管道輸氫作為一種高效、經(jīng)濟(jì)的氫能輸送方式，在全球范圍內(nèi)逐漸受到重視。目前，許多國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始規(guī)劃和建設(shè)氫能輸送管網(wǎng)，以期實(shí)現(xiàn)氫能的長(zhǎng)距離和大規(guī)模輸送。

例如，歐洲的一些國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)跨國(guó)氫能輸送管網(wǎng)，以促進(jìn)氫能的區(qū)域共享和利用。此外，日本也在積極布局氫能基礎(chǔ)設(shè)施，以支持其氫能社會(huì)的愿景。中國(guó)當(dāng)下的管道輸氫目前發(fā)展情況如何？它未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)又將怎樣？

管道輸氫的定義

管道輸氫指的是通過(guò)利用專用管道將氫氣從生產(chǎn)地輸送到消費(fèi)地點(diǎn)的一種技術(shù)手段。這一技術(shù)的核心在于構(gòu)建從制氫工廠到氫氣站或最終用戶的管道網(wǎng)絡(luò)，其中氫氣以氣態(tài)形式進(jìn)行輸送。

管道輸氫是一種高效的氫氣運(yùn)輸方式，它類似于天然氣輸送的方式，將生產(chǎn)的氫氣經(jīng)過(guò)壓縮裝置進(jìn)行壓縮，提高氫氣的密度，減小體積。接下來(lái)，壓縮后的氫氣通過(guò)管道輸送到目的地，并在目的地進(jìn)行解壓，供應(yīng)給使用者。

管道輸氫的優(yōu)勢(shì)

管道輸氫作為一種高效、經(jīng)濟(jì)的氫氣輸送方式，在未來(lái)氫能源社會(huì)中具有廣闊的應(yīng)用前景。其優(yōu)勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面。

管道輸氫作為一種高效的氫能傳輸方式，具有多方面的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)使得它在氫能的規(guī)模化推廣中扮演著關(guān)鍵的角色。

成本優(yōu)勢(shì)

管道輸氫的運(yùn)輸成本相比其他方式，如液氫運(yùn)輸和壓縮氫氣運(yùn)輸，更加低廉。盡管管道的建設(shè)成本相對(duì)較高，但一旦建成，其運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)低廉。管道輸氫的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在較低的運(yùn)營(yíng)成本和較高的運(yùn)輸效率上。與其他運(yùn)輸方式相比，管道輸氫在運(yùn)輸成本上更為經(jīng)濟(jì)，且不受天氣條件的限制，可以實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)輸。

現(xiàn)階段氫基能源短距離管輸價(jià)格與輸送距離的關(guān)系圖

中期氫基能源長(zhǎng)距離管輸價(jià)格與輸送距離的關(guān)系圖

長(zhǎng)期氫基能源長(zhǎng)距離管輸價(jià)格與輸送距離的關(guān)系圖

流量大

管道輸氫系統(tǒng)能夠處理較大的氫氣流量，這對(duì)于氫能的規(guī)模化推廣至關(guān)重要。它能夠滿足大規(guī)模產(chǎn)業(yè)和城市的供氫需求，且不受流量和距離的限制。

安全穩(wěn)定性

管道輸氫采用密封的管道和閥門，有效防止氫氣泄漏，同時(shí)實(shí)現(xiàn)氫氣的保護(hù)和回收，大大減少了安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，管道輸氫的自動(dòng)化程度高，可通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，減少人為失誤帶來(lái)的安全隱患。

適用范圍廣

管道輸氫系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，適用范圍廣。可以根據(jù)氫氣的供需情況，靈活增減輸送量。

技術(shù)成熟度好

利用管道輸送氫氣已經(jīng)有80余年的歷史，技術(shù)成熟可靠。全球范圍內(nèi)的氫氣輸送管道總里程已經(jīng)超過(guò)4600公里，顯示了這種輸氫方式的廣泛接受度和實(shí)用性。然而，盡管其優(yōu)勢(shì)顯著，管道輸氫仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

管道輸輸氫的類型

根據(jù)輸送距離的不同，管道輸氫可以分為長(zhǎng)距離管道和短距離管道。

長(zhǎng)距離管道主要用于制氫工廠與氫氣站之間的運(yùn)輸，具有較高的輸氫壓力和較大的管道直徑。而短距離管道則主要用于氫氣站與各個(gè)用戶之間的氫氣配送，具有較低的輸氫壓力和較小的管道直徑。

根據(jù)輸氫的純度不同，管道輸氫還分為天然氣摻氫輸送和純氫輸送兩種方式。

天然氣摻氫輸送是一種將可再生能源制備的“綠氫”與天然氣混合，通過(guò)現(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)輸送到用戶終端的技術(shù)。摻氫輸送技術(shù)可行性主要考慮摻氫后的天然氣物理性質(zhì)、材料的耐受程度以及輸送的工藝設(shè)備三個(gè)方面。

純氫輸送是一種高效、經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模長(zhǎng)距離氫氣輸送方式。但純氫管道的建設(shè)難度大、成本高。一般氫氣長(zhǎng)輸管道的造價(jià)約為天然氣管道的2-3倍。

根據(jù)輸氫的形態(tài)分，可以分為氣態(tài)輸送和液態(tài)輸送兩種類型。

管道輸氫的成本測(cè)算

不同輸氫方式，對(duì)應(yīng)的成本也存在很大的差異。其中距離遠(yuǎn)近是很重要的因素。

為測(cè)算管道運(yùn)氫的成本，我們參考濟(jì)源-洛陽(yáng)氫氣管道的基本參數(shù)，做出如下假設(shè)：管道長(zhǎng)度25km，總投資額1.46億元，則單位長(zhǎng)度投資額584萬(wàn)元/km；年輸氫能力為10.04萬(wàn)噸，運(yùn)輸過(guò)程中氫氣損耗率8%；管線配氣站的直接與間接維護(hù)費(fèi)用以投資額的15%計(jì)算；氫氣壓縮過(guò)程耗電1kwh/kg，電價(jià)0.6元/kwh；

管道壽命20年，以直線法進(jìn)行折舊。根據(jù)以上假設(shè)，可測(cè)算出長(zhǎng)度25m、年輸送能力10.04萬(wàn)噸的氫氣管道，運(yùn)氫價(jià)格為0.86元/kg。

數(shù)據(jù)來(lái)源：《加氫站氫氣運(yùn)輸方案比選》、恒盛證券

管道輸氫的流程

管道輸氫作為一種高效的氫氣運(yùn)輸方式，其流程主要包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

氫氣的生產(chǎn)

管道輸氫方案的工作原理首先是從生產(chǎn)地通過(guò)水電解、天然氣蒸汽重整或生物質(zhì)氣化等方式生產(chǎn)氫氣。

氫氣的凈化與壓縮

生產(chǎn)出的氫氣需要進(jìn)行凈化處理，去除其中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)，確保輸送過(guò)程中的安全性。隨后，對(duì)氫氣進(jìn)行壓縮，提高其密度，以便于后續(xù)的輸送和儲(chǔ)存。

氫氣的管道輸送

壓縮后的氫氣通過(guò)管道輸送到目標(biāo)地點(diǎn)。管道輸氫采用密閉的管道系統(tǒng)，可以減少氫氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，并降低爆炸、燃燒等安全事故的發(fā)生。此外，管道輸氫的自動(dòng)化程度較高，可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，減少人為失誤帶來(lái)的安全隱患。

氫氣的解壓與使用

在目的地，壓縮后的氫氣被解壓，供應(yīng)給使用者，無(wú)論是用于氫能燃料電池車輛還是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的氫氣需求。

監(jiān)測(cè)與維護(hù)

為了確保管道輸氫系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，建立了監(jiān)測(cè)與維護(hù)機(jī)制，定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維護(hù)。

中國(guó)氫能管道建設(shè)現(xiàn)狀

當(dāng)前國(guó)內(nèi)管道輸氫主要有以下兩種形式。一種是天然氣管道摻氫運(yùn)輸。天然氣管道摻氫運(yùn)輸是指將氫氣以一定體積比例摻入天然氣中形成摻氫天然氣（HCNG），并通過(guò)現(xiàn)有天然氣管道進(jìn)行輸送。

另一種是純氫管道運(yùn)輸。國(guó)內(nèi)已建輸氫管道目前普遍采用低鋼級(jí)（20號(hào)鋼、L245N）管道，中低壓力（≤4MPa）運(yùn)行。

近年，國(guó)外開(kāi)始研制大口徑的X60及以上鋼級(jí)抗氫管道，目前管材已經(jīng)研制成功，通過(guò)了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)最大壓力和100%氫氣條件下的測(cè)試。美國(guó)投運(yùn)的輸氫管道最高運(yùn)行壓力已達(dá)到10.3MPa，已經(jīng)達(dá)到了目前我國(guó)天然氣西氣東輸?shù)墓歉晒艿缐毫Φ燃?jí)。

而我國(guó)已建氫氣輸送管道有金陵-揚(yáng)子氫氣管道、巴陵-長(zhǎng)嶺氫氣提純及輸送管線、濟(jì)源-洛陽(yáng)氫氣管道、玉門油田輸氫管道等，管道里程約100公里，管道運(yùn)行壓力均在4MPa以下，管徑從200mm~500mm不等。

雖然我國(guó)在氫氣管道的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行及維護(hù)方面積累了一定經(jīng)驗(yàn)，但是相較國(guó)外先進(jìn)水平仍有不小的差距。網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)信息顯示，當(dāng)前我國(guó)已有摻氫管道8條，純氫管道超過(guò)10條，輸氫管線長(zhǎng)度超2000公里。

此外，我國(guó)在管輸液氨和甲醇方面也有相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)液氨管道總里程較短，目前共建有4條液氨管道，總長(zhǎng)度不超過(guò)200公里，總輸量不足100萬(wàn)噸/年。1990年，我國(guó)第一條長(zhǎng)距離液氨管道在秦皇島建成并投產(chǎn)運(yùn)行，該管道至今仍為國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)液氨管道。

2021年5月10日，中煤鄂能化100萬(wàn)甲醇技改項(xiàng)目配套管線工程一次安全投產(chǎn)成功，管線工程線路全長(zhǎng)約52公里，設(shè)計(jì)壓力2.5MPa，管道規(guī)格為D355.6mm，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)長(zhǎng)距離管道輸送甲醇的空白。

輸氫管道的材料

輸送氫氣的管道需要使用特殊材質(zhì)，以確保氫氣的安全運(yùn)輸。鋼是最常用的材料，但需注意選擇合適的類型以避免氫脆和腐蝕。

特殊材質(zhì)的需求

氫氣的特性，如重量輕、難捉摸、擴(kuò)散速度快，以及需要低溫液化等特點(diǎn)，使得氫氣在存儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程中需要使用特殊的材料。氫氣會(huì)與某些金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致“氫脆”現(xiàn)象，因此在氫氣管道的設(shè)計(jì)和材料選擇上有著更高的要求。

鋼材的廣泛應(yīng)用

盡管面臨這些挑戰(zhàn)，鋼因其強(qiáng)度高、耐用性和成本效益而成為氫氣管道最常用的材料。特別是碳鋼，雖然廣泛用于天然氣管道，但由于其易發(fā)生氫脆和腐蝕，通常不推薦用于氫氣管道。

其他特殊材料的考慮

除了鋼，還有一些其他特殊材料被用于氫氣管道。例如，蒙耐爾合金，它具有良好的耐還原性介質(zhì)的腐蝕能力，適用于多種腐蝕環(huán)境，特別在氫氟酸和堿溶液中表現(xiàn)出色。

管道輸氫國(guó)際概況

全球范圍內(nèi)，通過(guò)管道進(jìn)行氫氣輸送的歷史已超過(guò)80年的時(shí)間。最早追溯到1938年，德國(guó)率先構(gòu)建了世界上首條氫氣長(zhǎng)距離輸送管道，其長(zhǎng)度達(dá)到215公里，輸氫管直徑在0.15～0.30m之間，額定的輸氫壓力約為 2.5MPa，連接18個(gè)生產(chǎn)廠和用戶，從未發(fā)生任何事故。

2023年，德國(guó)政府通過(guò)新版《國(guó)家氫能戰(zhàn)略》，其中提到，計(jì)劃到2032年，長(zhǎng)度超過(guò)11000公里的氫能核心網(wǎng)絡(luò)應(yīng)將所有主要?dú)淠芄?yīng)商與所有主要消費(fèi)者連接起來(lái)。

歐洲大約有 1500公里輸氫管。世界最長(zhǎng)的輸氫管道建在法國(guó)和比利時(shí)之間，長(zhǎng)約400公里。主要服務(wù)于化工廠之間的氫資源優(yōu)化配置與利用。

隨著氫氣應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展與需求量的日益增長(zhǎng)，全球范圍內(nèi)氫氣輸送管道的建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，現(xiàn)已累計(jì)超過(guò)4600公里的總里程。

從天然氣摻氫角度看，國(guó)際上依然是我國(guó)最高。

國(guó)內(nèi)管輸氫能政策與規(guī)劃

要實(shí)現(xiàn)輸氫管道的穩(wěn)定可靠輸送，當(dāng)前技術(shù)上還面臨著諸多挑戰(zhàn)，因此更需要完善的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)才能實(shí)現(xiàn)發(fā)展目標(biāo)。

2024年2月18日，國(guó)內(nèi)首個(gè)氫氣儲(chǔ)輸管道用鋼管國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)立項(xiàng)批復(fù)；而《2024年能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃立項(xiàng)指南》、《關(guān)于征集2024年第一批氫能行業(yè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的通知》等文件也多次涉及包含管道輸氫在內(nèi)的氫能儲(chǔ)運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)的完善。這些標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，讓管道輸氫逐步走出原有無(wú)規(guī)則可依的“尷尬期”。

今年3月份，由中機(jī)國(guó)際華東區(qū)域中心參與編制的《氫氣輸送工業(yè)管道技術(shù)規(guī)程》（T/CAS 851—2024）獲得中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了氫氣輸送工業(yè)管道的材料選擇、設(shè)計(jì)和計(jì)算、施工和驗(yàn)收、運(yùn)行與維護(hù)等多方面。該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布填補(bǔ)了我國(guó)氫能源工業(yè)管道輸送環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)空白。

今年4月份，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施分會(huì)組織編制，中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司牽頭編制的《氫氣輸送管道完整性管理規(guī)范》已獲得中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)的批準(zhǔn)發(fā)布。

該標(biāo)準(zhǔn)適用于陸上氣態(tài)純氫長(zhǎng)輸鋼質(zhì)管道在設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)和廢棄的全生命周期內(nèi)的完整性管理要求。填補(bǔ)了氫氣管道完整性管理的空白，推進(jìn)了氫氣管道輸送技術(shù)的發(fā)展。

8月22日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部連發(fā)兩份通知，就國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《氫能輸配設(shè)備通用技術(shù)要求（征求意見(jiàn)稿）》（簡(jiǎn)稱《技術(shù)要求》）以及《燃?xì)鈸綒浠鞖庋b置（征求意見(jiàn)稿）》（簡(jiǎn)稱《混氣裝置》），向社會(huì)公開(kāi)征求意見(jiàn)。

值得一提的是，兩份文件均對(duì)管道輸氫提出了幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)——

氫能輸配設(shè)備適用于純氫介質(zhì)和摻氫比例不超過(guò)20%，壓力不超過(guò)20.0MPa的天然氣摻氫燃?xì)狻?/strong>

天然氣管道內(nèi)流速不宜超過(guò)20m/s；氫氣管道內(nèi)流速不宜超過(guò)15m/s；摻氫天然氣管道內(nèi)流速不應(yīng)超過(guò)20m/s。

摻氫比例超過(guò)20%（體積分?jǐn)?shù)）的天然氣摻氫燃?xì)庠O(shè)備除符合本標(biāo)準(zhǔn)要求外，還應(yīng)做適用性論證。

由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)關(guān)于氫能管輸?shù)男袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正在完善中，后續(xù)將知道管輸氫氣的工程建設(shè)全面展開(kāi)。

為實(shí)現(xiàn)“碳中和”發(fā)展目標(biāo)，未來(lái)全國(guó)綠氫年需求將達(dá)到1.2億噸，相應(yīng)需配套約26億千瓦風(fēng)光資源與12億千瓦制氫設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)氫能長(zhǎng)距離經(jīng)濟(jì)輸運(yùn)，構(gòu)建以“西氫東輸”為主的全國(guó)高標(biāo)準(zhǔn)骨干氫網(wǎng)，總投資超過(guò)10萬(wàn)億元人民幣，管道總長(zhǎng)度約9.3萬(wàn)公里，承載約7900萬(wàn)噸/年的輸氫能力。

由于我國(guó)西北部風(fēng)光發(fā)電資源豐富，因此在內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、寧夏、青海等地有大規(guī)模綠氫資源潛力。為了將這些資源轉(zhuǎn)移到我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東南部地區(qū)，國(guó)家也開(kāi)始布局“西氫東輸”計(jì)劃。

氫能匯（微信公眾號(hào)：h2-2005）了解到，西氫東輸首個(gè)項(xiàng)目起于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市，終點(diǎn)位于北京市的燕山石化，管道規(guī)劃經(jīng)過(guò)內(nèi)蒙古、河北、北京等3省區(qū)市、9個(gè)縣區(qū)，全長(zhǎng)400多公里——這是我國(guó)首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長(zhǎng)距離的純氫輸送管道。

管道一期運(yùn)力10萬(wàn)噸/年，預(yù)留50萬(wàn)噸/年的遠(yuǎn)期提升潛力。同時(shí)，將在沿線多地預(yù)留端口，便于接入潛在氫源。

管道建成后，將用于替代京津冀地區(qū)現(xiàn)有的化石能源制氫及交通用氫，助力京津冀氫能走廊的高效構(gòu)建；大力緩解我國(guó)綠氫供需錯(cuò)配的問(wèn)題。

西氫東輸還將開(kāi)設(shè)新疆/青海→陜西/甘肅/寧夏/湖北/川渝→山東/河南/江浙滬皖/閩贛湘以及西藏→云南/貴州→廣東/廣西的新線路。

這些管網(wǎng)投產(chǎn)后，將對(duì)我國(guó)綠氫的推廣和使用起到重要作用。

管道輸氫主要參與企業(yè)

國(guó)內(nèi)參與管道輸氫的企業(yè)有很多，主要以中國(guó)石油、中國(guó)石化、國(guó)家管網(wǎng)公司為主力。

1、中國(guó)石油

宣布用現(xiàn)有天然氣管道長(zhǎng)距離輸送氫氣的技術(shù)獲得突破；聯(lián)合14家單位申報(bào)氫能輸送項(xiàng)目，并計(jì)劃建設(shè)純氫管道實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

2、中國(guó)石化

中國(guó)石化參與了“西氫東送”輸氫管道示范工程。

3、國(guó)家電力投資集團(tuán)

開(kāi)展了天然氣摻氫入戶應(yīng)用示范。

4、國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司

成功實(shí)施了國(guó)內(nèi)首次全尺寸摻氫天然氣管道封閉空間泄漏燃爆試驗(yàn)。

5、內(nèi)蒙古西部天然氣公司

投資建設(shè)了國(guó)內(nèi)首條摻氫長(zhǎng)距離高壓輸氣管道工程。

6、寶鋼股份

成功實(shí)現(xiàn)了高鋼級(jí)輸氫管線鋼的批量生產(chǎn)。

7、河鋼集團(tuán)唐鋼公司

定制生產(chǎn)了首批1930mm超寬斷面臨氫管線鋼L245M。

8、寶雞鋼管公司

完成了國(guó)內(nèi)首次全尺寸螺旋焊管長(zhǎng)周期高壓高比例摻氫試驗(yàn)。

9、渤海裝備巨龍鋼管公司

完成了輸氫鋼管二次單爐試制成功。

素材來(lái)源：央視網(wǎng)、五礦證券研究所、氫能技術(shù)前沿等