占絕對主導地位的儲氫方式。其缺點是儲氫密度 低，安全性較差。通過加壓的方式可以提升儲氫密度，但是并非壓力越高越好，壓力越高， 對儲氫罐材質、結構要求也隨之升高，成本會大幅增加，安全性也難以保障。

高壓氣態儲氫關鍵環節在于壓縮和儲存。壓縮過程的關鍵在于氫氣壓縮機的選用，氫 氣壓縮機有往復式、膜式、離心式、回轉式、螺桿式等類型。不同的壓縮機流量、吸氣及 排氣壓力等參數不同。壓縮機可以視為一種真空泵，它將系統低壓側的壓力降低，并將系統高壓側的壓力提高，從而使氫氣從低壓側向高壓側流動。工程上，氫氣的壓縮有兩種方式:1）直接用壓縮機將氫氣壓縮至儲氫容器所需的壓力后存儲在體積較大的儲氫容器中;2） 先將氫氣壓縮至較低的壓力(如 20MPa)存儲起來，需加注時，先引入一部分氣體充壓，然 后啟動氫壓縮機以增壓，使儲氫容器達到所需的壓力。

儲氫容器通過對其內部的結構和材料的迭代來提升單位質量儲氫密度。高壓氫氣通常 用圓柱形高壓氣罐或者氣瓶灌裝。高壓儲氫容器技術的發展歷史主要由金屬儲氫容器、金屬內襯環向纏繞復合儲氫容器、金屬內襯環向+縱向纏繞復合儲氫容器、螺旋纏繞容器以及 全復合塑料內襯儲氫容器等階段組成。目前，高壓氣態儲氫容器主要分為純鋼制金屬瓶（I 型）、鋼制內膽纖維纏繞瓶（II 型）、鋁內膽纖維纏繞瓶（III型）及塑料內膽纖維纏繞瓶 （IV 型）。回顧儲氫容器的演變過程，其本質是通過改變結構及材料，提升單位質量儲氫 密度。與最早的金屬儲氫容器不同的是，II、III、IV代高壓儲氫容器通過在內膽外纏繞多種 纖維固化后形成增強結構，通過不改善內襯材料及纖維纏繞模式，不斷提升高壓復合儲氫罐的承壓能力和質量儲氫密度。

高壓氣態儲氫應用領域主要包括運輸、加氫站、燃料電池車。1）運輸端：高壓氫氣的 運輸主要指將氫氣從產地運輸到使用地點或者加氫站。采用汽車運輸，設備主要為大型高 壓無縫氣瓶或“K“瓶裝氫。2）加氫站端：加氫站用高壓儲氫容器是氫儲存系統的重要組成部分。目前高壓氫氣加氫站所用的存儲容器多為高強鋼制無縫壓縮氫氣儲罐。3）燃料電 池車端：高壓氣態儲氫是目前燃料電池車的主要儲氫方式，車載儲氫瓶大多使用的是 III 型 和 IV 型，使用壓力主要為 35MPa 和 70MPa。

1.2 低溫液態儲氫：尚處起步階段，未來大規模用氫的良好解 決方案

低溫液態儲氫屬于物理儲存，是一種深冷氫氣存儲技術。氫氣經過壓縮后，深冷到 21K （約-253°C）以下，使之變為液氫，然后存儲到特制的絕熱真空容器(杜瓦瓶)中。該方式 的優點是氫的體積能量高，液氫密度達到 70.78kg/m3，是標準情況下氫氣密度的 850 倍 左右，即使在高壓下，例如 80MPa 復合高壓儲氫的體積儲氫密度約為 33kg/m3，也遠遠 低于液氫的體積儲氫密度。但是液氫的沸點極低（-252.78°C），與環境溫差極大，對儲氫 容器的絕熱要求很高。對于大規模、遠距離的氫能儲運，低溫液態儲氫有較大優勢。

低溫液氫的存儲技術關鍵在于液氫儲罐。液氫的體積密度大、質量儲氫效率比其他儲 氫形式都大，但是沸點低（20.3K）、潛熱低、易蒸發，因此液氫的存儲需使用具有良好絕 熱性能的液氫儲罐。液氫儲罐有多種類型，根據其使用形式可分為 1）固定式：固定式液 氫儲罐可采用多種形狀，常用的包括球形儲罐和圓柱形儲罐，一般用于大容積的液氫存儲； 2）移動式：由于移動式運輸工具的尺寸限制，移動式液氫儲罐廠采用臥式圓柱形，結構、 功能與固定式液氫儲罐并無明顯差別，但需具有一定抗沖擊強度，以滿足運輸過程中的速 度要求；3）罐式集裝箱：液氫罐式集裝箱與液化天然氣罐式集裝箱類似，可實現液氫工廠 到液氫用戶的直接儲供，減少了液氫轉注過程的蒸發損失，且運輸方式靈活。按照絕熱方 式可分為普通堆積絕熱和真空絕熱兩大類。低溫液氫存儲的研究熱點是無損儲存，無損儲 存的關鍵在于液氫儲罐絕熱性能的提升：由傳統的被動絕熱方式向主動絕熱技術轉變，將 更低導熱率、更高低溫性能的材料應用于液氫儲罐。因此，我們認為大容積、低蒸發率液 氫儲罐的研發是液氫存儲技術發展的重要方向。

我國低溫液氫目前尚處于起步階段，主要應用于航天航空領域。氫的能量密度高，是 普通汽油的 3 倍，這意味著燃料的自重可降低 2/3，這對飛機來講是極為有利的。與常用 的航空煤油相比，用液氫作航空燃料，能夠大幅改善飛機各類性能參數。液氫燃料在航天 領域是一種難得的高能推進劑燃料，氫氧發動機的推進比沖 I=391s，除了有毒的液氟外， 液氫的比沖是最高的，因此在航天領域得到重要應用。此外，液氫由于能夠大幅提高氫氣 的純度，在液氫溫度下，氫氣中絕大多數有害雜質將被固化去除，從而得到純度達 99.9999% 以上的超純氫氣，完全能夠滿足氫燃料電池的使用標準。此外，液氫還可應用在高端制造、 冶金、電子等產業領域，但由于目前低產能導致的液氫成本過高，除了航空航天領域，在 其他領域基本處于空白階段。

技術封鎖嚴重限制我國液氫的發展，期待技術突破帶動產業化放量。液氫是未來氫能 源大規模應用的重要解決方案，能夠使下游用戶既便宜又便捷地使用氫能源。美國、歐洲、日本從液氫的儲存到使用，包括加氫站全部都有了比較規范的標準和法規，液氫發展產業 鏈比較完備，因此國外將近有 1/3 的加氫站為液氫加氫站。作為液氫生產大國的美國一直 對中國采取“嚴格禁運，嚴禁交流”的策略，同時還限制其同盟國的公司，例如法液空、 林德公司等向中國出售設備和技術。國內之前還存在技術標準和政策規范缺失的問題，但 在 2021 年 5 月，我國國家標準委正式發布了三項有關液氫的國家標準，這意味著我國液 氫產業的發展終于有法可依，涉足民用液氫領域的企業正逐步增多。國內目前液氫的問題 主要是成本高，關鍵設備和系統仍依賴進口，成本過高也導致了目前民用液氫工廠較少， 多為示范應用工程。國內的大型氫液化裝置主要需要突破低溫氫工況材料選用，氫、氦透 平膨脹機研制和正仲氫轉化催化劑等技術難題，隨著未來技術突破，大型氫液化裝置的國 產化將快速推進液氫成本下降。

1.3 有機液態儲氫：最具發展潛力的氫氣低價儲運技術之一

有機液態儲氫（LOHC）屬于化學儲存，能夠實現常溫常壓下氫氣儲運。有機液態儲氫 是通過加氫反應將氫氣與甲烷（TOL）等芳香族有機化合物固定，形成分子內結合有氫的 甲基環乙烷（MCH）等飽和環狀化合物，從而可在常溫和常壓下，以液態形式進行儲存和 運輸，并在使用地點在催化劑作用下通過脫氫反應提取出所需量的氫氣。有機液態儲氫的 優點是可在常溫常壓下以液態輸運，儲運過程安全、高效，可使用儲罐、槽車、管道等已 有的油品儲運設施，且安全監管部門和公眾對 LOHC 的憂慮相比低溫液氫和高壓氣氫要小 得多。但 LOHC 還存在脫氫技術復雜、脫氫能耗大、脫氫催化劑技術亟待突破等技術瓶頸。 若能解決上述問題，液態有機物儲氫將成為氫能儲運領域最有希望取得大規模應用的技術 之一。

有機液態儲氫（LOHC）的關鍵在于有機物儲氫介質的選擇。選擇有機物儲氫介質重點 考慮的性能指標包括：1）質量儲氫和體積儲氫性能高；2）熔點合適，能使其常溫下為穩 定的液態；3）成分穩定，沸點高，不易揮發；4）脫氫過程中環鏈穩定度高，不污染氫氣， 釋氫純度高，脫氫容易；5）儲氫介質本身的成本；6）循環使用次數多；7）低毒或無毒， 環境友好等。各國對于有機物儲氫介質的選取不同，國內主要研究方向為 N-乙基咔唑、二 甲基吲哚等，武漢氫陽能源控股有限公司已完成了千噸級 N-乙基咔唑裝置的示范；德國 Hydrogenious 公司主要研究方向為二芐基甲苯，已進展到應用示范階段；日本在此方面 處于領先地位，日本千代田化建公司主要研究方向為甲基環己烷，在 2020 年實現了全球首 次遠洋氫運輸。上述三類方法是目前最主要走向商業化的三大體系。

有機液態儲氫（LOHC）技術有望在未來新型能源體系中扮演重要角色，氫儲能值得關 注。雙碳背景下，未來可再生能源使用比例逐漸增加，亟需解決可再生能源的波動性和不 穩定性的問題，氫儲能是一種良好的解決方案。通過可再生能源電力電解水制氫，通過氫 氣實現能量的儲存和運輸，而 LOHC 儲氫方式是諸多儲氫方式中穩定性最高、日常維護量 最小、長周期儲存成本最低的一種方式。此外，LOHC 儲氫能夠實現可再生能源、電網、 大型發電和分布式發電、氫氣加注市場等不同領域的交互應用，更適合大規模、長時間的 儲存。

1.4 固態儲氫：尚處示范階段

固態儲氫是指利用固體對氫氣的物理吸附或化學反應等作用，將氫氣儲存在固體材料 當中。固態儲氫一般可以做到安全、高效、高密度。根據固態材料儲氫機制的差異，主要 可將儲氫材料分為物理吸附型儲氫材料、金屬氫化物基儲氫合金，復雜氫化物等。目前在 所有固態儲氫材料中，研究最集中、最廣泛，目前也最具有實用化前景的是金屬氫化物基 儲氫合金。

金屬氫化物儲氫未來潛力巨大，尤其適合燃料電池汽車上使用。金屬氫化物是金屬合 金與氫發生可逆反應時生成的一類氫化物，以金屬氫化物形式吸附氫，然后加熱氫化物釋 放氫。在實際儲氫應用中要求金屬氫化物在數千個循環中保持其反應性和容量。因此金屬 氫化物種類很多，但只有少數適用于儲氫應用。目前金屬氫化物的主要研究方向為 LaNi5、 Mg2Ni 和 FeTi 等金屬氫化物的改性。金屬氫化物儲氫具有儲氫體積密度大、操作容易、 運輸方便、成本低、安全性好、可逆循環好等優點，但是質量效率低，如果質量效率能夠 有效提高的話，這種儲氫方式非常適合在燃料電池汽車上使用，未來潛力較大。

物理吸附儲氫仍處實驗室階段。物理吸附儲氫是利用微孔材料物理吸附氫分子，依靠 氫氣分子與儲氫材料間較弱的范德華力進行儲氫的一種方式。其在特定條件下對氫氣具有 良好的、可逆的熱力學吸附、脫附性能。這類儲氫方式所使用的儲氫材料具有高比面積、 低溫儲氫性能好等優勢，但是常溫或高溫儲氫性能差的缺點也制約了物理吸附儲氫的發展。 目前大量的多闊材料包括多孔炭、沸石、金屬有機骨架等，都一直被人們認為是不錯的儲 氫介質。其中多孔碳基材料比表面積和孔容較高，化學穩定性和熱穩定性好且密度低，更 重要的是可用來重復存儲，所以備受關注。碳質材料吸附儲氫，是近年來根據吸附理論發 展起來的儲氫技術，是指用碳質材料作為儲氫介質的吸附儲氫。美國能源部專門設立了研 究碳質材料儲氫的財政資助。我國也將高效儲氫的納米碳質材料研究列為重點研究項目。

固態儲氫已有示范應用，未來廣泛的場景應用可期。近年來，關于固態儲氫出現了眾 多示范項目，以固態儲氫為能源供應的大巴車、卡車、冷藏車、備用電源等在我國相繼問 世。世界各國在固態儲氫應用和新型儲氫材料的研發上取得了諸多進展，成熟的儲氫材料 已在熱電聯供、儲能、車載燃料電池氫源系統等多個領域得到應用，德國 HDW 公司甚至 將開發的 TiFe 系固態儲氫系統用于燃料電池 AIP 潛艇中。

2. 運氫：與儲氫方式密不可分，方式多樣

氫氣的運輸往往和氫氣的儲存狀態息息相關。根據氫氣運輸時的狀態，我們可以將氫 氣的運輸方式分為三種：氣氫輸送、液氫輸送和固氫輸送。針對不同的氫氣狀態選用不同 的運輸手段。氣氫輸送：氣氫輸送往往采用長管托車和管道運輸兩種。液氫輸送：液氫輸 送采用液氫罐車或者專用液氫駁船運輸，LOHC 可依托油品儲運設施。固氫輸送：通過金 屬氫化物存儲的氫氣可以采取更加豐富的運輸手段，駁船、大型槽車等運輸工具均可以用 以運輸固態氫。

運量和運距決定儲運的方式。各種儲運方式都有自己的特點。我們認為，在當下氫能 產業仍處初期發展階段，對于大規模、長距離運氫的需求不大，高壓氣態運氫最具性價比。 但隨著氫能產業快速發展，下游應用場景逐漸豐富，對于大規模、長距離運氫的需求將逐 漸增加，此時液氫輸送的優勢將會顯現，并成為主流方式。在氫能發展的最終階段，各類 儲氫技術將更為成熟，我們認為將會形成多種氫儲運路徑并行的局面。（報告來源：未來智庫）

2.1 氣氫輸送：高壓氣氫運輸與管網運輸將成為未來短距離與 長距離運輸的主要途徑

高壓氣氫拖車是當下氫氣短距離運輸的主要途徑。從我國當下氫能產業的發展狀況來 看，氫氣的短距離異地運輸主要通過集裝管束運輸車進行。例如，化工富余氫氣經過脫水、 脫氧等凈化流程后，經過氫壓縮機壓縮至 20MPa，由裝氣柱充裝入集裝管束運輸車。經運 輸車運至目的地后，通過高壓卸車膠管把集裝管束運輸車和卸氣柱相連接，卸氣柱和調壓 站相連接，20MPa 的氫氣由調壓站減壓至 0.6MPa 并入氫氣管網使用。在加氫站日需求 500kg 的情況下，高壓氣氫拖車運輸節省了成本與管道建設前期投資成本，在一定儲運距 離以內經濟性最高。高壓儲氫容器自重大，氫氣的密度又很小，裝運的氫氣質量只占總運 輸質量的 1%～2%左右，因此氣態氫的拖車運輸僅適用于將制氫廠的氫氣輸送到距離不太 遠，同時需用氫氣量不太大的用戶。

輕量化、高壓力是未來高壓氣氫拖車的發展方向。我國當下用于高壓氣氫拖車運輸的 運輸氣瓶主要以工作壓力 20MPa 的純鋼制 I 型瓶為主，單車運輸氫氣約 380kg。與國外領 先技術仍有一定差距，國外采用 45MPa 纖維全纏繞高壓氫瓶長管托車運氫，單車運輸氫氣 可達 700kg。為了提高運輸效率和適應 70MPa 壓力等級加氫站的建設需求，我們認為高 壓氣氫拖車未來將繼續向輕量化、高壓力方向發展。

管道輸送是最經濟、最節能的大規模長距離輸送氫氣的方式。管道運輸壓力一般為 1.0～4.0MPa，輸氫量大、能耗低，但是建造管道一次性投資較大。在管道運輸發展初期， 可以積極探索摻氫天然氣方式。截至 2019 年，美國已有 2500 公里的輸氫管道，歐洲已有 1598 公里的輸氫管道，我國則僅有 100 公里的輸氫管道。2021 年 6 月，中國石油天然氣管道工程有限公司中標河北定州至高 碑店氫氣長輸管道可行性研究項目，管道全長約 145 公里，設計輸氫量 10 萬噸/年，是國 內目前規劃建設的最長氫氣管道。

氫-天然氣混合氣的管網運輸。研究表明，使用已有管網輸送氫氣是低成本長距離輸送 大量氫氣的優選方法之一。直接把天然氣管網變成氫-天然氣混合氣（含氫量約 15%），僅 需對原有管網進行適當的改造即可。但是，如果要進行純氫輸送，則需要對天然氣管網進 行實質性的改造，包括材料和重要部件的更換、安全性措施升級等。利用天然氣管網輸送 天然氣混合氣和升級改造天然氣管網來輸送純氫，這兩個方面的技術分析和研發工作也是 美國能源部氫能發展計劃中的主要內容。

2.2 液氫輸送：液氫槽車運輸及 LOHC 運輸將成中期大規模、 長距離運輸主要途徑

液氫槽車運輸適合運距較遠，運量較大的場景。液氫的運輸、儲存容器需使用特殊合 金和碳纖維增強樹脂等，而且還必須使用應對自然蒸發的液態氫用浸液泵和高隔熱容器等 特殊設備和技術。制氫廠制得的氫氣，經過液化后，可方便地進行公路運輸，到達加氫站 后可直接給液氫用戶加氫，或者通過氣化、加壓后給高壓氫罐用戶加氫。槽車是液氫車運 的關鍵設備，常用水平放置的圓筒形低溫絕熱槽罐。汽車用液氫儲罐其存儲液氫的容量可 以達到 100m3，鐵路用特殊大容量的槽車甚至可運輸 120~200m3 的液氫。液氫存儲密度 和損失率與儲氫罐的容積有較大關系，大儲氫罐的儲氫效果要比小儲氫罐好。

液氫槽車輸送在我國發展將成必然。液氫當下痛點問題在于短距離運輸成本較高，現 有技術條件下，液化過程的能耗和固定投資較大，液化過程的成本占整個液氫儲運環節的 90%以上，而這也造就了液氫運輸成本對于距離不敏感。未來，由于液化設備的規模效應 和技術升級，液化能耗和設備成本還有較大的下降空間。鴻達興業在內蒙古自治區投資建 設我國首個規模化的民用液氫項目，年產 3 萬噸液氫。此外，國富氫能、嘉化能源、中科富海等多家企業也在積極拓展液氫市場，疊加 2021 年出臺的三項關于液氫的國家標準為液 氫的發展提供了政策導向，民用液氫規模化趨勢已成必然。2020 年 12 月，鴻達興業完成 全國首車長距離民用液氫運輸，其自主生產的液氫跨越 2500 多公里，是國內液氫長距離運 輸的重要里程碑。

液氫駁船運輸適用于跨國運氫。液氫還可使用駁船運輸，這和運輸液化石油氣相似， 不過需要更好的絕熱材料，使液氫在長距離運輸過程中保持液態，駁船上裝載容量很大的 存儲液氫的容器。用于船運的液氫儲罐容積可達 1000m3 以上，且無需經過人口密集區域， 相較于陸運更加安全、經濟。日本川崎重工建造的全球首艘液氫運輸船“SUISO FRonTIER “于 2021 年 5 月 24 日在神戶市面向媒體公開，12 月 24 日開啟首航，從日本駛往澳大利 亞，提取第一批貨物，船上搭載了川崎重工播磨工廠制造的氫氣儲罐，這種長 25 米、高 16 米的橢圓形儲罐能夠儲存 1250m3 的液氫。

液氫駁船運輸的發展將由未來當地制氫成本的高低決定。采用液氫駁船運輸的氫氣往 往是進口的，這部分船舶進口的氫能源將與當地生產的氫能源直接競爭，當地的制氫成本 水平及其降本潛力將成決定性因素。就液氫駁船運輸較為領先的日本而言，未來液氫駁船 運輸將搶占日本近半氫氣運輸市場。日本政府提出，到 2050 年日本的氫氣用量大約為 2 千萬噸，約為 2020 年的 5000 倍。川崎重工表示，計劃在 2050 年，用 80 艘船舶運輸日本國內所需 2 千萬噸氫氣中的 900 萬噸。川崎重工將斥資 5.78 億美元建造全球首艘大型液 化氫運輸船，改傳將配備 4 個可分別儲存 4 萬 m3 液化氫的儲罐，預計 2026 年完工。

液體有機氫（LOHC）輸送可依托已有的油品儲運設施，有望在大規模儲運氫方面擔任 重要角色。氫氣的大規模運輸除了利用管道運輸，還可利用 LOHC 的方式，依托已有的管 道、儲罐、接卸設施、槽車、火車罐車、油船等油品儲運設施實現大宗的儲存和運輸。新 建氫氣管道需要大量的前期投入成本，利用已有天然氣管道摻氫的方式運輸，到達目的地 后，還需分離氫氣，實施的復雜性和挑戰性較大。我們認為在氫氣輸送管網尚未廣泛建設 之前，LOHC 輸送有望在大規模儲運氫方面擔任重要角色。

2.3 固氫輸送：仍處試驗階段、未來有望豐富短距離運氫途徑

固氫輸送仍處研究階段，未來有望豐富短距離運氫途徑。固態氫的運輸是指用固體儲 氫材料通過物理、化學吸附或形成氫化物儲存氫氣，目前最具實用化價值的是使用儲氫合 金儲存氫氣，然后運輸裝有儲氫材料的容器。輕質儲氫材料（如鎂基儲氫材料）兼具高的 體積儲氫密度和重量儲氫率，作為運氫裝置具有較大潛力。將低壓高密度固態儲罐僅作為 隨車輸氫容器使用，加熱介質和裝置固定放置于充氫和用氫現場，可以實現氫的快速充裝 及其高密度高安全輸運，提高單車運氫量和運氫安全性。但是由于儲氫合金價格高（通常 幾十萬元/噸），放氫速度慢，還需要加熱，并且儲氫合金本身很重，長距離運輸不具備經 濟性。目前尚未有固態氫氣運輸的案例，各類儲氫材料大都處于研究階段。我們認為在未 來固氫運輸有望成為一種短距離氫氣運輸的途徑。

3. 氫儲運設備空間巨大，關注儲氫瓶及碳纖維

3.1 未來 10 年加氫站擴充 10 倍，車載儲氫瓶迎來黃金十年

氫能承壓設備受到加氫站與燃料電池汽車需求帶動，有望快速增長。截至 2019 年底， 中國已經建成和在建的加氫站有 130 座以上，其中 61 座已經建成，加氫站數量全球排名 第三，儲氫壓力容器（含緩沖罐等）將近 1000 臺，氫燃料電車汽車累計銷售 6164 輛，商 用車保有量全球第一，車載高壓氫氣瓶已經超過 2.5 萬只。

儲氫承壓設備可根據氫的狀態分為氣態儲氫設備，液態儲氫設備，固態儲氫設備和復 合儲氫設備。1）氣態儲氫設備：主要用于儲存高壓氫氣，包括固定式儲氫壓力容器和高壓 氫氣瓶，具有充氫、放氫速度快，設備結構簡單等優點，缺點是體積儲氫密度較低，并且 需要高壓力儲存，以增大儲氫密度。目前，氣態儲氫設備技術相對成熟，市場需求的主流 儲氫方式。2）液態儲氫設備：主要用于儲存液氫，包括固定式液氫儲罐和液氫瓶的優點是 儲氫密度高，缺點是氫氣液化能耗高、長時間存放液氫存在蒸發損失的問題。在我國目前 主要應用于航空航天領域，民用領域正在提速。3）固態儲氫容器：固態儲氫是通過氫與材 料發生化學反應或者物理吸附將氫儲存與固體材料中，優點是儲氫壓力較低、體積儲氫密 度高、可純化氫氣；缺點是質量儲氫密度低、充放氫需要熱交換。我國固態儲氫容器已在 通訊基站、加氫站有應用。4）復合儲氫容器：為了提高儲氫密度，近年出現了高壓固態復 合儲氫氣瓶和高壓深冷復合儲氫氣瓶。

輸氫承壓設備主要用于將氣氫或者液氫從產地運輸到終端用戶，主要分為氣態輸氫設 備和液態輸氫設備。1）氣態輸氫設備：主要用于輸送、分配氫氣，包括運氫設備和氫氣管 道。運氫設備主要有氫氣長管拖車和氫氣管束式集裝箱，通常采用鋼制大容積無縫高壓氣 瓶和鋼制內膽碳纖維環向纏繞氣瓶。氫氣管道主要有輸氫管道和配氫管道。2）液態輸氫設 備：主要用于輸送液氫，包括液氫鐵路加注運輸車、液氫汽車罐車、液氫罐式集裝箱和液 氫管道等。

高壓儲氫瓶將迎黃金十年，2022-2030 年均復合增長率超過 60%，“卡脖子”難題 有望突破。我國在高壓儲氫瓶方面與國際領先技術仍有一定差距，差距主要在于對于 IV 型 儲氫瓶的應用，我國主要應用 III 型儲氫瓶，IV 型儲氫瓶對于我國氫能產業仍屬“卡脖子” 難題。目前 IV 型儲氫瓶基本處于測試階段，2020 年 12 月，斯林達車用 IV 型儲氫瓶通過 “三新”評審，成為國內首家通過“三新”評審的 IV 型儲氫瓶制造廠家。奧揚科技的 IV 儲氫瓶產品指標已經通過歐盟、加拿大等第三方測試認證，產品各項性能指標良好，預計 2021 年年底前可完成產品的型式試驗。氫能用高壓儲氫瓶強調安全性與成本的結合，技術 壁壘較高。

3.2 車載儲氫瓶蓄勢待發，推動碳纖維產業進入新高度

碳纖維行業存在明顯的供不應求特征，國產化正提速。2020 年中國碳纖維總需求為 48851 噸，其中國產量僅 18500 噸，預計 2025 年我國碳纖維需求約為 15 萬噸，2025 年全球碳纖維需求約為 20 萬噸， 2030 年全球碳纖維需求約為 40 萬噸。2020 年國產 18500 噸銷量，相比 2019 年的 12000 噸，增長率為 54.2%，并且連續四年增長率超過 30%。應用方面，風電葉片為最主要的應 用，占比超過 40%，高壓儲氫罐應用僅占 4%。

儲氫瓶的痛點在于成本，儲氫瓶成本下降關鍵在于碳纖維成本的下降。據 DOE 數據， 目前車載儲氫瓶成本在 16 美元/kwh～21 美元/kwh，而未來目標為 8 美元/kwh，仍有超 過 50%的成本下降空間，目前 700bar 的 IV 型瓶成本中，碳纖維成本占總成本 52%，要 想達到儲氫瓶 8 美元/kwh 的最終目標，碳纖維的成本需要下降至 13 美元/kg。目前我國 儲氫瓶用碳纖維主要供應商為中復神鷹，然而受目前碳纖維行業嚴重供不應求的影響，碳 纖維用壓力容器售價大幅上升，2021 年上半年售價上升至 151.55 元/kg，同比上升 19.42%。

儲氫罐將成碳纖維主要應用場景，2030 年占比有望超 30%。碳纖維是儲氫瓶的關鍵 材料，據 DOE 數據，碳纖維占儲氫系統成本超過 50%。據中科院寧波材料所特種纖維事 業部數據，乘用車碳纖維用量約為 75kg/輛，商用車碳纖維用量約為 320kg/輛。據此測算 2022/2025/2030 年儲氫罐用碳纖維累計用量為 0.32/3.12/29.55 萬噸，我們估算 2022/2025/2030 年儲氫罐用碳纖維年需求量為 0.2/1.21/9.52 萬噸未來五年全球范圍內壓力容器用碳纖維 CAGR 為 20%。

4. 液氫產業鏈突圍在即，關注民用液氫領域的突破

4.1 液氫制取：液氫產業鏈核心環節

液氫產業鏈可分為液氫制取、液氫儲運和液氫加注三個部分。液氫制取環節是液氫產 業鏈中最為核心的環節，在現有技術下，液化過程的 能耗和固定投資較大，液化過程的成本占到整個液氫儲運環節的 90%以上。未來，由于液 化設備的規模效應和技術升級，液化能耗和設備成本還有較大的下降空間。液氫儲運環節 對于儲罐的要求于高壓氣氫儲罐的要求不同，前者對于隔熱技術要求很高，后者對于承壓 要求很高，液氫儲罐通常采用多層真空隔熱技術。液氫加注環節中液氫加氫站技術的核心 在于液氫泵，中國在液氫加氫站的推廣中相對落后，液氫泵的技術領域相對空白。

液氫制取環節是液氫產業鏈中最為核心的環節。液氫能否快速發展決定因素在于液氫 的制取（氫氣的液化過程）能否快速降本，能否快速降本的決定性因素在于液氫的制取能否擴大規模，因為液氫生產工廠的建設成本高，能耗高，只有提高生產規模才能降低單位 成本，提高液氫競爭力。而能否實現液氫的大規模生產，取決于我國能否實現大型氫液化 裝置的國產化突破。

氫氣液化能耗下降空間巨大。理想狀態下，氫氣液化耗能為 3.92kWh/kg，然而實際 生產過程中卻無法達到。目前的氫氣液化主要是通過液氮冷卻和壓縮氫氣膨脹實現，耗能 為 13~15kWh/kg，幾乎是氫氣燃燒所產生低熱值(產物為水蒸氣時的燃燒熱值，33.3 kW h/kg)的一半，而氮氣的液化耗能僅為 0.207kW h/kg，因此降低氫氣液化耗能至關重要。 一個有效的方法就是擴大液氫的制備規模，通過大規模設備，可以將氫氣液化能耗降低到 5~8kWh/kg；調整工藝也是一個有效方法，比如歐洲聯盟的 IDEALHY 項目使用 He-Ne 布雷頓法制備液氫，能耗為 6.4kW h/kg。另外，發達國家正通過創新氫液化流程和提高設 備工藝及效率的方法，提高氫液化裝置的效率和降低能耗。一些采用高性能換熱器、膨脹 機和新型混合制冷劑的氫液化創新概念流程的能耗最低已至 4.41kWh/kg。

大規模氫液化裝置復雜，氫透平膨脹機技術是關鍵。氫的液化最早由英國的 James Dewar 于 1898 年通過 J-T 節流實現。到 1902 年出現了 Claude 循環，Claude 循環是如 今運行大規模氫液化裝置的基礎，根據制冷方式的不同又可分為氫膨脹制冷和氦膨脹制冷 氫液化流程。氫膨脹制冷循環流程采用氫氣自膨脹提供低溫區冷量，氦膨脹制冷循環氫液 化流程則是利用沸點更低的氦作為制冷劑提供低溫區冷量。但是無論是氫膨脹制冷還是氦膨脹制冷，在氫液化流程中，透平膨脹機都是最關鍵的設備。大冷量氫、氦透平膨脹機的 研發生產是目前氫液化系統的難點和急需解決的問題。美國空氣產品公司、德國林德集團 和法國液化空氣集團幾乎壟斷了氫液化裝置的市場和技術領域，已掌握成熟的氫透平膨脹 機技術，并有能力提供單個產能超過 30TPD 的氫液化設備。俄羅斯的深冷機械公司 Cryogenmesh 也可以生產最大 17TPD 的氫液化裝置，目前已應用于俄羅斯多個航天發射 場。

氫的正仲轉化器也是一個重要設備。氫具有正、仲氫兩種不同的形式，隨著溫度的降 低，正氫會通過正-仲態轉化成仲氫，由于正-仲轉換放出的熱量大于氫氣的氣化潛熱，所 以最后的液氫產品必須以仲氫的形式存在，規定要求仲氫含量必須大于 95%。所以在氫液 化過程中，需要在換熱器或者中間加正仲轉換器，以保證仲氫的含量達到標準。國內對于 正-仲氫轉換催化劑研究已經取得一定成績，北京航天試驗技術研究所自制的正仲氫轉化催 化劑性能已達到國際先進水平。

4.2 液氫儲運：確保液氫優越性

隨著液氫產業鏈布局深入，液氫貯罐領域國產替代加速。液氫的存儲主要問題在于絕 熱和泄漏，對于儲氫容器的要求在于良好的絕熱性能。受益于我國航天工業的發展，我國 在液氫貯罐制造技術已經取得了一定的成績，我國已經完全具備了生產液氫貯罐的能力， 但是相對于國外領先技術，我國仍處于追趕狀態。大容量、低蒸發率是未來液氫貯罐的方 向。目前，美國 Gardner Cryogenics 公司、美國 Chart 公司、日本川崎重工業株式會社 和俄羅斯深冷機械公司 Cryogenmesh 等企業代表了液氫儲運的產業前沿。江蘇國富氫能 技術裝備股份有限公司也已經生產出液氫儲罐和液氫罐車的樣品，未來將應用于國富氫能 投建的洛陽液氫生產項目。

液氫運輸成本遠低于高壓氣氫，中遠距離運輸成本低彌補氫氣高昂液化成本。相較于 低溫液態儲氫，高壓氣態儲氫在長距離運輸上十分不具有優勢，其運輸成本對距離的敏感 性高，需要進一步提高儲運效率。液氫儲運體積密度是高壓氣態儲運的 5 倍，在中長距離 氫氣儲運中經濟性較高，是未來氫儲運的重要方向。

4.3 液氫加氫站：氫氣大規模發展必經之路

加氫基礎設施為燃料電池汽車充裝燃料提供專門場所，是燃料電池車應用的重要保障， 也是氫能發展利用的關鍵環節。 根據加氫站內氫氣儲存的形態不同，可分為氣氫加氫站和 液氫加氫站。相較于高壓儲氫加氫站，液氫加氫站具有占地面積小、液氫儲存量的特點， 能夠滿足大規模的加氫需求。

高壓儲氫加氫站是通過外部供氫或站內制氫獲得氫氣后，經過調壓干燥系統處理后轉 化為壓力穩定的干燥氣體，隨后在氫氣壓縮機的輸送下進入高壓儲氫罐儲存，最后通過氫 氣加注機為燃料電池汽車加氫。液氫加氫站是通過液氫槽車將液氫運輸至加氫站，與加氫 站連接后進人站內的液氫儲罐。液氫儲罐中的氫通過氣化器進行氣化，氣化后的氫氣進入 緩沖罐。隨后進入壓縮機內被壓縮，并先后輸送至高壓、中壓、低壓儲氫罐中分級儲存。

氣氫加氫站主要包括卸氣柱、壓縮機、儲氫罐、加氫機、管道、控制系統、氮氣吹掃 裝置、放散裝置以及安全監控裝置等等。其中最為核心的設備為壓縮機、儲氫罐以及加氫 機。液態加氫站是由液氫儲罐、高效液氫增壓泵、高壓液氫氣化器及氫氣儲罐、加氫機和 控制系統等關鍵模塊組成。其中液氫泵是液氫加氫站的核心設備，液氫泵相較于氣氫加氫 站中的壓縮機，能耗降低 80%～90%。

液氫泵是提高能效、降低成本并適用于液氫產業市場化和大規模應用的關鍵核心設備， 目前仍為卡脖子難題，依賴進口，國內布局基本空白。對于輸送液氫的低溫液體泵，主要 有離心式和往復式（活塞式）液氫泵兩種形式。離心式液氫泵以大型液氫渦輪泵為主，主 要用于航天氫氧火箭發動機中氫燃料的輸送，現在也逐漸向工業和民用方向發展，但其相 對轉速較高，機械密封性和安全性問題難以解決；往復式（活塞式）液氫泵具有結構簡單 可靠，故障率低，轉速不高，便于采用串聯式機械密封以保證裝置不泄漏，提高裝置安全 性，便于實現變流量運行等優點，因此往復式（活塞式）液氫泵主要用于工業和民用液氫 的輸送與加注。美國空氣產品公司提供的液態氫氣壓縮泵（CHC）和林德集團提供的液氫 泵（Cryopump）是其中的佼佼者，國內企業對于液氫泵的國產化研制仍處在起步階段， 仍需依賴進口。

液氫加注有望成為未來主流加氫方式。國外液氫加氫站的應用已較為成熟，已有約 1/3 的加氫站為液氫加氫站，而國內液氫加氫站剛剛起步，處于規劃階段，重塑集團、佛燃能 源、國富氫能、素極動力等多家公司于 2021 年 2 月簽署合作協議，共同推進液氫儲氫加 氫站項目。根據國外相關文獻，基于 H2A 模型測算得出，加氫量相同時，液氫加氫站的單 位投資要低于高壓氣氫加氫站，并且建設規模越大，單位投資的優勢越明顯。因此我們認 為，隨著未來下游燃料電池汽車市場不斷擴大，加氫站單站供應能力勢必將會上升，加氫 站的規模將逐漸擴大，疊加上游液氫儲運，液氫制取的成本不斷下降，未來液氫加氫站將 會占據一席之地。（報告來源：未來智庫）

4.4 民用液氫項目快速布局，2030 年氫液化設備空間近千億

我國液氫產業正快速發展，民用液氫完成從 0 到 1。我國液氫工廠有陜西興平、海南 文昌、北京 101 所和西昌基地等，主要服務于航天發射，并且產能極低，總產能僅有 4TPD。 民用液氫領域正處于發展初期階段，鴻達興業于 2020 年液氫項目的部分投產，標志著我國 民用液氫領域從無到有，從 2019 年開始各地政府與企業正快速規劃有關液氫項目。

我國氫液化設備和新技術已有一定進展，全面國產化勢在必行。氫液化裝備主要包括 壓縮機、透平膨脹機、換熱器、正-仲氫轉換器。全球范圍內，林德和法液空是最具實力的 氫液化設備供應商，美國企業也能夠提供氫液化設備，但對我國還實施禁運的政策。我國 氫液化核心設備還大都依賴進口，這就導致了獲取氫液化設備的成本高昂，價格談判處于 被動地位。我國一些企業在此方面已經實現了技術突破，2017 年，中科富海開始研發第一 套液化能力 1.5 噸/天的大型氫液化裝置，于 2019 年低完成了所有裝備的加工制造集成， 目前已具備氦透平膨脹機等氫液化核心工藝及技術，此外中科富海于 2019 年還承接了北京 市科委 5 噸/天大型氫液化裝置磁浮軸氫透平膨脹機研制任務。目前西安交通大學和北京航 天試驗研究中心正在合作開展大型氫液化裝置和高效氫、氦透平膨脹機的研發工作，積極 突破這一技術難題。

2030 年我國液氫設備空間有望達近千億。美國的民用液氫占據主流，并且主要用于工 業領域。其中 33.5% 用于石油化工行業，37.8% 用于電子、冶金等其他行業，10% 左右 用于燃料電池汽車加氫站，僅有 18.6% 的液氫用于航空航天和科研試驗。據國富氫能預 測，加氫站用氫氣 2025 年液氫會提供 10%以上的氫氣供應，2030 年液氫會提供 30%的 氫氣供應。根據美國能源部對于目前氫液化成本的評估，氫液化裝置產能從 6TPD~200TPD， 對應的投資成本為 2.1 億元～34.3 億元，氫液化裝置具備規模效應。根據《節能與新能源 汽車技術路線圖 2.0》相關規劃，到 2025 年我國加氫站的建設目標為至少 1000 座。據以 上數據測算得出 2022/2025/2030 年，液氫工廠市場空間為 4.86/48/900 億元。

4.5 相關公司情況整理

厚普股份：公司在加氫站領域已形成了從設計到關鍵部件研發、生產，成套設備集成、 加氫站安裝調試和售后服務等覆蓋整個產業鏈的業務能力。2019 年公司與法液空合作設立 的合資公司液空厚普，依托法液空在全球氫能市場的先進技術，具有液氫等技術的引入通 道和國際市場空間，致力于加氫站設備的研發、生產和銷售，為氫能產業提供基礎設施服 務，承建了目前全球規模最大的加氫站——北京大興國際氫能示范區加氫示范站，單日氫 氣加注量可達 4.8 噸。公司產品包括加氫機、加氫槍、壓縮氫氣加氫機檢定裝置、加氫質 量流量計、加氫橇裝設備，49t 車載液氫儲供系統，其產品均為自研自制。

冰輪環境：公司突破了氫氣液化的大型氦氣壓縮機關鍵技術，新型高效氦氣螺桿壓縮 機入選第一批能源領域首臺重大技術裝備項目；加氫站用高壓加氫壓縮機整體性能達到國 際先進水平；此外公司還實現了燃料電池兩大核心部件——空壓機和氫氣循環泵的產業化， 并在相應細分市場均已占據主流份額。

深冷股份：公司已先后取得了制氫、氫液化、液氫儲罐的相關專利，已具備制氫、氫 液化、氫儲運及加注等成套裝備的設計、制造一站式解決方案提供能力，具備了提供液氫 加氫站裝置的技術和裝備能力。 公司根據國內氫行業政策導向和市場發展的趨勢積極進行 液氫裝置、氫加注站市場推廣工作，探索以液氫技術為核心打造制氫、儲氫、用氫的氫能 源示范產業鏈，示范產業鏈的示范目標是實現零排放、碳中和。

中泰股份：公司已在氫能源的制氫-儲氫-加氫站全產業鏈有所布局。公司具備成熟的 大規模制取高純度氫的技術以及業績，在煤制氫的深冷分離工藝段已取得國內領先地位;氫 液化領域，公司具備為大規模氫液化提供核心設備的業績，同時，將借助重組標的公司成 熟的加氣站網絡，利用公司現有技術布局加氫站，在氫能市場化應用時可快速切入市場。 值得一提的是，2021 年 6 月，公司與赤峰市松山區人民政府、中船風電，潤豐能源簽署合 作協議，聯合投資風電與光伏核心裝備制造、風電場與光伏電站開發建設、制氫及氫液化 等產業化項目，標志著公司在氫液化領域的布局。

嘉化能源：圍繞“長三角氫能走廊”建設，公司充分利用園區內大規模副產氫優勢， 與美國空氣產品公司(AP)和三江化工簽署三方合作協議，利用三江化工的液氮資源和公司 副產氫氣資源，共同發展液氫產業；公司還與浙能集團共同合作的氫能綜合利用項目。建 設浙江省內第一座液氫工廠。

鴻達興業：公司是氯堿制氫龍頭企業，于內蒙古建設運營了我國首個民用液氫工廠， 成為全球屈指可數的能生產液氫的企業之一，并實現了液氫的遠途運輸。公司已具備高壓 氣態、液態、稀土固態三種不同的儲氫路線，尤其是后兩種都在進行規模化的技術推廣。 近年來，鴻達興業已經先后與北京航天試驗技術研究所、日本旭化成株式會社、法國液化 空氣、日本東芝等相關機構建立戰略合作伙伴關系，通過引進國內外先進技術和設備，在 氯堿制氫行業不斷鞏固領先地位，逐漸形成了液氫、高純氫氣、超純氫氣等氫氣全業態產 能，公司也因此成為國內最早開展液氫生產和儲運聯動業務的公司，并且正在開展分布式 能源的應用和示范。