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小的時候啊，我們就聽到新聞說，日本爲了節能減排，爲了全球人民未來發展在大力開發氫能。但是長大之後，我們就發現似乎，日本的氫能并沒有改變世界。反而是中美歐走的新能源路線成爲了世界主流，正在改變全球人民的觀念。
這時候就有一個問題了，氫能路線是騙局嗎？
2023 年 6 月 25 日，在遙遠的大漠深處，我國首次9.45MPa 全尺寸非金屬管道純氫爆破試驗在國家管網集團管道斷裂控制試驗場成功實施，标志着國内首次高壓力多管材氫氣輸送管道中間過程應用試驗圓滿完成。
本次試驗分爲充氫測試和純氫爆破測試兩個階段。在充氫測試過程中管道内需要保持 6.3MPa 運行壓力，經過 30 天測試，驗證管道設備的氫氣相容性、阻隔性以及連接處的密封性。之後在爆破測試中，将高阻隔柔性複合管升壓至 9.45MPa，實施全尺寸純氫氣爆破，這一步主要是爲了驗證非金屬管道在純氫高壓條件下的承壓性能及燃爆形态。
這時候就有兩個問題需要回答了：1、什麽是非金屬管道純氫爆破試驗？2、做這個的意義是什麽？
前一個問題很好回答，這次實驗用的管道材質不是用的不鏽鋼之類的金屬，而是采用阻隔柔性複合管（RTP 管）和高阻隔玻璃鋼複合管兩種新型輸氫非金屬管材産品。而爆破實驗是衡量管道抗内壓性能的重要試驗之一。可以說随着這個實驗的通過，我國離氫能作爲一種新能源，低成本大規模地應用又進了一步。
這就可以和後一個問題連起來了。
很久以前我記得一個段子，是燃油車編排電車的，我在這用 LOL 選手 showmaker 的 " 聖經 " 改造一下。這就是燃油車，加油隻要 5 分鍾，續航可以 700km，中間忘了，一上高速就啊啊啊啊啊啊啊。開個玩笑。但是新能源車，尤其是電動車所存在的續航焦慮，依舊是很多燃油車主換車的最大的心理障礙之一。
但是這裏面燃油車編排電動車的橋段，氫燃料電池動力車完全可以補上。氫氣熱值高達 142kJ/g，目前是常見燃料中熱值最高的，是汽油的 3 倍，酒精的 3.9 倍，天然氣的 5 倍，焦炭的 4.5 倍。而且氫氣的安全性其實也很好，它的擴散系數是汽油的 12 倍，按照體積比爆炸下限爲 4%，高于汽油的 1%。可以說，隻要能保證通風良好，想讓氫氣爆炸的難度比較高。
所以，氫燃料電池汽車的續航之類的性能是十分強悍的。早在 2014 年的時候大衆公司就推出過氫動力汽車，就是高爾夫 Variant HyMotion，當時大衆宣傳口号就是加氫 3 分鍾，續航 500km。很多人甚至認爲，随着包括離子交換膜等的普及和燃料電池的電能轉化效率的提高，未來氫燃料汽車可以實現充氫 5 分鍾，狂飙 2000km。
但是氫動力汽車爲什麽還沒成爲主流呢？除了 70% 的氫相關專利在日本手裏讓中美不約而同地選擇了電動車之外，還有一個更重要的事情就是氫氣的存儲和運輸依舊存在不小的挑戰。
對于中國來說，氫氣的産量就不是問題。2022 年全球氫氣産量約爲9813 萬噸，而我國一家的産量就達到了 3300 萬噸，并且設計産能是 4000 萬噸。但是相比于磅礴的生産能力，我國的運輸尤其是管道運輸氫氣的能力就很小。
全球範圍内氫氣輸送管道總裏程已超過 4600km，其中，美國最多達到 2720km。相比之下，我國氫氣管道網絡的建設較爲滞後，現有氫氣輸送管道總裏程僅約 400km，其中自主建設的有 2 條，而規劃中的最長輸氫管道是河北定州至高碑店145 公裏管道可行性研究項目，運輸量十萬噸每年。
小學二年級，我們就學過氫氣儲運方式分爲高壓氣态儲運、低溫液态儲運和固體儲運。根據國信證券發布的研報 " 氫能重點産業鏈介紹 "，由于國内缺少管道，國内氣态儲運主要是以200 倍大氣壓的鋼制氫瓶儲存，并通過長管拖車運輸，适用于短距離、小規模輸運。
這種運輸方式對于距離相當敏感，當運輸距離爲50km時，運輸成本爲3.6 元 /kg，當運輸距離爲500km時，氫氣的運輸成本達到29.4 元 /kg。因此，長管拖車隻适合小于 200km 的短距離運輸。
而液态儲氫和固态儲氫各有各的缺點。液态儲氫相對來說價格沒有太敏感，根據測算當加氫站距離氫源50-500km時，運輸價格在10.4-11.0 元 /kg範圍内。但是液态氫運輸需要将氫氣冷卻至零下 252.72攝氏度液化儲存在特制的高度真空的絕熱容器中，但裝置投資較大。
液态氫氣所需要的能耗比氣态儲氫高多了，達到了15KWh/kg，是長管運輸的近15 倍，管道運輸的75 倍。而且有數據顯示，低溫液化儲氫的總成本爲132 元 /KG，遠高于20MPa高壓氣态儲氫的74 元 /KG，所以并不經濟劃算。
固态儲運主要是通過化學吸附和物理吸附的方式實現氫的存儲，雖然這種方法儲氫密度高、安全性好、氫氣純度高，但技術複雜，成本高，全球都沒有規模化使用。
而管道運輸氫氣，就和管道運輸天然氣和石油那樣，不但沒那麽麻煩，成本還比其他方式低一到兩個數量級，當輸送距離爲 100km 時，運氫成本甚至可以達到僅爲0.5 元 /kg。
這就很明顯了，沒有管道，就沒有氫氣的廉價運輸，也就沒有氫能作爲新能源建設的未來。
當時最典型的例子就是，央視 21 年 1 月對于加氫站的調查，當時投運的 70 多座加氫站，幾乎都處于虧損狀态。接受采訪的時任上海舜華新能源系統有限公司總工程師阮偉民表示，加氫站每年的運營費用可能要到 200 多萬元，如果車輛少根本無法承受運營費用，就會虧損。主要原因是運輸成本很高以至于每公斤氫隻有十幾塊錢毛利。
但是對于氫能源來說，一旦鋪開了，氫氣給汽車當能源其實還是小頭，真正的大頭是需要穩定整個新能源電網的波動，也就是儲能。
這個有多重要呢？他直接決定了整個新能源電網在未來能源結構中的上限。衆所周知，新能源的弊端除了成本貴之外，最大的問題當屬發電調峰能力弱、發電能力和用電不匹配進而導緻電網不穩定。而電網不穩定會導緻包括：電壓的變化範圍過大、電壓短時間中斷、電網頻率不穩定甚至發電機變電站等硬件毀壞等嚴重後果。
所以新能源發電就有一個儲能匹配發電能力的需求。
根據國金證券測算，到 2060 年，爲實現碳中和目标，若在風光裝機量達到 50 億千瓦、年發電量 10 萬億度的時候，按照行業内10%-30%的配儲比例，與新能源對接的儲能容量将在1 萬億 -3 萬億度。
這時候有個問題就自然出現了，這和氫氣有什麽關系？說實話我之前也是一頭霧水，直到我看了一些券商研報以後，我才大概理出了幾根頭緒。
氫儲能就是利用電力系統如光伏和風電中的富餘電能，通過制氫設備将其轉化爲氫氣，而制造出來的氫氣不光可以通過把氫變成電的方式來供應電力，而且氫氣作爲一種重要的工業和能源原料可以直接運輸給終端用戶，讓終端用戶決定其最終使用方式。
比如我們前面說的氫動力汽車就是一種對于氫儲能這種廣義儲能的直接應用。氫氣儲能的核心優勢落到實處其實很簡單：損耗低、能量密度高、便宜。
氫的儲藏方式就意味着隻要不洩露，它的能量就會在幾個月甚至幾年範圍内保留。根據測算，氫儲氣的月度損耗不到萬分之一。
而其他的三種方式除了壓縮空氣儲能，在這方面表現都不是很好。抽水蓄能對地點要求高，而且長期的蒸發或者冬季的結冰都會影響其功能；而蓄電池儲能更是自不必說，哪怕是車動力電池這種高規格蓄電池也會需要定期的對電池進行充電維護，根據實驗锂離子電池自放電率每月爲 2%-5%。
氫能這種長時間儲能穩定的特性讓季節性大規模調整用電負荷成爲可能。因爲由于包括風力、光照、雨水等多種因素，新能源發電會出現嚴重的季節不平均。而氫能儲能可以低損耗地實現在不同地區跨季度的電能供求峰值調節。
如果說低損耗隻是給了氫氣儲能季度調峰一個理論可行，那麽能量密度高和邊際成本便宜則是爲氫能儲能創造了巨大的市場錢景。
前面提到過，氫能的能量密度是汽油的 3 倍，酒精的 3.9 倍，天然氣的 5 倍，焦炭的 4.5 倍。這意味着氫能項目的儲能的水平未來是很可能達到TWh（10^6M）級别乃至以上。而這方面壓縮空氣儲能就有原理性的差距，因爲它本質上隻是壓縮氣體，需要能量密度自然就比不上又要壓縮還能燃燒的氫氣。
考慮到壓縮氣體儲能很多都需要在地下或者水下的地理特點來制造壓縮儲能區域，這意味着造大點的壓縮儲能項目，地點還不能随便挑。
而更重要的是，氫儲能的邊際成本很便宜。根據華創證券的氫能行業研報測算，我國正在建設的采用堿性電解水制氫的全球最大的氫儲能發電項目——張家口 200MW/800MWh 氫儲能發電工程項目的度電成本預計僅在0.75 元 /KWh左右。
而根據國金證券估算 1MWh 度電存儲成本隻需 1300 元，低于锂/ 液流電池 1500/1400 元。同時氫儲能擴容僅需增加儲氫罐而非使用資源礦，這使得其擴容的邊際成本會低于所有蓄電池類儲存方式，經過測算其擴容成本僅爲 120 元 /KWh。
而且氫氣在工業化制備的成本還會進一步降低。近期美國萊斯大學工程師将鹵化物鈣钛礦半導體與電催化劑相結合制作出了，一款全新光電化學電池。這款破紀錄的電池可以做到以20.8%效率将太陽能轉化爲氫氣。
這意味着綠氫規模化制取可以繞過光伏發電然後電解的過程，通過光化學反應一步完成制取氫氣，從而進一步減少多個步驟制氫帶來的能量損耗和生産、制取設備投入。将綠氫制造綜合成本進一步下探。
所以作爲一種泛用性極強的儲能介質和工業原料，氫氣儲能将會作爲風光氫儲一體化項目核心儲能項目逐步落地。而且随着新能源的發電量快速上升，配套的氫能儲能功率也會很快達到 TW 級。
而這個時候就到了我們最喜歡的一集了，那就是國（tui）産（jian）替（gong）代（si）了。現在我們國家在儲氫領域國産替代需求最關鍵的需求來自兩個方面：壓縮機和儲氫罐。
現在世界主流的不論是運輸還是儲存氫氣的手段依舊是高壓氫氣罐，以 20MPa 的氫氣運輸車爲例，一般來說，這種整車 + 氫氣的重量級爲 40 噸級，但實際氫氣運輸量不到 400 公斤，僅僅占整車重量的約 1%。而與國内相對的，很多國外的運氫儲氫瓶已可達 50MPa 以上。
根據國金證券估算，儲氫瓶内部壓力如果從 20MPa 提升到 50MPa 乃至更高，那麽上述車輛就能在重量不大幅上升的情況下，載氫量可從不到 400kg 直接提升到 900kg 以上。可以直觀看出，如果要降低儲運成本，似乎最短平快的方式是加壓。
但是加壓就涉及前面提到的兩個方面，壓縮機你要加到 50MPa 以上，儲氫罐你要能承受得住 50MPa 的壓力啊。而這兩方面，我們的國産替代正在路上。
在壓縮機方面，根據首創證券的報告顯示，我國此前的工業氫氣壓縮機多用于石油、化工領域，一般輸出壓力均在 30MPa 以下。
但是随着這幾年的發展，一些企業已經完成了相關的技術突破：青島康普銳斯能源科技有限公司在 2020 年 4 月，頂着疫情，完成了自主研制的 90MPa 大排量加氫站用液壓活塞式壓縮機的第三方檢測認證。2021 年 11 月，豐電金凱威自主研發的 90MPa 大排量加氫站壓縮機，完成了氫氣工況運行考核。2022 年 12 月，中聯重科展示了其國内首個擁有完全自主知識産權的 45MPa 氫氣液驅活塞壓縮機。
如果說加壓這塊現在隻需要靜待産品量産，那麽儲氫罐方面我們是否已經有所突破了呢？
答案也是肯定的。
儲氫罐現在一般分爲四類：全金屬瓶（I 型）、鋼制内膽纖維纏繞瓶（II 型）、鋁内膽纖維纏繞瓶型（III 型）及塑料内膽纖維纏繞瓶（IV 型）。
其中我們前面提到的常見 20MPa 儲氫瓶，一般多爲 I 型。而對于氫氣儲藏來說，提高儲氫壓力并不是簡單的能抗壓就行的。還有一個最大的問題在于氫脆。根據百度百科的說法，氫脆是溶于鋼等材料中的氫，聚合爲氫分子，造成應力集中，超過鋼的強度極限，在鋼内部形成細小的裂紋，又稱白點。氫脆隻可防，不可治。氫脆一經産生，就消除不了。
所以如果更多的采用非金屬材料，比如複合材料，就可以有效地減少氫脆對于儲氫導緻的不安全性的影響。而且由于高級複合材料在比強度上有天然的優勢，更多采用非金屬碳纖維材料裝氫氣，不僅提高裝載氫氣的重量比例還能提高其内部壓力上限，提高運輸效率。
所以 70MPa 以上的儲運氫氣罐，一般都會采用 IV 型儲氫罐，即塑料内膽纖維纏繞瓶。
這方面随着中國突破 T700 以上碳纖維量産，IV 型儲氫罐已經成功開始了量産。例如中複神鷹的産品已完成了 III 型瓶的正式認證和 IV 型瓶的測試。彼歐與申能集團合作建設的 IV 型高壓儲氫容器第一條生産線将于 2025 年投産。京城股份已建成了一條柔性化車載 IV 型瓶生産線。此外，天海工業、中集安瑞科、山東奧揚新能源科技股份有限公司等公司也陸續開始建設 IV 型瓶生産線。未來随着中國碳纖維産量的提高，可能會出現全碳纖維打造的 V 型瓶。
而在 III 型儲氫罐方面，我國也有了比較成熟的生産線。中材科技作爲先發企業，率先研發完成國内最大容積 320L 燃料電池氫氣瓶，還成功掌握 70MPaIII 型儲氫罐關鍵技術。中集集團作爲國内可以提供一體化加氫站整體設備解決方案的主要的供應商，目前也擁有Ⅲ型車載儲氫瓶的生産線和産能。可以說我國正在實現氫氣動力實用化的一個突破。
7 月 14 日晚，由中車株洲電力機車研究所有限公司自主研制的全球首輛氫能源智軌電車在湖南株洲順利裝運發車。這台車将從上海港出發運往馬來西亞，這也是首批交付東南亞地區的智軌電車。7 月 18 日，國内首台氫能源地鐵施工作業車在湖北襄陽下線，這台氫能作業車采用氫燃料電池與锂電池混合動力系統提供牽引動力，設計時速 80 公裏。一次加氫 30 分鍾，即可讓該車連續運行 32 小時。
随着我國一個一個技術難關的攻克，氫氣正在作爲一種成熟的燃料和儲能手段進入人們的生活。未來氫動力将不會如日本人所想的，成爲其技術專利壁壘下收取專利費的棋子，而将成爲我國一帶一路輸出新能源，解決新能源不穩定的一張王牌。
氫動力是不是騙局，核心不在于我們認爲它是不是騙局，而是在于我們有沒有能力爲他打造一套符合他優缺點的工業和消費體系。就像當年歐盟打算用碳稅來坐收漁翁之利，躺在金山上賺錢的美夢被我們的新能源徹底擊碎了一樣。
氫能源的騙局本身也是因爲有人想利用先發優勢收全球的超額利潤，而這個騙局随着我們的工業尤其是綠電的發展成爲了落在實地的産業。畢竟沒有綠電哪需要綠氫呢？
參考資料：
雲道資本，" 中國氫能産業 - 氫制備環節深度研究報告 "
華創證券，" 氫能系列報告之一：起于青萍之末，似将百花齊放 "
國信證券，" 氫能專題研究之一：氫能重點産業鏈介紹 "、" 氫能專題研究之二：固态儲氫新興技術優勢凸顯，從零到一前景廣闊 "、" 氫能行業專題研究之三：制氫電解槽 "
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