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我国氢能大规模运输难题有解了
我国氢能运输领域近日好消息不断。
中国石化4月10日宣布，拟建设全长400多公里的“西氢东送”输氢管道示范工程已被纳入《石油天然气“全国一张网”建设实施方案》，标志着国内首个长距离纯氢输送管道项目启动。4月16日，中国石油宣布，用现有天然气管道长距离输送氢气技术获突破，可为我国大规模、低成本、远距离氢能运输提供技术支撑。
在“双碳”目标背景下，氢能作为一种较具潜力的绿色低碳能源，被众多企业视为转型新赛道并加快布局。但目前，氢气主要以长管拖车等公路运输方式为主，运输成本高且效率低，严重制约产业规模化发展。在多位业内人士看来，管道输氢是实现氢气大规模、长距离运输的最佳方式，接连取得突破对推动我国氢能产业快速发展具有重要意义。
■■ 解决绿氢异地供需矛盾
据中国石化透露，“西氢东送”管道规划西起内蒙古自治区乌兰察布市，东至北京市的燕山石化，全长400多公里，是我国首条跨省区、大规模、长距离的纯氢输送管道。管道一期运力10万吨/年，预留50万吨/年的远期提升潜力，同时将在沿线多地预留端口，便于接入潜在氢源。管道建成后，将用于替代京津冀地区现有化石能源制氢及交通用氢，大力缓解我国绿氢供需错配问题。
中国石油发布的信息显示，在该公司宁夏银川宁东天然气掺氢管道示范项目现场，天然气管道中的氢气比例已逐步达到24%，经过100天测试运行，管线整体运行安全稳定。
据《中国能源报》记者了解，国内现有天然气管道掺氢项目掺氢比最高仅为10%，24%的掺氢比例对掺氢相关产品标准和全产业链发展意义重大。北京石油化工学院氢能研究中心主任宇波认为，无论是天然气管道掺氢输送，还是建设纯输氢管道，都将很好地解决我国绿氢供需异地矛盾问题。
“我国主要的绿氢供给地一般在风光资源比较丰富的中西部地区，绿氢供给地远离东部用氢负荷中心，供需异地矛盾问题突出。氢能产业健康发展需要经济高效的氢输运技术，通过长输管道输送氢气具有输量大、安全、高效的特点。氢气长距离管道输送技术的发展，有助于解决氢能产业链中氢输运这一‘卡脖子’环节，进一步完善国内氢能输运体系。”宇波告诉《中国能源报》记者。
■■ 管道输氢经济优势明显
数据显示，截至2021年底，我国主干天然气管道总里程达到11.6万公里。有专家算过一笔账，以目前我国天然气消费量计算，当掺氢比达到20%时，就可运输1000多万吨氢气，约合5600多亿千瓦时绿电，运输成本会大幅下降。
中国氢能联盟此前发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》指出，目前可行的输氢方式主要包括长管拖车、管道、液氢槽车、固态储氢车等，其中长管拖车输送方式较成熟，但载氢量低，每车载氢量在300—400公斤，且经济输送距离不超过150公里，不适于长距离、大规模输送。
“从输送压力、载氢量、体积储氢密度、经济输送距离、技术成熟度等方面对比常见氢输送方式，不同方式各有特点和适用场合。管道输氢具有输量大、安全、高效特点，当管道被充分利用、输送距离较长、输送量较大时，输氢的单位运输成本相对较低，经济优势显著。”宇波指出。
“长管拖车的优点是灵活便捷，但单次运氢量仅为300到400公斤，只占长管拖车总重量的1%—2%，运输距离为100公里时的成本高达每公斤5到6元。以运氢量每天4吨测算，当运输距离从50公里增加到600公里时，20MPa 长管拖车运输成本由每公斤2.4元增加至13.3元。”中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院副教授刘翠伟用数据向《中国能源报》记者做了对比，“对于管道输氢，以运力利用率100%测算，当运输距离由50 公里增加到500 公里，运输成本仅从每公斤0.8元增至2.3元，显著低于气氢长管拖车、液氢槽车等运输成本，未来氢能全面普及到各领域后，管道输氢将成为最具潜力的输氢方式。”
■■ 亟待形成标准体系
据《中国能源报》记者了解，目前纯氢管道中的氢气可以进入化工厂、燃料电池等终端，掺氢管道里的氢气与天然气混合物通过管输可进入氢能社区、园区或分离增压进入化工厂、燃料电池等终端。
“在工业领域，掺氢天然气可用于工业锅炉、热处理等过程，替代部分传统化石燃料，减少污染物排放；在交通领域，掺氢天然气可提高天然气内燃机的热效率，降低车辆尾气中的甲烷排放量；在家庭和商业领域，掺氢天然气可用于家庭和商业用途，如供暖、烹饪、热水等，实现清洁能源的普及应用。”刘翠伟介绍。
尽管各方面优势明显，但与国外相比，目前我国在管道输氢方面仍处于起步阶段，距离形成完善的氢气存储和输运网络渠道还有距离。
“我国在纯氢工业管道、专用管道方面积累了较丰富的建设及运维经验，总里程超过300公里，但在纯氢长输管道建设方面较滞后，在役管道总里程不足100公里，同时天然气掺氢管道也多处于研究和示范阶段。”宇波坦言，“总体来看，我国在氢气管输系统设计、运维、试验方法等方面尚未形成标准体系。”
国家重点研发计划“氢能技术”重点专项中低压管道输氢项目首席李玉星教授也指出，目前我国在氢能关键材料、设备、零部件等方面的研发还不足。“高压氢环境下材料力学性能劣化是制约氢能产业安全性的关键问题，目前氢能关键材料的氢损伤机制仍不明确，关键设备及零部件的国产化也仍需进一步发展。另外，目前我国涉及氢气质量、储运和安全利用等内容的技术标准较少，亟需建立一套较健全的国家或行业标准，规范氢能产业安全健康发展。”
