氫氣從制氫廠到加氫站需要經(jīng)歷運(yùn)輸環(huán)節(jié)。氫氣的運(yùn)輸方式可根據(jù)氫氣狀態(tài)不同分為氣態(tài)氫氣(GH2)輸送、液態(tài)氫氣(LH2)輸送和固態(tài)氫氣(SH2)輸送。
選擇何種運(yùn)輸方式，需基于以下四點(diǎn)綜合考慮：運(yùn)輸過程的能量效率、氫的運(yùn)輸量、運(yùn)輸過程氫的損耗和運(yùn)輸里程。
在用量小、用戶分散的情況下，氣氫通常通過儲氫容器裝在車、船等運(yùn)輸工具上進(jìn)行輸送，用量大時(shí)一般采用管道輸送。液氫運(yùn)輸多用車船等運(yùn)輸工具。
雖然氫氣運(yùn)輸方式眾多，但從發(fā)展趨勢來看，我國主要以氣氫拖車運(yùn)輸(tubetrailer)、氣氫管道運(yùn)輸(pipeline)和液氫罐車運(yùn)輸(liquidtruck)三種運(yùn)氫方式為主，本文將主要分析這三種方式的成本。
長管拖車運(yùn)輸：當(dāng)前主流運(yùn)氫方式，經(jīng)濟(jì)性受距離制約
長管拖車是最普遍的運(yùn)氫方式，但運(yùn)輸效率不高
長管拖車由動力車頭、整車拖盤和管狀儲存容器3部分組成，其中儲存容器是將多只（通常6-10只左右）大容積無縫高壓鋼瓶通過瓶身兩端的支撐板固定在框架中構(gòu)成，用于存放高壓氫氣。
長管拖車是國內(nèi)最普遍的運(yùn)氫方式。這種方法在技術(shù)上已經(jīng)相當(dāng)成熟。但由于氫氣密度很小，而儲氫容器自重大，所運(yùn)輸氫氣的重量只占總運(yùn)輸重量的1~2%。
因此長管拖車運(yùn)氫只適用于運(yùn)輸距離較近(運(yùn)輸半徑200公里)和輸送量較低的場景。
其工作流程如下：將凈化后的產(chǎn)品氫氣經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮至20MPa，通過裝氣柱裝入長管拖車，運(yùn)輸至目的地后，裝有氫氣的管束與車頭分離，經(jīng)由卸氣柱和調(diào)壓站，將管束內(nèi)的氫氣卸入加氫站的高壓、中壓、低壓儲氫罐中分級儲存。
加氫機(jī)按照長管拖車、低壓、中壓、高壓儲氫罐的順序先后取出氫氣對燃料電池車進(jìn)行加注。
該方法的運(yùn)輸效率較低。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定長管拖車氣瓶公稱工作壓力為10-30MPa，運(yùn)輸氫氣的氣瓶多為20MPa。
以上海南亮公司生產(chǎn)的TT11-2140-H2-20-I型集裝管束箱為例，其工作壓力為20MPa，每次可充裝體積為4164Nm3、質(zhì)量為347kg的氫氣，裝載后總質(zhì)量33168kg，運(yùn)輸效率1.05%。
國內(nèi)生產(chǎn)長管拖車的主要廠商有中集安瑞科、魯西化工、上海南亮、浦江氣體、山東濱華氫能源等。
長管拖車運(yùn)氫成本測算
為測算長管拖車運(yùn)氫的成本，我們的基本假設(shè)如下：
（1）加氫站規(guī)模為500kg/天，距離氫源點(diǎn)100km；
（2）長管拖車滿載氫氣質(zhì)量350kg，管束中氫氣殘余率20%，每日工作時(shí)間15h；
（3）拖車平均時(shí)速50km/h，百公里耗油量25升，柴油價(jià)格7元/升；
（4）動力車頭價(jià)格40萬元/臺，以10年進(jìn)行折舊；管束價(jià)格120萬元/臺，以20年進(jìn)行折舊，折舊方式均為直線法；
（5）拖車充卸氫氣時(shí)長5h；
（6）氫氣壓縮過程耗電1kwh/kg，電價(jià)0.6元/kwh；
（7）每臺拖車配備兩名司機(jī)，灌裝、卸氣各配備一名操作人員，工資10萬元/人·年；
（8）車輛保險(xiǎn)費(fèi)用1萬元/年，保養(yǎng)費(fèi)用0.3元/km，過路費(fèi)0.6元/km；根據(jù)以上假設(shè)，可測算出規(guī)模為500kg/d、距離氫源點(diǎn)100km的加氫站，運(yùn)氫成本為8.66元/kg。
測算過程如下表：
運(yùn)輸成本隨距離增加大幅上升。當(dāng)運(yùn)輸距離為50km時(shí)，氫氣的運(yùn)輸成本5.43元/kg，隨著運(yùn)輸距離的增加，長管拖車運(yùn)輸成本逐漸上升。
距離500km時(shí)運(yùn)輸成本達(dá)到20.18元/kg。
考慮到經(jīng)濟(jì)性問題，長管拖車運(yùn)氫一般適用于200km內(nèi)的短距離運(yùn)輸。
從拆分的成本結(jié)構(gòu)來看，人工費(fèi)與油費(fèi)是推動成本上升的主要因素。固定成本占運(yùn)輸成本的40%-70%，隨著距離增加，其占比逐漸下降。
為保證氫氣供應(yīng)量，加氫站所需拖車數(shù)量隨著距離增加也相應(yīng)增加：當(dāng)距離小于50km時(shí)，僅需1臺拖車便可滿足當(dāng)日氫氣供應(yīng)，50~300km的距離需要2臺拖車，超過300km后則需要3臺拖車。
每增加一臺拖車，折舊費(fèi)與人工費(fèi)會有明顯提升。除此之外，油費(fèi)也會隨距離增加顯著上升，占比由20%上升至40%，是推動成本上升的第二大因素。
提高管束工作壓力可降低運(yùn)氫成本
由于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)約束，長管拖車的最高工作壓力限制在20MPa，而國際上已經(jīng)推出50MPa的氫氣長管拖車。
若國內(nèi)放寬對儲運(yùn)壓力的標(biāo)準(zhǔn)，相同容積的管束可以容納更多氫氣，從而降低運(yùn)輸成本。
當(dāng)運(yùn)輸距離為100km時(shí)，工作壓力分別為20MPa、50MPa的長管拖車運(yùn)輸成本為8.66元/kg、5.60元/kg，后者約為前者的64.67%。
管道運(yùn)輸：具有發(fā)展?jié)摿Φ牡统杀具\(yùn)氫方式
我國氫氣管網(wǎng)發(fā)展不足，建設(shè)提速
低壓管道運(yùn)氫適合大規(guī)模、長距離的運(yùn)氫方式。由于氫氣需在低壓狀態(tài)（工作壓力1~4MPa）下運(yùn)輸，因此相比高壓運(yùn)氫能耗更低，但管道建設(shè)的初始投資較大。
我國布局氫氣管網(wǎng)布局有較大提升空間。美國和歐洲是世界上最早發(fā)展氫氣管網(wǎng)的地區(qū)，已有70年歷史。
根據(jù)PNNL在2016年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球共有4542公里的氫氣管道，其中美國有2608公里的輸氫管道，歐洲有1598公里的輸氫管道，而中國僅有100公里。
隨著氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，日益增加的氫氣需求量將推動我國氫氣管網(wǎng)建設(shè)。
國內(nèi)氫氣管網(wǎng)建設(shè)提速。我國的輸氫管道主要分布在環(huán)渤海灣、長三角等地，目前已知有一定規(guī)模的管道項(xiàng)目有兩個(gè)：濟(jì)源-洛陽（25km）及巴陵-長嶺（42km）兩個(gè)。
根據(jù)《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書（2016）》所制定的氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展路線，到2030年，我國燃料電池汽車將達(dá)200萬輛，同時(shí)將建成3000公里以上的氫氣長輸管道。
該目標(biāo)將有效推進(jìn)我國氫氣管道建設(shè)。
氫氣管道造價(jià)高、投資大，天然氣管道運(yùn)氫可降低成本
天然氣管道相比氫氣管道更為發(fā)達(dá)。
天然氣管道是世界上規(guī)模最大的管道，占世界管道總長度的一半以上，相比之下氫氣管道數(shù)量很少。
據(jù)IEA報(bào)告，目前世界上有300萬公里的天然氣管道，氫氣管道僅有5000公里，現(xiàn)有的氫氣管道均由制氫企業(yè)運(yùn)營，用于向化工和煉油設(shè)備運(yùn)送成品氫氣。
運(yùn)氫管材的特殊性使氫氣管道造價(jià)高于天然氣管道。
由于管材易發(fā)生氫脆現(xiàn)象（即金屬與氫氣反映而引起韌性下降），從而造成氫氣逃逸，因此需選用含炭量低的材料作為運(yùn)氫管道。美國氫氣管道的造價(jià)為31~94萬美元/km，而天然氣管道的造價(jià)僅為12.5~50萬美元/km，氫氣管道的造價(jià)是天然氣管道造價(jià)的兩倍以上。
氫氣的輸送成本高于天然氣。
雖然氫氣在管道中的流速是天然氣的2.8倍，但由于氫氣的體積能量密度小，同體積氫氣的能量密度僅為天然氣的三分之一，因此用同一管道輸送相同能量的氫氣和天然氣，用于押送氫氣的泵站壓縮機(jī)功率高于壓送天然氣的壓縮機(jī)功率，導(dǎo)致氫氣的輸送成本偏高。
在氫能發(fā)展初期，可采用天然氣管道輸送氫氣以降低成本。
氫氣輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要巨大的資本投入和較長的建設(shè)周期，管道的建設(shè)還涉及占地拆建問題，這些因素都阻礙了氫氣管道的建設(shè)。
研究表明，含20%體積比氫氣的天然氣-氫氣混合燃料可以直接使用目前的天然氣輸運(yùn)管道，無需任何改造。
在天然氣管網(wǎng)中摻混不超過20%的氫氣，運(yùn)輸結(jié)束后對混合氣體進(jìn)行氫氣提純，這樣既可以充分利用現(xiàn)有管道設(shè)施，出于經(jīng)濟(jì)性考慮，也能降低氫氣的運(yùn)送成本。
目前國外已有部分國家采用了這種方法。
管道運(yùn)氫成本測算
為測算管道運(yùn)氫的成本，我們參考濟(jì)源-洛陽氫氣管道的基本參數(shù)，做出如下假設(shè)：
（9）管道長度25km，總投資額1.46億元，則單位長度投資額584萬元/km；（10）年輸氫能力為10.04萬噸，運(yùn)輸過程中氫氣損耗率8%；
（11）管線配氣站的直接與間接維護(hù)費(fèi)用以投資額的15%計(jì)算；
（12）氫氣壓縮過程耗電1kwh/kg，電價(jià)0.6元/kwh；
（13）管道壽命20年，以直線法進(jìn)行折舊。
根據(jù)以上假設(shè)，可測算出長度25m、年輸送能力10.04萬噸的氫氣管道，運(yùn)氫價(jià)格為0.86元/kg。
測算過程如下表：
氫氣管網(wǎng)相比長管拖車具備成本優(yōu)勢。
由于壓縮每公斤氫氣所消耗的電量是一定的，管道運(yùn)氫成本增長的驅(qū)動因素主要是與輸送距離正相關(guān)的管材折舊及維護(hù)費(fèi)用。
當(dāng)輸送距離為100km時(shí)，運(yùn)氫成本為1.20元/kg，僅為同等距離下氣氫拖車成本的1/5，通過管道運(yùn)輸氫氣是一種降低成本的可靠方法。
管道運(yùn)氫成本很大程度上受到需求端的影響。
雖然測算結(jié)果顯示管道運(yùn)氫成本較低，但達(dá)到該成本的前提是管道的運(yùn)能利用率達(dá)到100%，即加氫站有足夠的氫氣需求。
運(yùn)氫成本隨著利用率的下降而上升，當(dāng)運(yùn)能利用率僅為20%時(shí)，管道運(yùn)氫的成本已經(jīng)接近長管拖車運(yùn)氫。
在當(dāng)前加氫站尚未普及、站點(diǎn)較為分散的情況下，管道運(yùn)氫的成本優(yōu)勢并不明顯。
但隨著氫能產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展，氫氣管網(wǎng)終將成為低成本運(yùn)氫方式的最佳選擇。
液氫罐車運(yùn)輸：適合長距離運(yùn)輸，國內(nèi)外應(yīng)用差距明顯
液氫運(yùn)輸相比氣氫效率更高，但國內(nèi)應(yīng)用程度有限
液氫罐車運(yùn)輸系統(tǒng)由動力車頭、整車拖盤和液氫儲罐3部分組成。
由于液氫的運(yùn)輸溫度需保持在-253℃以下，與外部環(huán)境溫差較大，為保證液氫儲存的密封和隔熱性能，對液氫儲罐的材料和工藝有很高的要求，使其初始投資成本較高。
液氫罐車運(yùn)輸具有更高的運(yùn)輸效率，但液化過程能耗大。
液氫罐車運(yùn)輸是將將氫氣深度冷凍至21K液化，再將液氫裝在壓力通常為0.6兆帕的圓筒形專用低溫絕熱槽罐內(nèi)進(jìn)行運(yùn)輸?shù)姆椒ā?
由于液氫的體積能量密度達(dá)到8.5MJ/L，液氫槽罐車的容量大約為65m3,每次可凈運(yùn)輸約4000kg氫氣，是氣氫拖車單車運(yùn)量的10倍多，大大提高了運(yùn)輸效率，適合大批量、遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。
但缺點(diǎn)是制取液氫的能耗較大（液化相同熱值的氫氣耗電量是壓縮氫氣的11倍以上），并且液氫儲存、輸送過程均有一定的蒸發(fā)損耗。
國外已有廣泛應(yīng)用，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)缺失掣肘液氫發(fā)展。
在國外尤其是歐、美、日等國家，液氫技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相對較為成熟，液氫在儲運(yùn)等環(huán)節(jié)已進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用階段，某些地區(qū)液氫槽車運(yùn)輸超過了氣氫運(yùn)輸規(guī)模。
而國內(nèi)目前僅用于航天及軍事領(lǐng)域，這是由于液氫生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存裝置等標(biāo)準(zhǔn)均為軍用標(biāo)準(zhǔn)，無民用標(biāo)準(zhǔn)，極大地限制了液氫罐車在民用領(lǐng)域的應(yīng)用。
國內(nèi)相關(guān)企業(yè)已著手研發(fā)相應(yīng)的液氫儲罐、液氫槽車，如中集圣達(dá)因、富瑞氫能等公司已開發(fā)出國產(chǎn)液氫儲運(yùn)產(chǎn)品。
液氫標(biāo)準(zhǔn)出臺指日可待。
2019年6月26日，全國氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會發(fā)布關(guān)于對《氫能汽車用燃料液氫》、《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》和《液氫貯存和運(yùn)輸安全技術(shù)要求》三項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)征求意見的函。
液氫相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策規(guī)范形成后，儲氫密度和傳輸效率都更高的低溫液態(tài)儲氫將是未來重要的發(fā)展方向。
液氫槽車運(yùn)輸成本測算
為測算液氫槽車運(yùn)輸?shù)某杀荆覀兊幕炯僭O(shè)如下：
（14）加氫站規(guī)模為500kg/天，距離氫源點(diǎn)100km；
（15）槽車裝載量為15000加侖（約68m3，即4000kg），每日工作時(shí)間15h；
（16）槽車平均時(shí)速50km/h，百公里耗油量25升，柴油價(jià)格7元/升；
（17）液氫槽車價(jià)格約為50萬美元/輛，以10年進(jìn)行折舊，折舊方式為直線法；
（18）槽車充卸液氫時(shí)長6.5h；
（19）氫氣壓縮過程耗電11kwh/kg，電價(jià)0.6元/kwh；
（20）每臺拖車配備兩名司機(jī)，灌裝、卸載各配備一名操作人員，工資10萬元/人·年；
（21）車輛保險(xiǎn)費(fèi)用1萬元/年，保養(yǎng)費(fèi)用0.3元/km，過路費(fèi)0.6元/km。根據(jù)以上假設(shè)，可測算出規(guī)模為500kg/d、距離氫源點(diǎn)100km的加氫站，運(yùn)氫成本為13.57元/kg。
測算過程如下表：
液氫罐車成本變動對距離不敏感。當(dāng)加氫站距離氫源點(diǎn)50~500km時(shí)，液氫槽車的運(yùn)輸價(jià)格在13.51~14.01元/kg范圍內(nèi)小幅提升。
雖然運(yùn)輸成本隨著距離增加而提高，但提高的幅度并不大。這是因?yàn)槌杀局姓急茸畲蟮囊豁?xiàng)——液化過程中消耗的電費(fèi)（約占60%左右）僅與載氫量有關(guān)，與距離無關(guān)。
而與距離呈正相關(guān)的油費(fèi)、路費(fèi)等占比并不大，液氫罐車在長距離運(yùn)輸下更具成本優(yōu)勢。
發(fā)展趨勢：成本最低的管道運(yùn)輸是未來發(fā)展方向
將上述測算結(jié)果進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)：在0~1000km范圍中，管道運(yùn)輸?shù)某杀咀畹汀?
運(yùn)輸距離在250km內(nèi)時(shí)，長管拖車運(yùn)輸成本低于液氫槽車，超過250km則后者更具成本優(yōu)勢。
《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》提出了未來氫能運(yùn)輸環(huán)節(jié)的發(fā)展路徑：在氫能市場滲入前期，氫的運(yùn)輸將以長管拖車、低溫液氫、管道運(yùn)輸方式因地制宜、協(xié)同發(fā)展。
中期（即2030年），氫的運(yùn)輸將以高壓、液態(tài)氫罐和管道輸運(yùn)相結(jié)合，針對不同細(xì)分市場和區(qū)域同步發(fā)展。
遠(yuǎn)期（即2050年）氫氣管網(wǎng)將密布城市、鄉(xiāng)村，成為主要運(yùn)輸方式。
來源：廣證恒生、第一元素網(wǎng)
