外滩科技眺望丨攻关氢气长距离管输技术“西氢东送”待何时？

21世纪经济报道见习记者 王雪 上海报道

10月25日，国家能源局发布关于建立《“十四五”能源领域科技创新规划》实施监测机制的通知，明确指出氢气储运技术的发展方向。该文件指出，应集中攻关研究氢气长距离管输技术；开展纯氢及掺氢天然气管道及输送关键设备安全可靠性、经济性、适应性和完整性评价及天然气管道掺氢示范应用。

近年来，我国关于输氢管道建设动作不断。2021年6月，河北省启动了定州—高碑店氢气管道工程，全长164.7km，年最大输送量为10万吨，这是国内第一条也是最长的为输送燃料电池所需的氢气而建设的管线。

但中国石油规划总院所长刘蜀敏指出，我国纯氢不掺氢管道输送的研究起步相对较晚，输氢管道规模较小；在管道输氢方面，目前氢气管道里程约400公里，但在用管道仅有百公里左右，相关技术标准和规范有待完善。

输氢管道建设处初步阶段

公开资料显示，氢气具有低密度、易燃易爆等特点，其安全高效输送和储存难度较大，亦导致了氢气储运成本高。国联证券预测，未来终端氢气售价中的30%包括储运成本。

据了解，当前最为成熟的氢气储运方式为高压气体长管拖车。上海浦江特种气体有限公司（以下简称浦江气体）工作人员接受21世纪经济报道采访时表示，长管拖车适用于短距离、点对点、小规模的氢气运输。

“当前长管拖车的操作压力基本上是20MPa，满载氢气的质量仅约300公斤，氢气整体利用率为75%至85%，优化储运方式、降低储运成本是行业发展必须要解决的难题。”浦江气体工作人员指出。

公开资料显示，使用20MPa长管拖车运输氢气，当运输距离为50km时，氢气的运输成本约4.9元/kg；随着运输距离的增加，长管拖车运输成本逐渐上升，当距离500km时，运输成本约22元/kg。

相比之下，管道输送大规模、长距离氢气更具优势。国联证券数据显示，当输送距离为100km时，运氢成本为1.43元/kg，远低于高压长管拖车及低温液态输氢。

但我国输氢管道建设处于初步阶段。公开资料显示，全球范围内氢气输送管道总里程超过5000km，我国输氢管道总里程约400km，但官方在《氢能产业中长期发展（2021-2035年）》新闻发布会上表示，在用仅有100km，距规模化推广尚有距离。

中国石油天然气管道工程有限公司新能源创新中心主任赵立前解释，目前国内已建且有一定规模的纯氢管道项目仅有3条，几乎都以炼油化工用氢为目的，以燃料电池用氢为目的只有少量的小管径管道。

在天然气掺氢技术和示范项目方面，地方政府及大型能源企业率先试水。其中，国家电力投资集团有限公司在辽宁声朝阳市布局天然气掺氢项目。

2022年8月，国电投中央研究院、东北公司等单位完成了“天然气掺氢技术研究及应用示范”项目，并通过中国可再生能源学会鉴定专家组认证。该项目示范现场的掺氢比例已达10%，并稳定运行超1年。

（图/21世纪经济报道记者统计输氢管道建设情况）

“这些氢气输送管道多集中在与煤炭化工比较切近的北方，而南方作为氢能用能基地的只能依靠输氢解决氢气来源问题，对氢能输送管道的需求极大。”浦江气体工作人员告诉记者。

需加快制定输氢管道标准

杨静等人在《氢气长距离管输技术现状与探讨》中提出，目前纯氢管道大多采用低强度钢材，输送压力有限，管道壁厚大导致输送效率低且建设投资成本高。

多位业内人士告诉记者采用低强度钢材的输氢管道易产生氢脆问题，即氢气与材料长期接触，会侵入材料内部，导致金属材料出现损减、裂纹扩张速度加快和断裂韧性的下降等现象。

因此，输氢管道材料的选择极为讲究。公开报道显示，荷兰一家名为SoluForce的企业开发了可缠绕增强塑性工业管道系统。与传统的钢铁材质管道相比，该系统采用的即用型柔性管道可用于高达4.2MPa工作压力的氢气运输；带有铝镀层，可防止氢气的渗出。

我国在此方面也启动相关工作。日前，东宏股份（603856）发布《2022年度非公开发行A股股票预案》，拟募资5.58亿元，其中2.05亿元用于研发新型柔性输氢管道。

据了解，纯氢管道初始建设开支大，且需要时间成本。公开资料显示，在美国，天然气管道的造价约为12.5万—50万美元/公里，但氢气管道的造价约为30万—100万美元/公里，是天然气管道造价的2倍。

中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院氢能研究所副所长李庆勋亦指出，纯氢管道的建设成本是天然气管道的3倍至5倍，加之氢气尚未实现大规模应用，成本难摊销。

为降低输氢管道建设成本，开展长距离氢气运输，天然气管道掺氢屡被提及。近年来我国天然气管网基本建成，若通过天然气管网将掺氢天然气输送至终端用户，随后或直接利用、或提氢后分别使用，将大幅提升氢能的时空调配规模与效率。

但不得不提的是，在掺氢管道中不同氢气含量对输气、用气设施设备产生的影响尚不明确，我国掺氢管道示范项目也未形成统一标准。

不仅如此，杨静等人亦指出，我国纯氢输送管道基本参照油气输送管道和工业管道标准等设计建造，运行管理一般也按照油气长输管道模式，但氢气与天然气存在较大差别，天然气管道建设与运行管理经验不能完全适用于氢气输送管道。

“我们需要加快制定输氢管道标准，包括材料选择、管道的设计、建造、运行、维护，管道风险评估、定期检验等等。”中国工程院院士郑津洋建议。

郑津洋认为，除了要建设相关标准，也要从技术层面着手解决眼前难题。一方面要研发抗氢脆材料及高性能管道的设计制造技术、另一方面发展氢能管道运行和控制技术以及应急和维护的技术。

“管道输送氢气重要特征是流量大，相匹配的是大流量压缩机、氢气计量的设备阀门、仪表等等，但相关装备在国产化上，我们也面临不小挑战。”郑津洋进一步解释。

四川博能燃气股份有限公司总工程师彭雪峰亦指出，当前，相关职能部门仍将氢气作为危险化学品管理，涉氢项目审批落地存在阻碍。因此全国大部分地区并未将掺氢天然气管道作为城镇燃气管道来要求和管理，纯氢管道审批建设更是难上加难。

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