2023年中国氢能源储运行业市场前景及投资研究报告

2023

Research

Report

on

China

Hydrogen

Energy

Industry

-

Storage

&

Transportation前言：氢储运环节在氢能产业中的意义与难点目录目录•

氢能承压设备技术标准体系氢以气态储运高压气氢的概况—制氢端多输出氢气，经压缩后以气态储运顺理成章，最为简易成熟高压气态储氢运氢仍是我国目前最大的方式，技术较为简单成熟，充放氢速度快，压缩过程能耗较低。但经过压缩后的氢气密虽然可以通过进一步加压的方式继续提升储氢密度，但是压力越高，对储氢容器材质、结构的要求同步越高，成本亦会大幅增加，安全性也更加难以保障©2023.7

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Research氢以气态储运气态储运主要会涉及到的关键设备——氢气压缩机、高压气氢储瓶、氢阀门用于制氢端压缩运输过程用储氢瓶燃料电池动力系统①氢气压缩机©2023.7

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Research氢以气态储运氢气压缩机—构造和原理简介基

础

构

造

和

原

理分

类

型

的

具

体

构

造

和

原

理©2023.7

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Research氢以气态储运氢气压缩机—下游应用倒逼氢气压缩机提升压缩比、排量，“液驱+隔膜式”惊喜出现下游应用倒逼：压缩比排量©2023.7

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Research氢以气态储运氢气压缩机—国内公司的研发突破进展迅速上海羿弓氢能科技首创了“液驱+隔膜”技术设备方案，©2023.7

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Research氢以气态储运高压气氢储瓶—高压储氢容器向高压、轻量、降成本、无氢脆发展，V型尚需时间应用场景加氢站等固定场景国内车载国际车载©2023.7

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Research氢以气态储运高压气氢储瓶—内衬材料、纤维缠绕方式及成型工艺是进一步迭代方向©2023.7

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Research氢以气态储运氢阀作为氢气/液氢开闭流动的重要“关节”十分重要，核工业、航天等流体机械背景的团队降维跨界而来期成本优势©2023.7

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Research氢以气态储运我国输氢管网仍将由国家主导，是全国性跨区域、长距离、大规模集中运氢终极目标宁夏能源化工基地输氢管道，长1.2km，输氢张家口天然气掺氢应用示范，输氢量为440通辽纯氢示范，管道全长7.8km，年输氢量达10万吨宁夏天然气掺氢降碳示范，设计输量40亿方/年天然气掺氢管道©2023.7

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Research氢以液态储运氢以液态储运的概况—按照技术原理的不同，可分为物理法、化学法两种氢的液态储运，是指将氢能从气态转化为液态再进行储存运输的方法。按照技术原理的不同，可分为物理法、氢气时再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©2023.7

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Research氢以液态储运物理法—深冷低温液态的概况低温液态储氢属于物理储存，将氢气压缩深冷到21K（约-253°C）以下，使氢气变为液氢，然后存储到特制的绝热定义距离的氢能储运，低温液态储氢运氢有较大优势©2023.7

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Research氢以液态储运氢液化使用的主流循环最基本也是最简单的氢气液化方法度变化。目前应用于氢气液化还处于研发阶段，核心的问题是找到合适的磁制冷材料Carnot

循环©2023.7

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Research氢以液态储运从液氢运输成本构成来看，液化环节成本占总成本近70%，相关核心技术设备是关键©2023.7

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Research氢以液态储运液氢关键设备—膨胀机©2023.7

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Research氢以液态储运液氢关键设备—正仲氢转化器©2023.7

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Research氢以液态储运液氢关键设备—液氢绝热隔温储罐根据使用形式，液氢储罐可分为：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©2023.7

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Research氢以液态储运低温液态储运氢的最具价值攻克的一环，是氢液化核心设备的国产化和由此带来的降本·

液氢制取是产业链最核心技术难度、所需时间©2023.7

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Research氢以液态储运最早发展利用氢能源的发达国家，均沿着液氢路线诞生了一批液氢生产巨头数据来源：雅虎财经©2023.7

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Research氢以液态储运液氢的运输情况—总体看适合运距较远、运量较大的情形液氢罐车：多走公路，超大容量辅以铁路液氢驳船：适用于跨国海洋运氢0100m³120-200m³>1000m³单罐容积量©2023.7

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Research氢以液态储运氢以液态储运的主要运输工具、运输方式—液氢罐车(公路、铁路)、液氢驳船(海洋运输)川崎重工建造的世界上第一艘液氢运氢船Suiso

Frontier©2023.7

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Research氢以液态储运液氢开始直接作为大宗燃料，为各类大型交通工具供给动力能源戴姆勒梅赛德斯奔驰GenH2燃料电池重卡©2023.7

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Research氢以液态储运化学法—本质是氢通过化学反应，生成含氢的液态化合物，作为氢的储运载体合成化合物(储运载体)：甲烷TOL等芳香族有机化合物)(如：甲基环乙烷MCH)©2023.7

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Research氢以液态储运液氨储氢：H2

+N2

→

NH3将氢气H

与氮气N

在特定的反应条件下反应生成液氨，液氨就作为了氢的载体进行储运。液氨有直接下游使用方氢出口项目领域具有优势—利用可再生能源发电电解水制氢后，通过“氢-氨-氢”流程完成“绿氢”储存运输©2023.7

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Research氢以液态储运如氢同理，根据主要制取原料的碳足迹，合成氨也被定义分为了灰氨、蓝氨和绿氨正如根据不同的原料和制取方法对氢进行了不同的分类一样，根据主要原料氢气的碳足迹，合成氨也分为了灰氨、蓝氨和绿氨：绿氢绿氨©2023.7

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Research氢以液态储运如氢同理，根据主要制取原料的碳足迹，合成氨也被定义分为了灰氨、蓝氨和绿氨灰氨(传统制氨)绿氨©2023.7

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Research氢以液态储运目前绿氨主要有5条生产路径，成熟路径都是以绿氢为起点再配以哈伯-博施合成工艺©2023.7

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Research氢以液态储运在哈伯-博施合成工艺之外，新出现了“非热等离子体合成氨法”、“电化学合成氨”法路

径

1

电解水制氢→哈伯-博施合成工艺为了将灰氨工厂转变为绿氨工厂，可以用3种电解器取代SMR装置，从而使氨生产的二氧化碳排放量减少78%(这取决于电力行业的二氧化碳排放成氨；或者氢离子(H+)被转移到氮气中形成氨，而无需先形成氢分子(H

)2与哈伯-博施法相比，电化学合成氨有以下优势：能源效率(LHV)较高；选择率较高(减少了净化需求)；温度和压力较低；以及模块化。不过电化学合成法也存在氨生产率低和膜不稳定的问题©2023.7

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Research氢以液态储运可再生能源电力电量的波动性，呼唤“柔性制氨”技术的进一步发展和细化合成氨工艺流程优化和柔性调控技术大规模电解水制氢系统的模块化集成和集群动态控制技术“源—网—氢—氨”的全系统协同控制技术等©2023.7

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Research氢以液态储运甲醇储氢：H2

+CO2/CO

→CH3OH•

日本2021年建成日产20吨的碳回收甲醇合成装置©2023.7

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Research氢以液态储运伴随甲醇储氢的发展，甲醇制备行业也正在快速从“传统甲醇”向“绿色甲醇”进化现状是甲醇的制取正从第二在国际杂志《焦耳》上公开发表，得到了国际学术界和同行的一致认可合成得到“液态阳光”绿色甲醇©2023.7

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Research氢以液态储运不断寻找液储介质过程，本身就是在密度效率、安全性、反应条件宽泛性之间不断优化气

氢液

氢液

氨甲

醇•

液化技术设备•

隔温绝热储罐率

(>20%)

和

高

甲

醇

选

择

性(>90%)的催化剂，改善催化剂寿命未来技术突破方向/•

IV型、

型瓶V•提升液氨的后续脱氢纯度©2023.7

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Research氢以液态储运液氨/甲醇载氢均需裂解脱氢，经过多次状态转换耗能，均可直接用于化工原料等用途©2023.7

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Research氢以液态储运我国同时是氨和甲醇的世界最大生产国和消耗国，已经开始大力提升绿氨、绿醇的比重中国作为氨、甲醇的世界最大生产消耗国，在“氢氨醇联动”方面正在积极发力，力争在国际能源产业创新前沿占据一席©2023.7

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Research氢以液态储运我国已在风光资源丰沛地区投建布局“绿电-绿氢-绿氨绿醇”项目，2-3年后陆续投产地点投资公司规模绿电绿氢绿氨绿醇√√√摩洛哥南部大区中国能建年产约140万吨绿氨©2023.7

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Research氢以液态储运有机液态储氢技术LOHC—安全性高、成本较低难以被忽视，未来较具潜力有机液体储氢技术LOHC

(Liquid

Organic

Hydrogen

carriers)，是指对不饱和液体有机物(如：甲烷TOL等芳香族有道运输的另一实现大宗氢储运的方式。LOHC可以走输油管道、火车铁路、罐车公路以及船运©2023.7

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Research氢以液态储运有机液态储氢技术LOHC的主流储氢介质种类

—

德、日、国内分别选择了其一发展熔点沸点质量储氢

体积储氢

脱氢温度产物产物N-乙基咔唑、二甲基吲哚等甲基环己烷二苄基甲苯©2023.7

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Research氢以液态储运德、日两国走在有机液态储氢LOHC路线规模化生产的前沿欧洲已经开始了使用LOHC的氢能示范工程，包括使用模将达到210吨。自2019年12月启动以来，项目进展顺利©2023.7

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Research氢以固态储运氢以固态储存按照原理、材料分类固态储氢材料(稳定安全性优于气态液态)稀土系占比高达90%©2023.6

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Research氢以固态储运金属氢化物基储氢合金是目前固态储氢材料中研究最集中、最有实用化前景的©2023.7

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Research氢以固态储运金属氢化物基储氢合金中，镁系和稀土系值得重点关注，适逢我国镁、稀土资源丰富储氢合金种类繁多，包括镁/钛/钒/稀土/锆系等。目前储氢合金的研究热点方向主要包括储存容量高、综合性能好、轻质储氢合金的开发和性能研究等©2023.7

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Research氢以固态储运碳基/金属基分别有储氢量不同材料，单种以镁系密度最高，复合后还能再提升碳基多孔材料储氢合金储氢量(质量储氢分数)储氢量(质量储氢分数)16%16%CO

活化碳纳米管(20K,125bar)20%0%碳纤维、介孔碳纤维、热还原氧化石墨烯©2023.7

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Research氢以固态储运固态镁基产氢有2种路径，分别存在固有难题和对应的改善方法，水解产氢效率更高固有难题：改善方法：MgH

高热力学稳定性(ΔH=76kJ/mol)和较差的动力学A.纳米化：纳米化能够缩短氢的扩散和离解途径，增大材料表面自由能，当尺寸<几纳米时甚至改变了热力学性能(气相沉积法)反应的继续，导致不经干预的MgH2水解产氢法效率较低22C.减小颗粒尺寸：减小MgH2颗粒尺寸使有效水解面积增加也会提升镁基储氢材料的水解产氢性能©2023.7

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Research氢以固态储运欧美多国均有公司，已经研发、生产出各式的固态储氢单元产品国家美国公司固态储氢业务进展GKNHydrogen公司获得了美国能源部170万美元资助开发HY2MEGA固态氢化物储氢罐，该项目为期三年，可以储存500kg氢气，项目于2022年底启动范化应用宝武清洁能源有限公司©2023.6

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Research氢以固态储运我国稀土资源丰富，目前固态材料中稀土系占比达90%，多家院所已有阶段性成果科研院所材料路线方向研究情况12月推出镁基固态储氢车©2023.6

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Research氢以固态储运氢以固态储存适合于固定式和对重量不敏感小型移动式场景，可为垂直领域提供方案随着各界对氢能应用的关注度加大，固态储氢有望在实际应用中不断实现技术研发迭代©2023.7

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Research氢以固态储运氢以固态储存后，使“携带氢移动”“家用户储氢”“为移动设备供氢”成为可能随着各界对氢能应用的关注度加大，固态储氢有望在实际应用中不断实现技术研发迭代•

进一步提高单车轻质储氢材料(如镁基储氢材料)、低