長期以來，中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨著嚴(yán)重的供需錯配問題，而“銜接”上游制氫與下游用氫的儲運(yùn)環(huán)節(jié)，成為制約氫能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的突出瓶頸。
日前證券時報·e公司記者走訪氫能代表企業(yè)發(fā)現(xiàn)，隨著政策密集發(fā)力和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)逐步完善，氫能儲運(yùn)環(huán)節(jié)正在迎來系統(tǒng)性變革：儲運(yùn)裝備逐步升級，完善氫能管網(wǎng)布局，積極探索液態(tài)、固態(tài)等新型儲運(yùn)形式。
業(yè)內(nèi)人士呼吁，希望國家針對氫能儲運(yùn)環(huán)節(jié)提供專項(xiàng)支持，盡快完善行業(yè)規(guī)范，并推動碳?xì)涫袌鰠f(xié)同發(fā)展，全方位減少氫能的綠色溢價。
儲運(yùn)容器升級降本
“中國的氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)已處在‘1到10’的過渡階段，但仍在商業(yè)化前期，關(guān)鍵環(huán)節(jié)的商業(yè)化價值還未體現(xiàn)出來。”作為國產(chǎn)車載儲氫瓶廠商代表，中材科技(蘇州)有限公司執(zhí)行董事張?jiān)蜃C券時報記者表示，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展制約因素之一是氫氣的儲運(yùn)成本。
作為中集集團(tuán)旗下能化食品業(yè)務(wù)平臺，中集安瑞科是國內(nèi)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈布局的關(guān)鍵裝備制造商和工程服務(wù)商。據(jù)公司介紹，氫氣在常溫常壓下，具有分子式小、易散逸等特性，因此在制、儲、運(yùn)、加、用的過程中，對技術(shù)和設(shè)備保障有很高的要求。
與傳統(tǒng)能源相比，氫氣生產(chǎn)和儲運(yùn)需要投入較大的費(fèi)用來確保高效和安全，目前階段整體成本仍較高。據(jù)華安證券預(yù)估，僅儲運(yùn)氫環(huán)節(jié)就占?xì)錃饪偝杀镜?0%—40%。
目前，國內(nèi)氫能儲運(yùn)以成本相對較低的高壓氣態(tài)為主要形式。而儲氫瓶作為重要的儲存容器，逐步從I、II、III型向質(zhì)量密度更高、成本更低的碳纖維IV型瓶迭代。
2023年5月23日，國家標(biāo)準(zhǔn)《車用壓縮氫氣塑料內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》正式發(fā)布，意味著IV型瓶正式有標(biāo)可依。
據(jù)測算，在同等35MPa壓力等級下，Ⅳ型儲氫瓶成本為2865美元，比Ⅲ型儲氫瓶反而下降27%，主要原因就在于III型瓶儲罐采用大量金屬鋁材料，而IV型瓶采用價格較低的高分子聚合物且用量較少，一般為塑料內(nèi)膽。另外，包裹在內(nèi)膽外部、增加強(qiáng)度的碳纖維占據(jù)IV型瓶主要成本，目前已經(jīng)攻克了國產(chǎn)化難題，配套產(chǎn)業(yè)鏈體系已經(jīng)形成。
“儲氫瓶的核心原材料碳纖維過往主要依賴進(jìn)口，經(jīng)過不懈努力，如今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。”張?jiān)蛴浾弑硎?，中材科技作為國?nèi)擁有70MPa IV型儲氫瓶生產(chǎn)資質(zhì)并建成自動化生產(chǎn)線的企業(yè)，目前設(shè)計(jì)年產(chǎn)能達(dá)3萬只，正在聯(lián)合車企客戶做適配車型的定制化開發(fā)。
中集安瑞科也在積極布局Ⅳ型氫能車載瓶，公司與挪威Hexagon Purus合資建設(shè)的Ⅳ型儲氫瓶生產(chǎn)線已完工，進(jìn)入生產(chǎn)許可取證和生產(chǎn)樣瓶階段。據(jù)介紹，合資工廠一期產(chǎn)能為2萬只儲氫瓶，總體廠區(qū)的規(guī)劃是10萬只，并預(yù)留擴(kuò)產(chǎn)空間。“從2024年6月起，Ⅳ型瓶將可以在國內(nèi)市場開始銷售，在此之前，我們加強(qiáng)氫能Ⅳ型車載瓶在東南亞等海外市場的營銷布局和業(yè)務(wù)拓展。”中集安瑞科方面向記者表示。
據(jù)悉，隨著更高壓力等級的Ⅳ型瓶在中國市場鋪開，配套設(shè)施也隨之跟進(jìn)，當(dāng)前新建的加氫站將適配壓力等級更高的加氫槍。
產(chǎn)業(yè)鏈適配高壓儲運(yùn)
由于當(dāng)前車載儲氫瓶成本仍然偏高，業(yè)內(nèi)企業(yè)正持續(xù)探索儲氫瓶生產(chǎn)的創(chuàng)新工藝，以提升安全性，降低成本。
未勢能源科技有限公司董事長張?zhí)煊鹣蛴浾呓榻B，關(guān)于儲氫瓶碳纖維復(fù)材層成型工藝，目前大多數(shù)工藝是碳纖維在纏繞工序中通過樹脂膠槽進(jìn)行浸潤后纏繞，將碳纖維和樹脂作為纏繞的兩種獨(dú)立原材料，行業(yè)通常稱為濕法纏繞工藝。
“未勢能源已經(jīng)在嘗試干法纏繞工藝，提前將碳纖維、樹脂通過預(yù)浸工藝生產(chǎn)為預(yù)浸帶，后將預(yù)浸帶作為纏繞的原材料進(jìn)行氣瓶纏繞，通過干法纏繞工藝可實(shí)現(xiàn)更高的纏繞效率和更好的產(chǎn)品穩(wěn)定性。”張?zhí)煊鸨硎?，瓶口位置密封性技術(shù)瓶頸較大，尤其是高壓氣瓶，是安全和氫氣泄漏的關(guān)鍵區(qū)，怎么實(shí)現(xiàn)瓶口閥、氣瓶閥座、塑料內(nèi)膽的安全密封，已經(jīng)成為儲氫瓶極其關(guān)鍵的技術(shù)。
隨著壓力的升高，儲氫密度也逐步提升，運(yùn)輸成本逐步下降。中材科技方面預(yù)計(jì)，后續(xù)70MPa的Ⅳ型瓶將會明顯起量。另外，亞普股份也披露，公司已攻克70MPa IV型儲氫瓶技術(shù)難點(diǎn)，去年已經(jīng)獲某主機(jī)廠批量訂單。
“隨著中國標(biāo)準(zhǔn)的完善、壓力等級的提升，高壓氫氣管束車的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑也會隨之提升。”中集安瑞科高管向記者介紹，去年公司已經(jīng)推出了國內(nèi)首臺高壓30MPa管束車，相較20MPa高壓管束車，經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑翻倍，有效降低運(yùn)氫成本;52MPa(運(yùn)氫車)的運(yùn)輸成本將會比20MPa進(jìn)一步顯著下降。
目前，中集安瑞科生產(chǎn)的加氫站站用儲氫瓶組最高壓力等級可以達(dá)到103MPa。
儲氫瓶存儲壓力級別的提升對安全性提出更高要求。張?zhí)煊鹣蛴浾弑硎荆?ldquo;氫燃料電池汽車安全性最核心的部件就是安全瓶(儲氫瓶)，如果公稱工作壓力70MPa，我們水壓爆破測試會做到190MPa以上，通過觀察瓶子破裂形態(tài)，是撕裂、碎裂還是哪里有泄漏，以此來改進(jìn)設(shè)計(jì)。”
隆眾資訊氫能分析師高琳向記者表示，氫氣的儲運(yùn)是高效發(fā)展氫能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)在保障其安全性方面不斷出臺相關(guān)政策，4月30日，全國道路運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會在交通運(yùn)輸部網(wǎng)站發(fā)布了《氫氣(含液氫)道路運(yùn)輸技術(shù)規(guī)范》(計(jì)劃號：JT 2023—03)的征求意見稿，文件規(guī)定了氫氣在道路運(yùn)輸、裝卸安全、應(yīng)急處置等各方面的要求。
液態(tài)固態(tài)儲氫蓄勢待發(fā)
除了儲氫瓶，更大存儲容量的儲氫罐也在推動中。
去年7月，中集安瑞科中標(biāo)了內(nèi)蒙古華電包頭市達(dá)茂旗制氫項(xiàng)目的儲氫設(shè)施工程、采購、施工(EPC)項(xiàng)目，負(fù)責(zé)打造內(nèi)蒙古首座大型綠氫儲存球罐群，為綠氫一體化綜合項(xiàng)目的儲氫環(huán)節(jié)打造應(yīng)用示范項(xiàng)目。
“華電項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)當(dāng)年中標(biāo)，當(dāng)年交付。隨著今年綠氫項(xiàng)目落地，電解槽需求釋放，更大容量的儲運(yùn)需求凸顯，預(yù)計(jì)今年國內(nèi)將迎來儲氫球罐招標(biāo)高峰。”中集安瑞科高管表示。2023年中集安瑞科的氫能業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)收入7億元，同比增長近六成，新簽訂單8.31億元，同比增長37%。目前中集安瑞科具備1萬立方米中壓氫氣球罐的建造能力，滿足可再生能源制氫項(xiàng)目的大規(guī)模儲氫需求。
相比氣態(tài)存儲，液態(tài)儲氫是通過高壓、低溫(-253℃)將氫氣液化，能儲存更高密度、更大容量的氫，也更適合中距離(300公里以上的城際間)低用量運(yùn)氫。據(jù)測算，液氫體積密度為80MPa下高壓氣態(tài)儲氫的2倍多，但制冷耗能大、儲存成本過高。目前低溫液態(tài)儲氫主要應(yīng)用于軍事航天等對氫氣純度要求較高的領(lǐng)域，并需要用到大量壓縮機(jī)。
隨著我國氫氣液化技術(shù)和產(chǎn)能的不斷提升，民用液氫儲運(yùn)也在逐步落地。
去年，中集安瑞科成功下線了國內(nèi)首臺商用液氫罐車;今年，中集安瑞科已經(jīng)開工建造國內(nèi)首臺液氫球罐，牽頭并參與多項(xiàng)液氫團(tuán)標(biāo)和相應(yīng)罐車行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定。另外，去年中科富海1.5噸/天的液氫裝置成功出海，國富氫能打造的中國首臺套年產(chǎn)10噸級液氫裝置落地齊魯氫能。
A股上市公司中，杭氧集團(tuán)氫能源裝備產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目日前啟動，成為浙江省內(nèi)第一個液氫關(guān)鍵裝備制造基地，主要生產(chǎn)適用于液氫領(lǐng)域的低溫液體泵及低溫閥、氫液化膨脹機(jī)、液氫槽罐車、氫氣壓縮機(jī)等氫能裝備。
此外，富瑞特裝披露，公司氫燃料電池車用液氫供氣系統(tǒng)產(chǎn)品已完成樣品研發(fā)制造工作，力爭盡快完成進(jìn)一步的產(chǎn)品性能檢測工作。公司募投項(xiàng)目“氫燃料電池車用液氫供氣系統(tǒng)及配套氫閥研發(fā)項(xiàng)目”達(dá)到預(yù)計(jì)可使用狀態(tài)日期，將延遲調(diào)整至2024年6月30日。
“目前國內(nèi)液氫產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)展較快，但在制取、裝備等環(huán)節(jié)尚不成熟，標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)還有待完善。此外，液態(tài)和氣態(tài)氫氣儲運(yùn)擁有各自應(yīng)用場景，不存在取代關(guān)系。”張?jiān)蛴浾弑硎尽?/p>
另外，壓力較低、體積儲氫密度更高的固態(tài)儲氫領(lǐng)域也獲關(guān)注。固態(tài)儲氫是以物理吸附或化學(xué)氫化物儲存，目前技術(shù)以鎂基、釩基、稀土等合金使用為主。2022年3月份發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》中就包括了固態(tài)儲氫，意味著國家將對固態(tài)儲氫(包括復(fù)合儲氫)進(jìn)行重點(diǎn)研究。
去年，由上海氫楓能源技術(shù)有限公司與上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心合作的噸級鎂基固態(tài)儲運(yùn)氫車已經(jīng)下線。上市公司中，寶武鎂業(yè)去年鎂基儲氫材料已經(jīng)試制出產(chǎn)品，經(jīng)客戶試用后，將逐步形成批量供應(yīng)。
據(jù)介紹，鋼廠通過固態(tài)儲氫可以極大提升用氫的安全性，并能實(shí)現(xiàn)規(guī)模儲存與運(yùn)輸，還能有效利用鋼廠的余熱供能，將極大推動鋼鐵從碳冶金走向氫冶金發(fā)展。
輸氫管網(wǎng)商業(yè)化啟動
華金證券電力設(shè)備與新能源首席分析師張文臣向記者表示，固態(tài)儲氫是采用了氫原子小可以滲透到金屬晶界的特性，該方案是安全的，但成本高，儲運(yùn)氫的數(shù)量有限，不太適合大規(guī)模用氫。液態(tài)儲氫也需要高壓低溫等特殊的環(huán)境，成本較高，適合部分特殊的應(yīng)用場景。相比而言，管道輸氫是解決氫長距離運(yùn)輸可行的方案，且已有論證。
對于600公里以上的固定線路運(yùn)輸，管道輸氫更為普遍。相比國內(nèi)，海外氫氣管道起步較早，鋪設(shè)里程更長，成本也較低。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球氫氣輸送管道總里程已超過5000公里，美國輸氫管道總里程已超過2700公里，排名第一，歐洲氫氣輸送管道長度也達(dá)到1770公里。而據(jù)氫界大數(shù)據(jù)平臺統(tǒng)計(jì)，截至2023年12月，我國已建成運(yùn)營氫氣管道總長度超150公里，主要應(yīng)用于化工園區(qū)內(nèi)輸氫。
另外，歐洲陸上管道每100公里的氫氣運(yùn)輸成本大約0.08至0.16元/公斤，遠(yuǎn)低于中國，主要是因?yàn)闅W洲管道的運(yùn)輸量大，并且有60%由油氣管網(wǎng)改造而來，降低了建設(shè)成本。
旭陽集團(tuán)氫能公司負(fù)責(zé)人表示，未來氫氣的運(yùn)輸路線分為三種，即短途小規(guī)模的氣態(tài)運(yùn)輸，壓縮氫氣為主;長途的國際氫交易，主流方式是把氫變成氨;長途大流量的輸氫，則需要液氫和管道運(yùn)輸。
大型煤焦化工企業(yè)集團(tuán)中國旭陽集團(tuán)在全方位布局氫能產(chǎn)業(yè)鏈，是京津冀最大高純氫生產(chǎn)商及供應(yīng)商。旭陽集團(tuán)在氫能儲運(yùn)提升方面，主要布局氫氣液化與長距離輸氫管道建設(shè)，致力于形成集約化、一體化氫能供應(yīng)管網(wǎng)。
目前國內(nèi)以天然氣摻氫運(yùn)輸與管材研發(fā)為主要攻克方向，布局企業(yè)主要為國家管網(wǎng)、石化機(jī)械、渤海裝備等國央企油氣設(shè)備企業(yè)。管材上市公司東宏股份與浙大氫能研究院及東海實(shí)驗(yàn)室合作，拓展高性能非金屬管道在輸氫方面的應(yīng)用。此外，煤炭、天然氣企業(yè)也積極參與布局管道輸氫。
據(jù)泰興市人民政府網(wǎng)站披露，今年4月，由當(dāng)?shù)厝細(xì)夤就顿Y建設(shè)的天然氣摻氫站順利完成調(diào)試與試運(yùn)行工作，成為我國首個天然氣摻氫項(xiàng)目商業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目。該項(xiàng)目按照天然氣體積的10%摻氫，年度氫消納量可達(dá)1000萬立方米，規(guī)劃最高每年將減少二氧化碳排放近5萬噸。
泰興天然氣摻氫站項(xiàng)目重點(diǎn)圍繞摻氫比例的標(biāo)準(zhǔn)、混合氣體對天然氣管道影響、混合氣體安全風(fēng)險辨識與管控等進(jìn)行了實(shí)踐推進(jìn)，在環(huán)境和能源的雙重領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了融合與突破，為后期全國范圍內(nèi)天然氣管道摻氫利用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并提供一體化整體解決方案。
政策層面，根據(jù)國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》，到2030年形成較為完備的氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系，規(guī)劃中提出統(tǒng)籌推進(jìn)氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)穩(wěn)步構(gòu)建儲運(yùn)體系，開展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點(diǎn)示范。
由于管道輸氫具有安全、便捷、輸量大的特點(diǎn)，氫氣管道將迎來廣闊的發(fā)展前景，但當(dāng)前輸氫管道配套標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)還待進(jìn)一步完善。業(yè)內(nèi)人士表示，目前國內(nèi)對摻氫后的混合氣體的界定、管理標(biāo)準(zhǔn)、安全管控如何落實(shí)，對現(xiàn)有在役燃?xì)夤艿兰敖K端用戶用氣設(shè)備的熱值及安全影響等都缺乏依據(jù)支撐，建議國家牽頭相應(yīng)行業(yè)及企業(yè)，加快該方面的政策出臺。
上市公司中，東宏股份去年調(diào)整了定增方案，取消了新型柔性管道研發(fā)(氫能輸送)及產(chǎn)業(yè)化募投項(xiàng)目。對于取消募投項(xiàng)目原因，公司高管介紹，輸氫管道相關(guān)技術(shù)還需要進(jìn)一步完成技術(shù)路線論證，國內(nèi)非金屬輸氫管道行業(yè)產(chǎn)品規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的制定整體處于萌芽階段。
呼吁加強(qiáng)專項(xiàng)補(bǔ)貼
在中集安瑞科負(fù)責(zé)人看來，2023年以來，國家已經(jīng)著手系統(tǒng)梳理氫能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，打通儲運(yùn)行業(yè)“堵點(diǎn)”。
以IV型儲氫瓶生產(chǎn)資質(zhì)審批為例，張?jiān)偨Y(jié)國家審批節(jié)奏是“優(yōu)生優(yōu)育，逐步放開”，但相較燃料電池及材料部件等，儲氫瓶目前并不在補(bǔ)貼范圍內(nèi)。另外，當(dāng)前氫燃料電池產(chǎn)業(yè)執(zhí)行“以獎代補(bǔ)”的政策導(dǎo)向，但政策補(bǔ)貼的支持力度和范圍，以及落地的及時性和有效性需要進(jìn)一步提升。
旭陽集團(tuán)氫能公司負(fù)責(zé)人向記者表示，建議政策應(yīng)該針對高壓氫氣儲運(yùn)、液氫、氫能發(fā)電等環(huán)節(jié)進(jìn)行專項(xiàng)支持。目前氫能全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的零部件、材料以及相關(guān)設(shè)備等基本可實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，但成本仍然較高，規(guī)模化亟需全產(chǎn)業(yè)鏈的降成本，需要對行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展瓶頸環(huán)節(jié)進(jìn)行專項(xiàng)支持。另外，建議政府維護(hù)氫能產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)中企業(yè)的有序競爭，協(xié)同碳關(guān)稅、碳交易、碳足跡等形式，為產(chǎn)業(yè)鏈賦能，加快“雙碳”目標(biāo)進(jìn)程。
除了政策支持，綠色金融也有望幫助氫能技術(shù)融入市場。中國工程院院士、清華大學(xué)碳中和研究院院長賀克斌在2024年香港綠色科技論壇表示，碳中和的關(guān)鍵核心技術(shù)目前還有50%沒有開發(fā)成熟和商業(yè)化，特別是在儲能、氫能和智能等領(lǐng)域。
在今年兩會期間，全國人大代表、億華通董事長張國強(qiáng)就建議通過碳市場賦能氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前氫能的應(yīng)用成本成為限制產(chǎn)業(yè)規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)，而碳交易將助力氫能推廣應(yīng)用，降低綠色溢價。
張國強(qiáng)表示，應(yīng)該盡快制定氫能產(chǎn)業(yè)碳排放行業(yè)基準(zhǔn)及相關(guān)方法學(xué)開發(fā)，將“綠氫”的減排量納入全國碳市場中，以推動其降本增效，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，同時，可加強(qiáng)國際的碳排放標(biāo)準(zhǔn)合作，為未來發(fā)展國際氫氣貿(mào)易及應(yīng)對碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制等國外碳市場政策影響奠定基礎(chǔ)。
中集安瑞科方面向記者表示，一些國家已經(jīng)在探索將氫能納入碳市場交易體系，據(jù)悉德國計(jì)劃開設(shè)全球首個氫交易所。中國作為世界上最大的氫氣生產(chǎn)國和消費(fèi)國，若將氫能納入碳市場交易，或?qū)⒂兄谕苿託淠墚a(chǎn)業(yè)降本增效，通過市場機(jī)制激勵更多企業(yè)利用氫能源替代傳統(tǒng)能源，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展，降低生產(chǎn)成本和能效，一定程度上能夠減少氫能的綠色溢價。不過，在實(shí)際操作中還需綜合考慮各種因素，比如價格波動、交易機(jī)制、政策措施等因素。
證券時報記者 阮潤生 記者韓忠楠、曹晨對本文亦有貢獻(xiàn)
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