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综述：优化氢能物流：压缩氢与液态氢系统的经济技术比较
《International Journal of Hydrogen Energy》：Optimizing hydrogen logistics: A techno-economic comparison of compressed and liquid hydrogen systems
【字体： 大 中 小 】 时间：2026年02月27日 来源：International Journal of Hydrogen Energy 8.3
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氢气作为清洁能源载体，其压缩（CGH2）与液化（LH2）运输方式的经济性、成本及环境影响对比研究。分析表明，CGH2适用于短距离（200-300km）运输，而LH2因高密度更适用于中长距离，但需承担高能耗液化和蒸发损失。运输成本与距离、规模及基础设施相关，管道适合大规模稳定输氢，而公路、铁路和海运各有适用场景。研究强调需综合考虑距离、规模、技术成熟度及政策支持，制定差异化的氢运输策略。
氢被视为难以脱碳行业中的关键能源载体；然而，其较低的体积能量密度使得储存和运输成本高昂且技术上具有挑战性。本研究在距离、规模和系统边界一致的前提下，比较了压缩氢（CGH?）和液态氢（LH?）的主要运输方式。将氢压缩至700巴通常需要1.35–3.0千瓦时/千克的能量，而将其液化至20开尔文则需要10–13千瓦时/千克的能量。分析涵盖了管式拖车、管道、低温公路和铁路运输罐车以及海上运输方式，评估了有效载荷、资本支出和运输成本。对于短距离运输（约200–300公里），压缩氢更为合适；而对于中长距离运输，由于其更高的密度（每罐车约3–5吨），液态氢更具竞争力。尽管前期投资较大，但管道运输仍然是成本最低的选择，最佳方案很大程度上取决于运输距离和规模。
氢正成为一种关键的低碳能源载体和工业原料，尤其是在电气化难度较大的领域，如长途运输、钢铁制造和某些化学工艺。近期研究强调了随着成本降低和性能提升，氢的潜力日益显著[1]。许多国家预计低碳能源，尤其是可再生氢，将实现显著增长，以帮助实现净零目标并支持可再生能源电力[2,3]。在全球脱碳计划中，氢被视为长期能源储存和改变工业运作方式的重要手段[4]。氢的高能量密度、使用时的零排放（当使用可再生能源生产时）以及独特的化学性质使其至关重要，特别是在无法用电力替代现有工艺的情况下，例如氨、甲醇或钢铁的制造[5]。随着可再生能源比例的增加，研究显示从化石燃料向可再生燃料（如绿色氢、生物燃料）的转变，其竞争力取决于资源和地理位置，这影响了运输需求[6]。各国政策越来越多地将生产区域、基础设施和出口计划联系起来，突显了运输在国内和全球氢市场中的关键作用[7]。 在这一不断发展的背景下，储存和运输构成了生产与最终使用之间的关键桥梁[8]。它们的技术限制和成本显著影响了能够服务的市场、价格以及碳排放强度[9]。多项研究表明，当生产地远离需求中心时，运输成本和排放量可能占氢总成本和排放量的很大比例[10]。这种依赖性反映了氢的固有特性：其低体积能量密度和高扩散性要求高压储存、低温液化或化学转化，这些过程都会增加能量损耗、资本成本和运营风险[11]。因此，扩大氢供应链规模需要在大规模投资于管道、卡车和船舶车队、低温终端以及地面和地下储存设施，而长途运输和出口目标会进一步放大这些需求。多项研究一致表明，运输方式决定了每千克氢的运输成本和温室气体排放量，这些结果受到距离、规模和运输形式的显著影响[12,13]。 在所有大规模运输氢的方法中，压缩氢（CGH?）和液态氢（LH?）是最成熟的选择，尤其是在公路运输和早期海上航线方面。数据分析显示了一个典型的权衡：尽管需要大型高压储罐和更频繁的加注，但压缩氢避免了氢液化所需的大量能量消耗。另一方面，液态氢具有更高的体积能量密度，但代价是能量密集型的液化过程和持续的蒸发问题[14]。这些差异影响了氢运输的经济性[14]。行业研究表明，通常在100至200公里的距离范围内，液态氢在卡车运输中更具优势；而对于大规模出口项目，使用低温终端的情况则更有利于液态氢[15]。安全因素也是一个重要考量，高压和低温系统各自涉及特定的运营风险和监管挑战，影响保险费率、车队设计选择和应急计划[15]。最近的元分析强调了额外的复杂性，因为燃料加注行为、船舶推进系统和蒸发管理的差异使得不同研究之间的比较变得困难[16,17]。这凸显了进行一致性和基于情景的分析的必要性，而不仅仅是依赖孤立的数据点[16,17]。 尽管进行了大量研究，该领域仍然存在碎片化现象。技术论文通常将氢的压缩和液化视为独立的过程，而经济研究则对压力、液化所需的能量、蒸发损失或运输成本阈值提出了不同的要求。因此，诸如盈亏平衡距离、每千克运输成本和总排放量等关键指标差异很大，难以得出明确结论。一些主题，包括蒸发管理、电网对碳强度的敏感性以及距离和规模之间的相互作用，仅得到了零散的研究或使用了不一致的边界条件进行分析。本综述旨在直接解决这些空白，将最新的技术和经济发现整合起来，对CGH?和LH?的运输进行统一评估，如图2所示。通过协调假设并整合定量结果，本综述提供了可靠且可比较的性能和成本评估。目的是为政策制定者、规划者和投资者提供清晰且可行的见解，同时指出需要改进的方法或数据领域，以支持负责任的行业规模增长。综述的结构从氢处理技术逐步扩展到更广泛的系统级考虑。第2节涵盖了压缩和液化的基础知识，包括其操作原理、能源需求以及它们如何影响下游运输。第3节描述了主要的运输方式，并比较了不同距离和规模下的CGH?和LH?。第4节提供了统一的经济分析，强调了成本结构、距离驱动的竞争力和关键的经济因素。最后，第5节总结了研究结果，提出了分阶段基础设施开发和战略运输规划的讨论和建议。
由于氢在常温下的体积能量密度极低，因此在高效运输之前必须对其进行大幅浓缩。图3展示了实现这一浓缩的两种主要方法：一种是压缩，将氢气加压至350至700巴之间；另一种是液化，将其冷却至20开尔文，转化为高密度的低温液体[18]。这两种方法都面临显著的技术障碍。
能够高效地将氢从生产地点运输到最终使用地点是新兴氢经济的关键要求，然而当前的运输基础设施仍然有限，且各地区发展不平衡[43]。运输方式通常分为压缩氢（CGH?）和液态氢（LH?），每种方式根据距离、规模和基础设施的成熟度具有不同的优势和限制。运输方式的选择很大程度上受到全球分布的影响。
本节从经济和环境的角度评估了氢运输方式，重点关注资本投资、运营成本、能源效率和排放之间的权衡。通过比较气态氢和液态氢的运输路径，分析说明了运输距离、规模和基础设施选择如何影响整个系统的成本和环境性能。这些评估为识别合适的运输方案提供了定量基础。
氢运输方式的选择主要由运输距离、氢流量和基础设施成熟度的综合效应决定，而不仅仅是技术性能指标。压缩和液化都会带来重大的能源和资本成本负担，因此技术上最先进的选择不一定是最经济可行的选择。
本综述分析了与氢运输相关的实际和经济挑战，重点关注通过公路、铁路、管道和海上运输的压缩氢（CGH?）和液态氢（LH?）。基于大量最新文献，我们研究了氢的热物理性质如何影响整个供应链中的能源消耗、成本和基础设施选择。总体结论是，没有一种单一的运输方式能够满足所有需求。
