01 管道是氫氣長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)淖罴崖窂?/strong>儲(chǔ)運(yùn)的技術(shù)路徑，通常分為氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn),、液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)以及固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)三種方式,。
不過(guò)，相較于石油,、天然氣等傳統(tǒng)化石燃料,，氫氣在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)具有天然的劣勢(shì)，發(fā)展進(jìn)度緩慢,。
學(xué)習(xí)過(guò)中學(xué)化學(xué)的讀者都清楚,，氫是周期表中排名第一的元素，氫氣的質(zhì)量小,，密度低,，它的性質(zhì)非常活躍,，既容易泄漏,，也容易爆炸。
對(duì)于這樣一種氣體,，儲(chǔ)運(yùn)顯然非常麻煩,，即使沒(méi)有危險(xiǎn)發(fā)生,，也會(huì)造成相當(dāng)程度的成本不經(jīng)濟(jì)。
我們可以通過(guò)一個(gè)例子簡(jiǎn)單理解——運(yùn)輸一車(chē)氫氣,，瓶子重量在95%以上,，需求的氫氣只有5%，而且不能長(zhǎng)距離運(yùn)輸,，所以這是一筆不劃算的生意,。
氫氣氣態(tài)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑局限在200公里以內(nèi)，50公里以內(nèi)每公斤氫運(yùn)輸成本超過(guò)4元,，100公里運(yùn)輸成本為超過(guò)8元,，距離500km時(shí)運(yùn)輸成本達(dá)到20.18元/kg。
并且,，運(yùn)輸壓縮氫氣的魚(yú)雷車(chē)每車(chē)僅可運(yùn)300kg,。
毫無(wú)疑問(wèn)，成本和載荷的問(wèn)題無(wú)疑制約了氫氣的長(zhǎng)距離運(yùn)輸,，阻礙了氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,。
從技術(shù)路徑來(lái)看，中長(zhǎng)距離大規(guī)模運(yùn)輸,，主要考慮管道和液氫運(yùn)輸方式,。液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)的儲(chǔ)氫密度較大，但設(shè)備投資與能耗成本較高,，管道運(yùn)輸無(wú)疑是最佳的解決方案,。
機(jī)構(gòu)分析，當(dāng)輸送距離為100公里時(shí),，運(yùn)氫成本為1.43元/千克,，同等運(yùn)輸距離下管道輸氫成本低于高壓長(zhǎng)管拖車(chē)及低溫液態(tài)輸氫。
截止到2022年底我國(guó)油氣管道的總里程達(dá)到18.5萬(wàn)公里,。以目前我國(guó)天然氣消費(fèi)量計(jì)算,，當(dāng)摻氫比達(dá)到20%時(shí)，可運(yùn)輸1000多萬(wàn)噸氫氣,，約合5600多億度綠電,，氫氣成本也會(huì)大幅度下降。
02 管道運(yùn)輸依靠天然氣摻氫過(guò)渡
雖然,，管道運(yùn)輸具有輸氫量大,、能耗小和成本低等優(yōu)勢(shì)，但前期管道建設(shè)一次性投資成本較大,。
長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)臍錃夤艿赖脑靸r(jià)約為63萬(wàn)美元/km,，而天然氣管道的造價(jià)約為25萬(wàn)美元/km，氫氣管道的造價(jià)約為天然氣管道的2.5倍。
當(dāng)前氫氣應(yīng)用及加氫站尚未大范圍普及,，加氫站點(diǎn)較為分散,，管道運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性有限。
另一方面,，受氣體性質(zhì)差異,、摻氫比、管道材質(zhì)和外部環(huán)境等影響,，氫氣進(jìn)入管道后容易產(chǎn)生氫脆,、滲透和泄漏等風(fēng)險(xiǎn)。
研究表明,，氫氣壓力,、純凈度、環(huán)境溫度,、管道強(qiáng)度水平,、變形速率、微觀組織等因素均會(huì)影響管道的損傷程度,。
因此,，從成本和技術(shù)的角度來(lái)看，現(xiàn)階段,，大量建設(shè)專(zhuān)用氫能運(yùn)輸管道還不是時(shí)機(jī)，管道輸氫主要采用天然氣摻氫的方式,。
天然氣摻氫就是將一定比例的氫氣注入到天然氣中,，形成的一種混合氣體（HCNG），通過(guò)天然氣管道將摻氫的天然氣輸送至終端用戶,，隨后直接利用,、或者將氫氣提純后分別單獨(dú)使用。
目前,，國(guó)際上尚未出臺(tái)摻氫天然氣管道輸送系統(tǒng)專(zhuān)用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,，各國(guó)天然氣氣體質(zhì)量規(guī)范中可允許的最大摻氫比例也各不相同。如德國(guó)天然氣配送系統(tǒng)的摻氫上限為10%,，法國(guó)為6%,，意大利為5%，澳大利亞為4%等,。
研究表明,，理論上，含20%體積比氫氣的天然氣-氫氣混合燃料可以直接使用目前的天然氣輸運(yùn)管道,，無(wú)需任何改造,。
在天然氣中摻混20%的氫氣，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率可提高15%,，經(jīng)濟(jì)性提高8%,，污染物排放降低60%～80%,。
輸氫管道具備大規(guī)模輸送氫氣的潛力，有著成本和效率的明顯優(yōu)勢(shì),。在碳中和的背景下,，各國(guó)政府將天然氣摻氫項(xiàng)目作為氫能應(yīng)用場(chǎng)景探索大力推廣，天然氣摻氫的“潮流”已經(jīng)席卷全球,。
03 全球掀起管道運(yùn)輸規(guī)劃浪潮
據(jù)統(tǒng)計(jì),，全球范圍內(nèi)氫氣輸送管道已經(jīng)超過(guò)5000km，這些管道主要是由氫氣的生產(chǎn)商來(lái)運(yùn)行,。美國(guó)輸氫管道總里程已超過(guò)2700km,，排名第一，歐洲氫氣輸送管道長(zhǎng)度也達(dá)到1770km,。
管道輸氫技術(shù)走在最前端的是美國(guó),，最高運(yùn)行壓力到10.3兆帕，主要是位于墨西哥灣沿岸,，有1000公里左右的管線,。
展望未來(lái)，全球輸氫管道已然開(kāi)始加速,。
歐洲于2020年7月提出歐洲氫能主干管網(wǎng)規(guī)劃,，目前已經(jīng)擴(kuò)展到28個(gè)國(guó)家地區(qū)的31家天然氣基礎(chǔ)設(shè)施公司。
預(yù)計(jì)到2030年建成5個(gè)泛歐氫氣供應(yīng)和進(jìn)口的氫走廊及近28,000公里的輸氫管道,，到2040年建立一個(gè)約53.000公里的氫氣輸送管道網(wǎng)絡(luò),。未來(lái)仍將進(jìn)一步增長(zhǎng)。估計(jì)總投資達(dá)800-1430億歐元,。
陸上管道運(yùn)輸來(lái)看,，每公斤氫氣每運(yùn)輸1,000公里的平均運(yùn)輸成本為0.11-0,21歐元，如果僅通過(guò)海底管道運(yùn)輸氫氣,，則每公斤氫氣每運(yùn)輸1,000公里的平均運(yùn)輸成本為0.17-0.32歐元,。
我國(guó)目前的管道長(zhǎng)度仍然落后發(fā)達(dá)國(guó)家，建設(shè)進(jìn)度較慢,，目前國(guó)內(nèi)總里程僅400公里,，在用的管道只有百公里左右。
2022年,，國(guó)家發(fā)改委,、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》，文件提出要開(kāi)展摻氫天然氣管道,、純氫管道等試點(diǎn)示范,。
在政策支持下，氫能管道迎來(lái)發(fā)展“風(fēng)口”。近兩年,，我國(guó)關(guān)于輸氫管道建設(shè)動(dòng)作不斷,，國(guó)內(nèi)輸氫管道建設(shè)加速。
機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),，隨著管道運(yùn)力利用率的下降,，運(yùn)輸成本大幅增加，而當(dāng)運(yùn)力利用率較高時(shí),，運(yùn)輸成本相對(duì)經(jīng)濟(jì),。
如管道運(yùn)力利用率100%時(shí)，運(yùn)輸距離由50km增加至500km,，運(yùn)輸成本僅從0.8元/kg增加至2.3元/kg,，顯著低于氣氫拖車(chē)、液氫等上述運(yùn)輸成本,。
在未來(lái)氫能全面普及到各領(lǐng)域后,，管道輸氫將會(huì)成為最具潛力的輸氫方式。
與此同時(shí),，氫能管道運(yùn)輸未來(lái)同樣面臨著諸多技術(shù)難關(guān),。
比如，低成本,、高強(qiáng)度的抗氫脆材料,，高性能的氫能管道的設(shè)計(jì)制造技術(shù)。核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化,，如大流量的壓縮機(jī),，氫氣計(jì)量的設(shè)備閥門(mén)、儀表等,。還有就是出臺(tái)相應(yīng)氫能管道的標(biāo)準(zhǔn)體系建立，如設(shè)計(jì),、建造,、運(yùn)行、維護(hù)等各個(gè)方面,。
在政策背書(shū)及市場(chǎng)拉動(dòng)下,，我國(guó)管道輸氫技術(shù)快速發(fā)展。
當(dāng)前的天然氣摻氫比例一般在2%~20%,，20%是實(shí)驗(yàn)室的理論值,。而我國(guó)寧夏寧德的天然氣管道（長(zhǎng)397公里）氫氣比例逐步達(dá)到24%，整體運(yùn)行平穩(wěn),。
隨著氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,，核心關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展迅速，國(guó)產(chǎn)品牌技術(shù)迭代及產(chǎn)品性價(jià)比快速提升。
此外,，我國(guó)管道輸氫相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有了一定的突破：
2021年7月,，由西南市政總院負(fù)責(zé)主編的《城鎮(zhèn)民用氫氣輸配系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程》編制工作正式啟動(dòng)。
與此同時(shí),，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)批復(fù)了《氫氣輸送工業(yè)管道技術(shù)規(guī)程》的編制工作,，發(fā)布了《關(guān)于公開(kāi)征求中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)〈天然氣摻氫混氣站技術(shù)規(guī)程〉意見(jiàn)的通知》。
隨著技術(shù)突破,、核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化替代,，國(guó)內(nèi)管道輸氫標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，我國(guó)管道輸氫產(chǎn)業(yè)有望迎來(lái)高速發(fā)展,。
到2030年,，氫能產(chǎn)業(yè)將成為我國(guó)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和新能源戰(zhàn)略的重要組成部分，輸氫管道建設(shè)里程達(dá)到3000km,。
輸氫管道將幫助我國(guó)在可再生能源制氫,、氫儲(chǔ)能、氫化工,、氫交通,、氫冶金等領(lǐng)域的發(fā)展步入正軌，將促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步落地,，進(jìn)行市場(chǎng)化推廣,，助力雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
發(fā)表于 2023-5-10 13:23:57
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