第四届中国制氢与氢能源产业大会纪实之《氢能储运加技术优化》-国泰君安.pdf

请务必阅读正文之后的免责条款部分 [Table_Main] [Table_Title] 产业研究月报 2022.08.01 02 期 第四届 中国制氢与氢能源产业大会 纪实 之氢 能储运加技术优化 [Table_Summary] 摘要 专家核心观点 高压气氢是目前国内外氢能储运市场上商业化程度高、技术最成熟的路线。 目前氢气储 运主要的产品是槽罐拖车。但由于卸气量有限，目前也有改良的新型罐式集装箱，氢气 的平均运费大幅下降。氢气的储存产品常用的是站用固定式储氢瓶组，更好的分级设置 可以优化站内储氢系统配置，从而降低加气站的能耗。 液氢是行业中关注度比较高的方向。 液氢在全球范围整体产能比较低，目前国内主要用 于航空航天。对于远距离大规模运输液氢有明显优势，但目前还在进行前期测试，达不 到商业需求，未来液氢运输船可能会成为重要的运输装备。 结合氢气储运加气站的现状，中集安瑞科提出新的 站内制氢结合拖车供氢的加氢站 设计， 能够对长管拖车的余气回收，提高卸气率，降低运营成本。 对于加氢站的场站管理，结 合物联网和智能控制技术，将加氢机系统与 PLC 现场控制系统结合成一套完整的系统， 实现站控平台统一管控。 中集 安瑞科 为北京冬奥会设计了 70MPa的撬装式全集成加氢装置 ，具有集成度高、整体 防爆的优点。同时安瑞科还开发了 小型撬装加氢装置 ，形成可满足工业化应用的产品。 目前低温高压液氢加氢站常用的是两级增压系统和高压液驱系。 电机驱动柱塞泵增压 压缩机增压系统具有优异的绝热性能，已在液氢领域使用超过十年，具有能耗低的优点。 90MPa 液驱柱塞泵增压系统进行一次性增压，主要面对燃料电池汽车的应用场景。 我们的观点 随着双碳目标的不断推进， 氢能 作为具有成型的技术和较为完整的产业链 的清洁能源 ， 在接下来一段时间里都会是能源领域重点关注的 对象 。如何提高氢能运输效率，降低使 用和运营成 本也是实现氢能 广泛 应用需要 突破的难题 。 从长远看，随着用氢需求的扩大， 更加 经济高效的集中式制氢 管输 、 高度集成的制氢加氢站、 液氢等多种储运路径并行的 方案将会是主要的发展方向。 [Table_Author] 产业研究中心 作者陈磊 电话 021-38038037 邮箱 chenlei022459gtjas.com 资格证书编号 S0880522060001 作者肖洁 电话 021-38674660 邮箱 xiaojiegtjas.com 资格证书编号 S0880513080002 作者鲍雁辛 电话 0755-23976830 邮箱 baoyanxingtjas.com 资格证书编号 S0880513070005 [Table_DocReport] 往期回顾 第四届中国制氢与氢能源产业大会 纪实之 PEM 水电解制氢电解槽双 极板钛纤维毡扩散层制作与涂层加 工 2022.07.28 产业 观察 产业报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 of 12 2022 年 7 月 15 日，在 第四届中国制氢与氢能源产业大会 上， 中集安瑞科控股有限公司氢能技术总监李 怀恩 带来了题为 氢能储运加技术优化 的演讲。 1. 中集安瑞科简介及氢能源产业链介绍 中集安瑞科控股有限公司于 2004 年成立， 2005 年在香港联交所上市，隶属于中集集团（中国国际海运 集装箱（集团）股份有限公司）， 是世界领先的物流装备和能源装备供应商，总部位于深圳，致力于集装箱、 道路运输车辆、能源化工及食品装备、海洋工程、重型卡车、物流服务、空港设备等，提供一流的装备和服 务。 安瑞科具有多年高压气体加气站的设计和建站的经验，在全国已经有超过 2000 座 CNG,LNG,L-CNG 加 气站产品，包括 固定式、一体撬装式、车载可移动式 ， 同时产品出口到泰国、新加坡和俄罗斯， 在氢能配置 方面具有完整的供应和设备配套能力。 作为气体能源 ， 氢能源 具有 完整的产业链，包括上游的制氢、中游的储运加和下游的应用。中游对照传 统的气体能源，分为三条工艺和技术路线气体管输，高压输送和液氢的技术路线。 和 更为 熟悉的天然气对 比， 在 技术方面比较类似。 目前 国内高压氢气的储运加是 中游 主要的技术路线 。 图 1 氢能源产业链 资料来源 中集安瑞科 ，国泰君安证券研究 2. 氢气储运产品和技术的优化 目前常用的储氢方式包括液氢 、 高压气氢 、 有机液体储氢 、 金属储氢 、 甲醇储氢和液氨储氢，通常更关 注体积质量比和重量质量比两个性能。 高压气氢从体积质量比和重量质量比来看都比较低，但 高压气氢是 目 前国内 及 国外氢能储运市场上商业化程度高、技术最成熟的路线。液氢是行业中关注度比较高的方向 ，密度 可以达到 每立方 71kg。考虑到 不同 载具 的特点， 以车载气瓶和槽车来分别测算 ，对 体积质量比和重量质量比 进行 对比测试， 对液氢运输，车载气瓶的体积质量比可以达到每立方米 24.2kg，槽车可以达到每立方米 50kg， 与高压气氢相比优势明显 。从体积储氢比的角度 看，有机液体储氢、金属储氢、甲醇储氢和液氨储氢 都比 较 高，质量储氢比相对液氢 较低 。 通常储氢方式的选择要 考虑不同的使用场景，有不同的特点。 图 2 不同储运方式的适用场景 产业报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 of 12 资料来源 中集安瑞科，国泰君安证券研究 2.1. 氢气的高压运输 目前氢气储运主要的产品是槽罐拖车。 表中是市场上主流的槽罐拖车的型号，以市场保有量最高的 7管 槽罐拖车来看，水溶及 26m，氢气的最大允许充装量是 456kg。但由于 20MPa 的槽罐拖车的自重比较高， 压力较大，卸气量有限，到加气站卸气通常会有 100kg 左右的气卸不出来，因此开发了新型的 30MPa 的运输 设备，即罐式集装箱。最大装气量达到 625kg，提高了 64，卸气量明显提升，因此平均到每公斤氢气的运 费也大幅下降。 图 3 氢气的高压运输槽罐拖车型号对比 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 2.2. 氢气的站用储存 氢气的储存产品常用的是站用固定式储氢瓶组 ，工作压力 45MPa，设计压力 50MPa，单瓶容积 1m左 右 ， 这种级联式储氢系统 相比其他大容积 瓶组 最大优势 是进行分级 ，方便进行高中低压压力分级， 能够 把压 缩机储氢瓶组 的气 送去控制盘加氢机 等 几个设备 进行 灵活的调配，更好的分级设置 可以平衡增压设备投资， 提高气瓶的取气率， 优化站内储氢系统配置，从而 降低 加气站的 能耗 。 2.3. 氢气的液化储运 液氢相比高压气氢在体积质量比上可以大幅提高，但在全球范围整体产能比较低，目前国内主要用于航 空航天。 由于 液氢对技术装备要求非常高 ，比 LNG 液化温度 要再低 100℃左右 ， 因此 对设备保温性能要求极 产业报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 of 12 高。 液氢 储罐体积越大 ， 比表面积高 ， 漏热 率会降低，因此对于现场储罐宜采用更大容积的储罐，以减小漏 热引起的蒸发损失，也可以节省占地和管道工程量。对于液氢槽车，与 LNG 槽车相比需要更厚的绝热层和更 优异绝热性能的支撑结构，来保证较低的日蒸发率。 对于远距离大规模运输液氢有明显优势 ，但当前这种模式只有日本川崎重工 设计的一艘液氢船 进行测试， 只有 两个液氢储罐， 容积仅为 1250m（ 80 吨）， 对于远洋运输 而言 达不到商业需求。对比 LNG 的运输船， 液氢船 还只是在 进行 前期的测试，远远达不到商业， 川崎重工目前也 在做 进一步 规划， 未来会开发 16 万 m 的液氢运输船， 之后可能液氢运输船会成为重要的运输装备 。 2.4. 基于能量密度的储运方式比较 对几种常用燃料与不同氢源的能量密度进行比较，从而比较基于能量密度的储运方式，可以看出，管道 供氢方式目前主要集中于专门应用场景内，未来可以结合大规模产能和高需求的地区进行布局。 长管拖车的 技术和产品最成熟，适用于市场开发初期和需求量相对较小的场景。管束车不仅可以用于运输，还可作为加 氢站的储氢装置。 按照当前 LNG 的经济运距极限约为 2000 公里为参考，考虑槽车的容积和体积能量密度， 液氢的槽车运输经济距离在 800 公里左右，超出此运距应考虑现场制氢的路线。 图 4 几种常用燃料与不同氢源的能量密度比较 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 3. 固定式加氢站技术的优化 3.1. 站内制氢结合拖车供氢的加氢站 固定式加氢站 的主要装备包括母站装车氢气压缩机、充车柱、氢气运输长管拖车、卸车柱、加氢站氢气 压缩机、顺序控制盘、站用储氢瓶组、加氢机及车载供氢系统，这是标准的加氢站设备组成，每个装备都有 产业报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 of 12 很多供应商，在设备选择和工艺上有很多特点，但存在很大的优化空间。 结合氢气储运加气站的现状，中集安瑞科提出新的站内制氢结合拖车供的加氢站设计 ，图中蓝色框内 是标准固定式加氢站的组成，黄色和绿色框中是作为外供氢源母站，通过电解水制氢或甲醇制氢，现场供氢， 低压压到中压瓶组，再通过高压压缩机进一步压缩，如果氢气供应量不够，还可以采用长管拖车外供氢的形 式来补充供氢。这种加氢站设计从增压设备选型、站内工艺流程配置、控制方式等统筹考虑，能够对长管拖 车的余气回收，提高卸气率，降低运营成本。安瑞科的目标卸气率将提高到 95以上。 图 5 氢气储运加核心装备 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 图 6 站内制氢结合拖车供氢的加氢站 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 3.2. 氢气加注机 目前的加氢机按照 SAE J2601标准进行设计制造，是计量和控制的装备 ，目前很多在延用之前其他气体 产业报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 6 of 12 的加注机设计。氢气加注机要求在 加注 过程中对温度及压力进行控制和检测，最佳的加氢协议将能够实现 对所有的储氢系统都能够快速充装到最高 SOC；同时不超过储氢系统的工作极限（不能过热，内部温度小于 85 度，不能过压， 100SOC），即需要同时满足快速加注和气瓶保护的要求。 图 7 储氢系统加注边界及目标密度的关系 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 3.3. 加氢站场站管理系统 对于加氢站的场站管理，结合物联网和智能控制技术，将加氢机系统与 PLC现场控制系统结合成一套 完整的系统，实现站控平台统一管控。 安瑞科有自主研发的数据同步器，能够对运营维护提供实时的监测数 据，同时管理系统的设计方便操作控制人员使用，具有不同的界面和权限，同时可以进行报表数据导出，便 于分析和溯源。 图 8 场站级加氢站管理系统 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 产业报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 7 of 12 4. 撬装式加氢站技术的优化 中集安瑞科 为北京冬奥会设计了 70MPa 的撬装式全集成加氢装置 ，具有集成度高、整体防爆的优点， 但成本较高，进行进一步的优化，设计为分体式撬装集成加氢装置，包括两个撬块，将压缩机、制氢机、 控制系统集成在 一个撬体内，冷水机组独立成撬，安装在安全区域内，形成标准化、系列化的产品，降低 成本。 同时安瑞科还开发了 小型撬装加氢装置 ，形成了可以满足工业化应用的产品。进行三代升级，可以满 足叉车加注、车厂测试、工地临时应用、应急救援等场合需求，即插即用，一台小型撬装加氢装置可以满 足 50 量叉车的加注需求。 5. 液氢加氢站技术的优化 目前低温高压液氢加氢站技术常用的是两级增压系统和高压液驱系 统。 电机驱动柱塞泵增压 压缩机增压系统具有优异的绝热性能，已在液氢领域使用超过十年，具有能耗低 的优点，同时能够保持高纯氢的加注。 图 9 电机驱动 柱塞泵增压 压缩机增压 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 90MPa 液驱柱塞泵增压系统进行一次性增压，主要面对 70MPa 燃料电池汽车的应用场景。 图 10 90MPa 液驱柱塞泵增压 1220273 产业报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 8 of 12 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 6. 中集安瑞科示范应用 广州中石化供氢中心充装站，是华南最大的供氢中心，采用两级隔膜压缩机，是业内最高标准。 图 11 广州中石化供氢中心充装站 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 容易线油气氢综合能源补给站位于保定市，已经建设完成，是加油、 LNG、加氢合建综合站点。 图 12 容易线油气氢综合能源补给站 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 产业报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 9 of 12 潍坊诸城油气氢电综合能源站，是加氢站、充电车位、 CNG 加气站和加油机的综合站点。 图 13 潍坊诸城油气氢电综合能源站 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 国家能源集团冬奥会 70MPa 撬装全集成加氢站，包含了多项国内首创技术。 图 14 冬奥会 70MPa 撬装全集成加氢站 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 冬奥会火炬小型现场制氢加氢装置，利用光伏发电的绿氢。 图 15 冬奥会火炬小型现场制氢加氢装置 产业报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 10 of 12 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 佛山南海、天津临港的第一代小型撬装加氢站已经投入使用，用于叉车加氢。 图 16 第一代小型撬装加氢站 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 液态 阳光制氢加氢一体 站 是与中科院合作的现场制氢加氢一体化装置，配合撬装集成加氢装置，实现 无碳循环，在张家口冬奥进行示范。 图 17 液态阳光制氢加氢一体站 产业报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 11 of 12 资料来源中集安瑞科，国泰君安证券研究 产业报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 12 of 12 本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格 分析师声明 作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力，保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析 逻辑基于作者的职业理解，本报告清晰准确地反映了作者的研究观点，力求独立、客观和公正，结论不受任何第三方的授意或 影响，特此声明。 免责声明 本报告仅供国泰君安证券股份有限公司（以下简称 “本公司 ”）的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的 当然客户。本报告仅在相关法律许可的情况下发放，并仅为提供信息而发放，概不构成任何广告。 本报告的信息来源于已公开的资料，本公司对该等信息的准确性、完整性或可靠性不作任何保证。本报告所载的资料、意见及 推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断，本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可升可跌。过往表现不应 作为日后的表现依据。在不同时期，本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司不保证本报告所含信 息保持在最新状态。同时，本公司对本报 告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改，投资者应当自行关注相应的更新或修 改。 本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户，不构成客户私人咨询建议。在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见 均不构成对任何人的投资建议。在任何情况下，本公司、本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利，不与投资者分享投 资收益，也不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。投资者务必注意，其据此做出的任何投资决 策与本公司、本公司员工或者关联机构无关。 本公司利用信息隔离墙控制内部一个或多个领域、部门或关联机构之 间的信息流动。因此，投资者应注意，在法律许可的情况 下，本公司及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券或期权并进行证券或期权交易，也可能为这些公司提 供或者争取提供投资银行、财务顾问或者金融产品等相关服务。在法律许可的情况下，本公司的员工可能担任本报告所提到的 公司的董事。 市场有风险，投资需谨慎。投资者不应将本报告为作出投资决策的惟一参考因素，亦不应认为本报告可以取代自己的判断。在 决定投资前，如有需要，投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策。 本报告版权仅为本公司所有，未经书面许可，任何机构和个人不得 以任何形式翻版、复制、发表或引用。如征得本公司同意进 行引用、刊发的，需在允许的范围内使用，并注明出处为 “国泰君安证券研究 ”，且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删 节和修改。 若本公司以外的其他机构（以下简称 “该机构 ”）发送本报告，则由该机构独自为此发送行为负责。通过此途径获得本报告的投 资者应自行联系该机构以要求获悉更详细信息或进而交易本报告中提及的证券。本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投 资建议，本公司、本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任。 国 泰君安证券研究 上海 深圳 北京 地址 上海市静安区新闸路 669 号博华广场 20 层 深圳市福田区益田路 6009 号新世界 中心 34 层 北京市西城区金融大街甲 9 号 金融街中心南楼 18 层 邮编 200041 518026 100032 电话 （ 021） 38676666 （ 0755） 23976888 （ 010） 83939888 E-mail gtjaresearchgtjas.com