二、氢气储运
氢气输送技术主要包括高压气态输送、管道输氢和液态氢输送。不同储运氢技术都有其适用的应用场景，未来或将会是气态、液态、管道等多种储运方式并存。
（一）高压气态运输
高压气态氢气输送技术将氢气增压至20MPa~40MPa充装到大容积气瓶组，以长管拖车从制氢厂运送至使用厂家或加氢站。长管拖车运输是目前国内最普遍采用的运氢方式，这种方法在技术上已经相当成熟。其工作流程是，先将净化后的氢气经过压缩机压缩至20MPa，通过装气柱装入长管拖车，运输至目的地后，装有氢气的管束与车头分离，经由卸气柱和调压站，将管束内的氢气卸入加氢站的高压、中压、低压储氢罐中分级储存。加氢机按照长管拖车、低压、中压、高压储氢罐的顺序先后取出氢气，对燃料电池车进行加注。
该方法的运输效率较低，国内标准规定长管拖车气瓶公称工作压力为10MPa~30MPa，运输氢气的气瓶多为20MPa。以上海南亮公司生产的TT11-2140-H2-20-I型集装管束箱为例，其工作压力为20MPa，每次可充装体积为4164Nm3、质量为347kg的氢气，装载后全车总质量33168kg，所运输氢气的重量只占总运输重量的1.05%。此外，20MPa长管拖车氢气装载、卸载十分耗时，两端充卸时长至少需8h，计入运输时间，运输距离如果在200km以内，两端充卸及拖车往返时间已达到16h，单车配置两个司机，则可以实现当日往返；但是如果距离超过200km，要实现单日往返，则需要配置更多的司机或者增加拖车。为了满足500kg/d规模加氢站的加氢需求，需要两台单日往返的长管拖车。
运输成本主要由两部分组成，一部分是和运输距离成正比的可变成本，另一部分是和拖车和司机数量相关的固定成本支出。增加一台拖车，折旧费与人工费会有明显提升。除此之外，油费也会随距离增加而显著上升，这是推动成本上升的第二大因素。具体到当运输距离为100km时，氢气运输成本为6.3元/kg；随着运输距离的增加，长管拖车运输成本逐渐上升，当运输距离达到200km和500km时，运输成本分别达到8.4元/kg和18.3元/kg，其中200km和400km的折线是由于超过200km和400km时，分别需要再增加一台拖车以及相应的司机，导致固定成本增加所致。其中加氢站加注规模为500kg/d，长管拖车满载氢气储量350kg，管束中氢气残余约25%，每日工作时间为16h（其中充卸氢气时长一共约8h）。拖车平均时速为50kg/h，百公里油耗为25L，柴油价格为7元／L；牵引车价格为40万元／辆，折旧期为10年；管束价格为120万元／台，折旧期为15年；压缩氢气耗电为1kW·h/kg，电价为0.6元／（kW·h）；车辆保险为1万元／年，保养费为0.3元／km；过路费为0.6元／km。
由于国内标准约束，长管拖车的最高工作压力为20MPa，而国际上已有50MPa的氢气长管拖车。若放宽氢气储运压力标准，增大储气压力，则相同容积管束可容纳更多氢气，从而降低运输成本。比如，如果能将压力提高到50MPa，则可容纳相当于20MPa时2.5倍的氢气，而且由于加氢后残留氢气的量差不多是固定的，所以初始压力越高，加氢后残留比例越少，因此50MPa气瓶装载的有效气体质量接近20MPa的3倍。长管拖车氢气运输成本和距离的变化（20MPa和50MPa）如图3-6所示。50MPa的长管拖车（应用于800kg/d的加氢站）100km和200km运距氢气储运成本约为3.4元/kg和4.1元/kg，相比20MPa长管拖车，成本分别可下降46%和51%；超过200km时需要增加司机，此时300km运距时的成本为4.5元/kg，相比20MPa时更是降低了58%；当超过300km需要增加一辆拖车才能满足加氢站的需求。
（二）液氢运输
液氢运输是指将液氢装在压力通常为0.6MPa的专用低温绝热槽罐内，利用卡车、机车或船舶进行运输。总体来说液氢输送技术较为成熟，国外也已经有一定规模的应用，但国内由于相关的法规标准欠缺，暂时没有液氢卡车罐车，仅有液氢铁路罐车。
与压缩氢气类似，液氢罐车由动力车头、整车托盘、液氢储罐三部分组成。液氢运输需要保持在-253℃的低温，对液氢储存的密封性和隔热性有较高要求，其初期投资成本较高。液氢体积能量密度达到8.5MJ/L，液氢槽罐车的容量大约为65m3，每次可净运输约4000kg氢气，是氢气拖车单车运量的10倍，大大提高了氢气运输效率。同时液氢充卸时间减少约一半，在液化过程中提高氢气纯度，从而保证了燃料电池的寿命和性能。随着氢能产业的发展，液氢储运是大规模、长距离储运氢的方向之一。其最大的缺点是液化成本高，尤其是制取液氢的能耗较大（液化相同热值的氢气耗电量是压缩氢气的11倍以上），并且液氢储存、输送过程中均有一定的蒸发损耗。
在欧洲、美国和日本，液氢技术已相对成熟并已进入规模化应用阶段，但国内液氢生产、运输、储存装置等标准均为军用标准，民用标准缺失，限制了液氢技术在氢气储运领域的应用。待液氢相关标准和政策规范形成后，国内液氢技术有望凭借储氢密度和传输效率的优势逐步取代压缩氢气的市场份额。
采用液氢槽车储运在长距离、大规模运输上有很强的竞争力。在现有技术条件下，采用液氮预冷循环，液氢生产能耗约为15kW·h/kg以上；由于当前液化设备投资较高，导致氢液化的总成本高达约15元/kg。相比于高昂的液化成本，液氢的运输成本则要低得多。液氢槽车储运量较大，可减少槽车及人员的配置，尽管长距离运输也会带来成本的提高，但提高的幅度很小，从100km时的16.3元/kg提高到1000km的17.5元/kg，距离较长时（超过500km）时，液氢的运输成本几乎只有高压气态储运成本（20MPa）的1/10，因此，液氢在长距离、大规模的运输中，相较于20MPa高压气氢拖车储运有着成本优势。
当前不同距离下液氢输运成本及组成：氢液化电耗为15kW·h/kg，电费为0.6元／（kW·h）；当前液化设备折旧成本及维护成本约为6元／kg；槽车装载量为65立方米或4000kg，每日工作时间为15h；槽车速度为50km/h，百公里油耗为25L，柴油价格为7元／L；液氢槽车价格为350万元，10年折旧；车辆保险为1万元，保养费用为0.3元／km；过路费为0.6元／km。
可以看到，现有技术条件下，液化过程的能耗和固定投资较大，液化过程的成本几乎占到整个液氢储运环节成本的90%。在液化设备规模效应和技术进步推动下，液化的单位能耗和设备成本有较大的下降空间。未来面向大规模的液氢生产需求，需要解决氢液化系统效率低、投资大等问题，尤其是需要提高氢液化系统效率。对于大规模液氢装置，可通过改善预冷液化循环、改进压缩机和膨胀机工艺设备等途径，降低氢液化系统的综合能耗和投资成本。综合参考欧洲IDEALHY项目的研究结果，以及国内的技术现状，如果未来液氢实现大规模运行，可将氢液化能耗和装置投资成本大幅降低，预计到2030年和2050年，国内氢液化电耗有望下降至10kW·h/kg和7kW·h/kg，液氢设备单位投资也将相比2020年下降50%和80%，从而推动氢液化成本比当前降低40%和60%，500km运距时的液氢运输全成本在2030年和2050年分别约为11元/kg和8元/kg。
（三）管道运输
管道运输适用于大规模、长距离的氢气运输，可有效降低运输成本。随着氢能产业的快速发展，新建输氢管网可以满足巨大的用氢需求，是大规模、长距离氢气运输的发展趋势。
管道氢气运输的工作压力为1MPa~4MPa，其氢气压缩成本更低。美国和欧洲已有70年氢气管网的发展历史，截至2016年底，全球共有氢气管道4542km，其中美国为2608km、欧洲为1598km，而中国仅为约100km。如中国石化洛阳炼化济源—洛阳的氢气输送管道全长为25km，年输气量为10万吨；乌海—银川焦炉煤气输气管线管道全长为216km，年输气量达16.1亿Nm3，主要用于输送焦炉煤气和氢气混合气；巴陵—长岭输氢管道全长42km，投资额1.9亿元。根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）》的预计，到2030年，我国将建成3000km以上的氢气长输管道。但氢气管道建设成本较高，现有氢气管道均由制氢企业运营，用于向化工和炼油设备运送成品氢气。新建氢气管道不仅投资成本大，建设周期长，还涉及用地、拆建等问题。天然气管道造价为12.5万~50万美元/km，不足氢气管道造价的一半。国外相关研究显示，含20%体积比氢气的天然气—氢气混合燃料可以直接使用目前的天然气运输管道运输，运输后对混合气进行提纯，从而既可以充分利用现有管道设施，也能降低氢气运输成本。目前，德国、法国、西班牙等欧洲国家已将氢气混入天然气管道进行运输，作为经济解决氢气运输设施不足的有效方式。
目前全球天然气管道约300万km，是氢气管道长度的600倍以上，但由于氢气运输的管材容易发生氢脆（金属与氢气反应），造成氢气逃逸，因此需选用含碳量低的材料作为氢气管道。此外，虽然氢气在管道中的流速是天然气的2.8倍，但由于氢气的体积能量密度小，同体积氢气能量密度仅为天然气的1/3，因此通过同一管道输送相同能量的氢气和天然气，用于氢气运输的泵站压缩机功率高于天然气，导致氢气运输的可变成本偏高。
参考两条氢气管道的基本参数，对管道运氢的成本进行了测算。对年输送能力约10万吨的氢气管道，压缩每公斤氢气所消耗的电量是一定的，因为运输气体损耗导致的成本也是一定的，管道运氢成本增长的驱动因素主要是与输送距离正相关的管材折旧及维护费用。在管道实现满负荷利用时，输送距离100km对应的运氢成本为2.13元/kg，仅为同等距离下20MPa气氢拖车成本的1/3；而距离增加到1000km时运氢成本只增加到4.81元/kg，可见通过管道运输氢气可以有效降低成本。
此外，氢气管道运输的成本与管道利用率直接相关，若利用率下降，则成本将明显提升，如图3-9所示。如当利用率降低到25%时，100km和1000km距离的运氢成本分别提高到3.14元/kg和15.18元/kg，分别是满负荷利用时的1.5倍和3.2倍，虽然比20MPa长管拖车经济性要好，但成本已经高于50MPa标准的长管拖车。在当前加氢站尚未普及、站点较为分散的情况下，管道运氢的成本优势并不明显。因此，管道运氢适合大规模集中式氢气的运输和利用，确保前后端市场规模是推广管道输氢的必要条件。
（四）综合对比
综上所述，三种氢气运输方式的成本随着运输规模和距离的差异表现出不同的变化规律。压缩氢气长管拖车初始投资小，最为灵活，适合小规模、短运距的应用场景，尤其是将其运输压力标准提高到50MPa时，此种方式适合在氢能发展初期作为主要的运输手段，在大规模发展之后适合作为管道运输之外短距离运输的补充。管道初始投资最大，是一种适合大规模且长短距离皆可的运输方式，当负荷利用率超过50%时，运输成本即比长管拖车和液氢都要低，因此十分适合在氢能大规模发展之后作为主要的运输手段。液氢罐车运输作为一种成本相对较高的适合长距离运输的方式，可以作为一种必要的补充方式，发挥其相对管道运输更为灵活的优势，进行中等规模的中长距离的点对点运输。总体而言，在不同发展阶段，三种运氢方式的适应性也将有所不同。
数据资料来源：
《氢能产业有序发展路径和机制》钟财富
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