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-solarbe文库

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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 26m³，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 1m³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 1250m³（ 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 m³ 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 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