新风口！氢能离不开液氢，技术制约不再是关键，存储与运输才是

导读：只计算电力消耗，液氢路线能耗成本就比高压氢气要低;再加上液氢储运高效成本低，可以说不论运输距离多近，液氢都有优势。

第一，液氢适用于大规模储存和运输，在碳中和目标中扮演重要角色；

第二，液氢与新能源发电结合建立电氢体系，可实现新能源优势互补良性发展，解决民用氯能的储运瓶问题，同时可降低使用成本，

第三，国外大量的液氢工厂、液氢供氢加氢站和日本的大宗液氢国际贸易，是我们氢能发展的参考;

第四，液氢的发展道路将与液化天然气(LNG)发展过程类似，前景比LNG更广阔；

第五，国内液氢技术与国外相比尚有差距，但不存在卡脖子技术难题，能够满足氢能发展需求；

第六，液氢技术路线在双碳目标下，投资规模巨大，具有广阔前景。

第一，为什么氢能发展离不开液氢。

之所以要大规模发展氢气，是为了实现碳中和目标大规模发展氢能，可以取代化石能源，减少碳排放。比如用氢发电、氢供热取代火电，焦炭炼钢可以用氢治金，在化工领域可以用氢制成甲醇、氨以及芳香氯，在炼油领域可以用绿氯来加氢。综上，氢能将在未来实现大规模应用。

之所以要发展液氢，是因为在双碳背景下，氢因与电可相互转化，必将得到大规模发展。这其中，在前端制氢方面，大规模制氢，不论是化工制氢、各种副产制氢、现在和将来的电解制氢等技术和设备都比较成熟。

某些制氢新技术也在开发之中。在终端用氢方面，不论是作为氢能源之燃料电池、化工原料、工业特气等，都已经比较成熟，氢内燃机在研发之中;氯气炼钢、氢储能等在论证中。

在中间储运方面，大规模储运是氢能发展的瓶颈，称为氢能产业的“任督二脉”只有打通大规模储运的技术限制才能大幅降低氢气成本，氢能社会才能真正到来。

液氢是实现氢规模化高效储运的最佳途径。液氢是采用低温制冷设备将常温氢气降温直至液化而得到的液态氢气产品。

氢气是一种较难液化的气体(液化难度仅次于气)。液氢在常压下其饱和温度约为-253°C，饱和密度为70.8kg/m3，是标况下气氢密度的800倍。

液氢的密度约是20MPa氢气的5倍，是35MPa氢气的3倍，是70MPa 氢气的1.8倍液氢最大的优势在于其密度大，储重比(储氢量与储氢系统质量之比)高，一般可超过10%。下图是宁德时代在加拿大的液氢厂及球形液氯储罐，再来看各种形式气的储氢密度。液氢密度是70公斤。

在常温下，35MPa 是24 公斤，70MPa 是40公斤，都比液氢密度小。液氢相对气氢的优势主要在于密度大。同时，液氢还具有大规模储存输运方便、低压安全、储重比大和纯度高等储运优势。

单个液氢罐容积可达上百方，甚至上千方，(各行业纪要加v:teer987)上万方的液氢储罐也在设计之中。

目前美国、俄罗斯等大规模液氢储存多采用球形储罐方式。最大的液氢储罐位于美国弗罗里达州的肯尼迪发射场，容积达到3800m3去年又在新建4700m3的液氢球罐。同时，液氢更适用于大规模储存，输运方便效率高，成本低。20MPa管束车有效供氢量3000Nm3，而40方液氢车有效供氢量30000Nm3即一辆40方液氢罐车的运气能力等于10辆20MPa或者7辆35MPa管束车的能力。

如果考虑车辆购置费用和运输油耗、过路费用等，考虑到车辆运行安全性(交通事故率降低)，液氢运输成本只有高压氢气的1/10左右，经济运输距离可达1000km 以上。另外，液氢储运的储重比大，车载液氢供氢系统的储重比可以达到10%以上，是高压氢气(般不超过5%)的两倍，且更适用于物流车、重卡及客车等长期规律运行目需要氢量大的商用氢燃料电池车，续驶里程可达1000km 以上。

再者，液氢技术路线在整个产业链环节中储存压力等级较低(一般低于1MPa)，相对来说安全性更高。在地价昂贵的城市，液领加氢站占地面积更小，投资更小。在德国、日本，液氢加氢站甚至可直接在居民区进行建设，更适合商用推广应用。

最后，液氢供氢纯度高，更适用于燃料电池和超纯氢供应。液氢温度下，除氮气外的气体杂质都已固化，蒸发的氢气纯度很高且在运输环节能够保障品质，因此液氢是全球公认的可大规模获得超纯复的方式。

在燃料电池方面，当前很多工业氢气都很难满足要求，而液氢技术路线在各环节的硫、氯等杂质含量都得到有效控制。在超纯氢供应方面，液氢技术路线可以广泛应用于半导体、电真空材料、硅晶片、光导纤维等领域。

再看管道输送与液氢运输。管道输送虽然高效，运营成本低，但是初始投资大，大规模管道建设属国家战略。同时，管道输送只输不储，除直接燃烧外，用户侧使用时还是需要增压或者液氢储存。

另外，适合氢气输送的管道正在研究中，天然气掺氢在很多场景需要提纯后才能使用。我们认为氢的输运将是管道、压缩氢气和液氢等多种方式并存，但液氯是实现氯规模化高效储运的最佳途径将在氢能储运中占主导地位。

但是，液氢相对于气氢也有一些劣势。首先液化工厂投资大、生产能耗高，可以通过液化核心设备国产化、大规模生产提高效率以及与新能源结合的低廉电价来降低成本。同时，运输、存储过程蒸发降低使用效率，可以通过运输车采用燃料电池为动力、BOG回收技术应用和鼓励营运车辆直接采用液氯加注来提高使用效率。

最后，液氢路线的技术门槛比较高，可以通过充分利用航天现有技术和经验、加大液氢路线相关装备的研发来提升技术能力。再就是液氢储运成本分析，主要分为制取成本和运输成本。右图是液化及高压储运制取加运输成本对比，氢气源按氯碱产氢成本 1.5元/Nm3，电价1 元/Wh，液氢能耗15kWh/kg。

目前液氢成本相对比较高，制取成本和运输成本加起来有一个平衡距离，在平衡距离之下用高压氢气储运成本较低，在平衡距离之上用液氢储运成本较低。平衡距离取决于电价和系统能耗储运成本，如果电价降低，能耗降低，则平衡距离会越来越小，最低可以达到几十公里。碳中和目标下，风光发电厂大都在三北或者海上等偏远地区，电价便宜。

将电解制氢工厂和液化工厂紧邻发电厂建设，可极大降低制氢和液化的电耗成本。在氢大量使用的城市区，电价贵，液氢路线的能耗只有1kWh;高压氢压缩能耗为4-6kWh。

综合下来只计算电力消耗，液氢路线能耗成本就比高压氢气要低;再加上液氢储运高效成本低，可以说不论运输距离多近，液氢都有优势。

第二，液氢在"双碳目标"中的角色。

双碳目标下，新能源会大规模发展，像风电、光电，但存在以下三个问题:

第一，分布不均，转移困难，发电区域与用电区域不匹配;

第二周期性和间歇性等特点，电网难以承受;

第三，电力储存困难，特高压输送容量有限，损失大。

解决方案是用液氢作为电能和燃料的媒介。

液氢规模化应用路线是，用风光发电、电解制氢、氢气液化液氢储存，并通过液氢运输到氢气能源站来进行高压加氢、液氢加氢，或者用于工业用氢。另外，液氢可以在当地做储能，在需要的时候再发电供给电网使用，以此平衡电网的波动。

在风光电厂地区，电价便宜，通过建立以液氢为储运介质的新能源电氢体系，可结合风电光电的低碳、低成本和液氢的稳定、便于规模储运的优点，规避风光周期性、液氢能耗高的缺点，实现新能源的优势互补、良性发展。双碳目标下，液氢扮演三大角色。

第一，能源个质，液氢高效储运，纯度高。在交通领域供氢由燃料电池替代燃油发动机

在航天领域用作火箭、超高音速飞行器等直接燃烧的燃料;在国防领域可用作潜艇等的燃料。

第二，储能媒介，液氢能量密度大，规模大。5 万方液罐可储能1亿度电，100方液氢罐可储能21万度电;40方液氯运输车可输能8.4万度电相比之下，，辆20MPa管束车可输送能量约0.85万度电。

第三，工业原料，绿色清洁，纯度高。绿色清洁使之可作为工业原料使用;纯度高使之可作为工业特气用于半导体、电真空材料、硅晶片、光导纤维、特

种金属冶炼等领域。液氢的能量密度大，所以储能规模很大，5万方液氢罐可储能1亿度电。作为工业原料，5万方液氢罐可储能1亿度电，相当于目前最大的3800方液氢罐，储能规模大了10倍多。

目前，挪威规划有4.8万方液氢罐。综上，储能规模:液氢=LNG>抽水蓄能=空气储能>热储能电池储能>飞轮储能>超级电容储能。同时，液气储能成本更低，固定式储能电池成本比储氢容器成本高10倍。

另外，液氢与储电具有互补性，储电属于高频调节，储氢属于低频调节。最后，液氢具有灵活的储、运、用方式，中游运输方式灵活，下游应用领域广泛。液氢储能用途包括抽水蓄能、空气储能、热储能、电储能等，应用方式单一。

液氢和LNG可与下游很多应用场合结合，可实现运营经济性。至于液氢储能效率，抽水储能效率高，可达75%，但需要地势高差，储存过程中自然蒸发损耗巨大，综合效率并不高电池储能效率高，但规模不大，单个模块难以做大，安全性问题严重，其他方式效率都不高，只有大约 40%左右。

综合看，液氢是大规模、长周期、可与下游应用结合的有效储能方式。液氢供氢纯度高更适用于燃料电池要求液氢温度下，除氨气外的气体杂质都已固化，蒸发的氢气纯度很高且在运输环节能够保障品质，因此液氯是全球公认的可大规模获得超纯氢的方式。燃料电池方面，当前很多工业氢气都很难满足要求，而液氢技术路线在各环节的硫、氯等杂质含量都得到有效控制。

同时，液氢更适用于工业特气-超纯氢供应。液氯蒸发出来的氢气可达 99.999%以上,可用于很多特殊行业领域第一，半导体，氯气主要用于氧化，退火，外延和干蚀刻工序，氧化工序就是在硅片表面形成氧化硅膜的工序，在LS生产工艺中占有重要位置;第二食用油脂;第三，特种金属治炼，如高品质钢材可用于航空发动机、燃气轮机等，提升我国的材料工业水平。

在工业生产领域液氢可以作为绿色清洁的工业原料具有还原属性和元素属性两种方式还原属性方面2050年氢能消费720万吨替代钢铁行业4亿吨以上焦炭10亿吨以上二氧化碳排放。

元素属性方面2050年气能消费2200万吨，在炼油行业有加氢裂化、加氢精制等工艺，在化工行业有合成氨、甲醇生产等应用，合计减少超过3亿吨二氧化碳排放。

第三，国外液氢技术发展与路线参考。

参考液氢技术发展，它最早是航天领域需求驱动从上世纪70年代末开始发展为航天和民用领域需求共同驱动在加氢站领域，据统计，像美国、日本、德国的在营/规划加氢站中，约 1/3为液氢加氢站。

目前阶段液氢技术链，包括生产、储存、运输应用。具体如下图所示。关于全球液氢工厂的分布情况，液氢工厂主要在北美，美国和加拿大占很大一部分，约占全球液氢产量的83%左右，而日本占比只有9%我国当前产能较低，氢液化设备被美国AP、普莱克斯，法国液空，德国林德等厂商垄断。Air Products、Praxair 分列北美第一、二大液氢供应商垄断90%市场。

同时目前在美国等液氢厂的液氢储存太多采用球形储罐方式。另外，美国氢能在加州发展最快，主要得益于西部液氢站布局。再看国外代表性液氯储蓄情况，左图是NASA航天发射运输液氯的公路槽车，容积75.5m3，右图是容积910m3 液氯驳船。再看下图，这是40英尺罐箱容积约40m3。

氢能交通领域国外加氢站分布方面，美国、德国、日本1/3以上的加氢站为液氢储供。液氢存储有两种技术路线，分别是气氢加注和液氢加注。气氢加注型加氢，早期加氢站路线的能耗为4-6kWh/kgH2，林德加氢站路线的能耗低至1kWh/kgLH2。液氢加注型加氢，直接加注液氢路线能耗几乎为零。

液氢冷量还可为车上所用-车用空调，冷藏车等。梅赛德斯奔驰Actros GenH2卡车将拥有高达 1000公里甚至更高的续航里程。采用

两个用于储存液态氢的不锈钢罐，每个罐的容量为40kg，搭载2x150kW的燃料电池系统。液氢的发展道路将与液化天然气(LNG)发展过程类似天然气一开始是使用高压气态储存，装备在很多乘甲车上:随着技术和应用的发展，液化天然气得到快速的应用，在很多重型运输车上得到大规模应用世界天然气贸易也是以LNG 为主。

液氢应用装备将广泛应用于未来液氢大宗国际贸易，液氢运输船运氢是将来世界范围内分配氢能源的一种有效方式。

比如澳大利亚和日本的氢能供应链项目 HESC，神户机场岛建成世界首个液化氢装卸基地。

第四，国内液氢装备和技术情况。

航天一0一所成立于1958年，是我国建立最早、规模最大、功能最全的航天试验基地，是我国唯一的氢氧发动机试验研究基地，是我国最大的液氢生产、储运及应用技术研究单位，是中国航天科技集团氢能工程技术中心依托单位，具有完整的液氢应用技术体系。

航天氢能科技有限公司，经营范围包括:氯能及燃料电池技术开发，氢能设施的工程设计、工艺集成工程总包、设备生产制造及销售安装调试，安全检测复能技术转让，实验室能力建设技术咨询与服务等。航天氯能科技有限公司是近中期打造国内液氯领域油角兽企业和中远期创建国际知名的氢能一体化解决方案的科技公司。

国内液笔工厂从落后依赖进口到走向国际化，具体发展历程如图所示。氢液化系统实现国产化意义重大。

第一，打破了国外技术封锁，具有里程碑式意义。液氢属于技术密集型产业，技术壁垒较高，关键设备只能进口，一些国家甚至对中国实施了技术封锁。

美国商务部工业和安全局所列出的商业管制清单中，液氢的生产和应用就涉及其中。第二，在保障运载火箭燃料供给方面有重要的战略意义。

第三为我国氯的规模化储运提供了自主可控的技术和装备基础，与国外相比，国内尚没有移动式液氢储罐和大型液氯球罐民用案例，现有储罐在绝热性能方面尚有差距。国内已建成首个液氢/气氢双模加氢示范站，已完成氢燃料电池客车、重卡车液氢加注。

第五，氢能产业政策与发展前景。

目前已获得批复的氢燃料电池汽车示范城市群主要有京津冀、上海、广东、河北、河南等五大城市群。《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》明确了的能源属性，明确气能是战略性新兴产业的重点方向;是国家未来能源体系的重要组成部分;是构建绿色低碳产业体系、打造产业转型升级的新增长点。提出四项重点任务:构建氢能产业创新体系;推动氢能基础设施建设;稳步推进氢能示范应用;完善政策和制度保障体系。《规划》提出，稳步构建储运体系。

提高高压气态储运效率，加快降低储运成本，有效提升高压气态储运商业化水平。推动低温液氢储运产业化应用，探索固态、深冷高压、有机液体等储运方式应用。开展掺氢天然气管道、纯氢管道等试点示范。

《规划》提出，强化财政金融支持支持符合条件的氢能企业在科创板板笔注册上市融资。为实现碳中和目标除了分散式用能如交通之外，能量供应以电力为主。电力来源 :火电、水电核电、风光新能源发电。火电:受碳排放限制，发电能力只占到总需求的1/3，应及时发电可占75%。水电:储量有限，已开发了总储量的约70%，还有10%可开发，其余开发难度大。

核电:目前看安全可控无污染，能力无限大，装机多少看国家意志，可控核聚变。风光新能源:电力将占到总电力的一小半，需要配套相应的储能，包括氢气储能。关于2060年氢气需求规模，交通能源(一半用氢)、氢气炼钢(全部用)、化加等年需氢量达3亿吨。

其中氢气炼钢(全部用氢)、化工加氢大多采用管道供应，配套相应气氢或液氢储存。交通能源一半用电，一半用氢，一般以液氢储运为主初步估算年需1.5亿吨。再看2060年液技术路线各部分规模估算。光伏风电装机:100亿千瓦。风光各半,光伏需投资25万亿;制氢:1500Nm3/h

电解槽需要150万台，总投资规模15万亿;氢气液化:30吨/天以上液氢厂近万座，总投资规模16万亿;液氢运输车辆:350万辆，投资6万亿储能需求:应对恶劣天气用，投资0.5万亿;加油站:6万座，投资3万亿液氢技术路线总投资规模估算约40 万亿，2030年前约占1/20。