氢能储运技术全面解析：从气态到固态的多样化解决方案
当前，我国氢气资源主要来源于煤炭工业，且多集中在北方地区，而需求端则主要集中在东部沿海地区，这种供需错配问题亟待解决。近日，国内首条“西氢东送”输氢管道示范工程被纳入《石油天然气“全国一张网”建设实施方案》，该工程起点位于内蒙古乌兰察布，终点在北京，全长400多公里，成为国内首条跨省、大规模、长距离的纯氢输送管道。其一期运力为10万吨/年，并预留了50万吨/年的远期提升潜力。
在氢能储运领域，储运成本是影响产业链降本的关键因素之一。由于氢在常温下为气态，密度仅为空气的14%，因此，提高运输效率成为了储运技术的核心挑战。目前，氢气储存主要采用气态、液态和固态三种方式。
气态储氢中，高压气态储氢是最常用的方法。它通过高压容器将氢气压缩储存，具有技术成熟、充放气速度快和运营成本低等优点。然而，该方法也存在安全性隐患和加氢站成本高等问题，适用于短距离运输（<200km）。
液态储氢方面，低温液态储氢采用低温技术将氢气冷却至液化温度以下，以液体形式储存。它适用于远距离、大运输量的场合。但该方法成本高、能效低，并存在泄露和每天1-2%的损耗问题。此外，绝热系统也较为复杂。
另一种液态储氢方法是有机液态储氢（LOHC），它利用某些不饱和有机物与氢气进行可逆的加氢和脱氢反应来储存氢气。该方法具有储氢容量大、储氢密度高等优点，但能耗高、设备费用高以及脱氢反应温度和催化剂活性不稳定等问题限制了其应用。
固态储氢则是通过物理或化学方式使氢气与储氢材料结合来实现储存。材料分类上包括金属合金、碳材料等。从体积储氢密度和安全性等方面考虑，固态储氢被认为是最具商业化发展前景的储存方式之一。
总体而言，储运的技术路线正朝着“低压到高压”、“气态到多相态”的方向发展。目前，气态和液态储氢是主流方式。
高压气态储氢
高压气态储氢通过减压阀连接，可便捷地释放所需氢气。长管拖车是高压氢气运输的主要方式，结合集装格小范围补充，满足不同需求。集装格由多个高压储氢钢瓶组成，运输灵活，适合需求量小的加氢站；而长管拖车则适用于需求量略大的运氢场景。
储氢罐结构简单、初期投资小，非常适合短距离（<200km）运输。从材质角度看，储氢瓶主要分为I-IV型瓶。其中，高压气态储氢的关键设备包括压缩机和储氢瓶。
（一）压缩机
压缩机通过提高氢气储存密度和压力，将其压缩成高压氢气。在氢能产业链中，压缩机有着广泛的应用，从制氢环节到加氢站及下游应用端，都离不开它的作用。
（二）储氢瓶
高压气瓶是氢气储运的核心设备，负责氢气的储存和释放。它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）以及塑料内胆纤维缠绕瓶（IV型）。在加氢站等固定式储氢场景中，I型和II型瓶较为常见；然而，由于金属材料与氢气接触可能产生氢脆效应，影响储氢安全，因此移动式车用场景中更倾向于使用III型和IV型瓶。
储氢瓶由内胆、中间层和表层三部分组成。内胆是核心部件，用于阻隔氢气；然而，金属内胆与氢气接触会产生氢脆效应，影响长期储存，因此塑料等复合材料内胆的应用逐渐增多。中间层作为承压层，采用碳纤维等高强度轻质材料；而表层则使用玻纤等包裹材料保护内部结构。
（二）成本降低途径：高压长管拖车的成本降低主要依赖于提升高压储氢气瓶的设备压力。随着储氢气瓶的压力增大，单位氢气的运输成本会相应降低。具体来说，就是当储氢气瓶从设备压力相对较小的I型逐步过渡到设备压力更大的IV型时，高压长管拖车的运氢成本会呈现出持续下降的趋势。
低温液态储运
液氢产业链涵盖了氢的液化、液态氢的储运以及液氢的加注等多个环节。
（一）氢液化技术
当前，液氢工厂普遍采用液氮预冷型Claude系统进行氢液化。该过程中，压缩机、换热器、低温透平膨胀机、正-仲氢转换器以及节流阀等设备发挥着关键作用。压缩机主要用于加压氢气/氦气，以满足后续制冷需求，同时也是氢液化装置中能耗最高的部分，因此技术提升方向主要是提高压缩机效率和可靠性。
（二）液氢储运技术
低温液氢的存储关键在于液氢储罐，其形式可分为固定式和移动式。固定式储罐中，大型通常采用球形设计，而中小型则多选择立式或卧式圆柱形。移动式液氢储罐则主要采用卧式圆柱形。此外，车载液氢供氢系统也备受关注，其特点在于大储氢量和高续航能力，关键部件包括绝热层、温度控制器、安全阀等。
（三）液态储运行业重要参与者
开山股份作为空气压缩机领域的佼佼者，已进军氢气压缩机市场并获得订单。杭氧股份则专注于氢产业发展，提供多种氢气相关产品和技术。冰轮环境在冷链行业领先，其产品覆盖氢液化、储运等多个环节。雪人股份则专注于氢燃料电池系统及配套产品的研发与生产。中泰股份在氢能源全产业链均有布局，包括大规模制取高纯度氢的技术和设备。蜀道装备则提供从制氢到加注的一站式解决方案。
致远新能专注于车载LNG供气系统的研发、生产与销售，其核心产品为车载LNG供气系统及车用贮气筒。公司已着手氢能源研发，并提前布局液氢供气系统及液氢储罐的技术研发。
京城股份在氢燃料储氢瓶技术领域处于行业领先地位，其生产的35MPa高压储氢气瓶已广泛应用于氢燃料电池汽车及燃料电池备用电源领域，同时70MPa高压储氢气瓶的研制工作也已圆满完成。
兰石重装围绕电解水制氢技术与装备展开研发，涉及分布式氢储能技术及应用、煤气化制氢技术、大型高压气态储氢容器的研发和制造等多个领域。
纽威股份在液氢阀门领域积累了丰富的技术经验。
石化机械，作为中石化旗下的设备制造企业，致力于研发加氢站用氢气压缩机、加氢站配套装备、氢气纯化装置等产品。
有机液态储运
有机液态储氢（LOHC）技术适合大规模、长距离运输，其储氢量大且材料为液态有机物，常温常压下即可安全运输。该技术通过加氢和脱氢两个环节实现储氢与用氢的转换。
管道运输
管道输氢分为天然气掺氢管道和纯氢管道两种方式。在氢能发展的初期，可以利用现有天然气管道进行掺氢输送；而纯氢管道则是未来氢能管网建设的理想选择，尽管其铺设难度大、投资成本高。
东宏股份与浙江大学合作，针对氢能输送管道进行联合开发，旨在推动氢能产业的发展并突破相关装备技术瓶颈。作为全球最大的复合管道制造基地，东宏股份在此领域具有显著优势。
固态储氢
固态储氢主要依赖于物理或化学吸附材料。这些材料具有高体积储氢密度、出色的安全性能以及长储存时间等显著优点。根据吸附原理，固态储氢材料可分为物理吸附和化学吸附两大类，其中化学吸附中的金属氢化物技术已相对成熟。特别值得一提的是，镁系合金凭借其高储氢量、丰富的原料以及高纯度产氢等特点，被业界广泛看好，并已在实际应用中落地。
以氢枫能源为例，该公司已成功推出镁基固态储运氢车等产品，充分展示了固态储氢技术的实际应用潜力。
固态储氢关键企业一览：
圣元环保在厦门设立氢能研究院，专注于固态储氢材料的研发。同时，该公司在泉州投资建设固态储氢系统活化项目，旨在将石化产业园区的工业副产氢提纯为高纯氢，并激活固态储氢材料。
云海金属与宝钢金属等多家单位合作，共同推进镁基固态储氢的研究。目前，客户正在进行镁基储氢材料的性能测试，预计测试完成后将启动订单。
厚普股份通过合资设立成都集氢科技，计划拓展储氢合金材料及固态储氢成套装置业务。其全资子公司安迪生测量自主研发的氢燃料电池电动汽车加氢枪与加氢质量流量计已实现进口替代，并已批量生产及销售。
加气设备领域的领先企业，国内首家箱式加氢站解决方案服务商，已参与承建多座加氢站。其智能加氢枪是燃料电池汽车氢气加注的核心设备。此外，该公司还与武汉地质资源环境研究院合作，推动氢燃料电池汽车的应用和推广。
永安行自主研发并建设了燃料电池生产线及固态低压储氢器，形成了标准化生产。其氢能自行车系列已将低压储氢和换氢技术融入其中。
横店东磁的子公司江苏集萃安泰创明专注于固态储氢材料与应用技术的研发。已成功开发出拥有自主知识产权的固态储氢发电系统，并已应用于氢能两轮车。计划在江苏、广东等地开展特定区域场景的示范工程。
雄韬股份参股上海氢枫能源，共同参与氢能储运及应用技术平台的建设项目。其中，“大容量镁基固态净化储运氢技术”课题已取得重要进展，实现了氢气净化与储存的一体化。
鸿达兴业拥有气态、液态、固态多种储氢技术。设立了鸿达氢能源及新材料研究院，并建设运营了我国首个民用液氢工厂。同时，也在内蒙古投资建设了第一座加氢站。
华福证券2023年8月发布的《低碳研究氢能专题报告（二）：氢储运篇》详细探讨了氢气的储运技术及其发展趋势。
