國際氫能展獲悉，隨著(zhù)可再生能源利用技術(shù)和裝備的持續突破與迭代，可再生電力成本持續下降，促進(jìn)可再生能源制氫(簡(jiǎn)稱(chēng)“綠氫”)成本不斷下降，綠氫經(jīng)濟性的持續優(yōu)化推動(dòng)各領(lǐng)域綠氫應用需求快速擴大。據中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì )氫能分會(huì )觀(guān)察分析，巨大的應用潛力將帶動(dòng)綠氫長(cháng)距離大規模運輸需求日趨強烈，低成本穩定的大規模氫儲運技術(shù)已成為決定綠氫規?；瘧眠M(jìn)程的關(guān)鍵因素之一。

管道輸氫是氫氣跨地域長(cháng)距離運輸的有效途徑，完善的輸氫管道網(wǎng)絡(luò )是破除綠氫消納瓶頸，實(shí)現可再生能源跨地域調配的必要支撐。據中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì )氫能分會(huì )統計，截至目前，全國已有29個(gè)省級行政區發(fā)布了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展專(zhuān)項規劃或實(shí)施意見(jiàn)，其中有27個(gè)省級行政區將管道輸氫技術(shù)與裝備研發(fā)和開(kāi)展管道輸氫試點(diǎn)示范列入重點(diǎn)工作。據中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì )氫能分會(huì )分析預測，到2030年，我國各類(lèi)輸氫管道建成總里程將突破5000公里，并將在2035年前達到萬(wàn)公里級別。

1、中國大規模輸氫管網(wǎng)建設元年開(kāi)啟

2024年以來(lái)我國輸氫管道建設喜訊連連，一張覆蓋全國的輸氫管網(wǎng)建設藍圖正在徐徐展開(kāi)。其中內蒙古作為全國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展與投資的熱土，在積極擴大綠氫生產(chǎn)規模的同時(shí)，加快推動(dòng)輸氫管網(wǎng)建設。

2024年8月2日，國內首條具備摻氫輸送能力的長(cháng)距離高壓管道項目包頭-臨河輸氣管道工程(2#-5#閥室)順利通過(guò)驗收，項目全線(xiàn)有望在8月底試運行，在10月份實(shí)現達產(chǎn)保供目標。該管道全長(cháng)258公里，摻氫比例可達10%，最大年輸氫能力可達1.2億立方米。2024年7月11日，具備摻氫能力20%的固陽(yáng)-白云鄂博輸氣管道在包頭市正式開(kāi)工，該管道全長(cháng)125公里。2024年5月16日，總長(cháng)1145公里，橫跨內蒙古、山西省、河北省、北京市和天津市5個(gè)省市的全國首個(gè)長(cháng)距離純氫管道工程-內蒙古烏蘭察布市至京津冀地區氫氣輸送管道工程完成項目安全評價(jià)招標。除內蒙古外，全國多個(gè)地區輸氫管道建設取得積極進(jìn)展，據中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì )氫能分會(huì )統計，2024年以來(lái)，全國已有10個(gè)輸氫管道項目公布了最新進(jìn)展。

表1 2024年我國輸氫管道項目進(jìn)展匯總

2、管道輸氫技術(shù)加速成熟

氫氣管道輸送包括純氫管道和天然氣摻氫管道兩種，兩種技術(shù)路線(xiàn)又都包括高壓和低壓兩條路線(xiàn)，不同技術(shù)路線(xiàn)之間具有較大差別，且其優(yōu)缺點(diǎn)和應用場(chǎng)景均有所不同，相比之下低壓氫氣管道技術(shù)更加成熟。

在摻氫輸送方面，近年來(lái)隨著(zhù)國內摻氫示范應用逐步開(kāi)展，摻氫比例已從5%逐漸增長(cháng)至24%，但示范應用仍集中于下游城燃領(lǐng)域，現有干線(xiàn)管道多采用X70、X80管材，易發(fā)生氫脆，因此尚未開(kāi)展摻氫示范應用，在建干線(xiàn)管道已具備20%摻氫能力。

在純氫輸送方面，當前國內已建成氫氣輸送管道設計壓力均不高于4MPa，管道材質(zhì)為L(cháng)245或20#碳素鋼。據中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì )氫能分會(huì )統計，截至2024年7月，我國各地區規劃建設的純氫管道總長(cháng)度已超過(guò)5000公里，我國純氫管道建設已經(jīng)逐步向大口徑、長(cháng)距離、大規模輸氫轉變，部分規劃管道已開(kāi)始采用L360管線(xiàn)鋼，設計壓力達到6.3MPa，管徑達到610毫米，最大輸氣能力已達10萬(wàn)噸/年級別。

表2 管網(wǎng)輸氫不同技術(shù)路線(xiàn)對比

數據來(lái)源：中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì )氫能分會(huì )

3、我國管道輸氫技術(shù)仍然面臨多方面挑戰

在低壓管道摻氫輸送方面，管道摻氫輸送及隨動(dòng)摻氫技術(shù)已基本成熟，但仍需進(jìn)一步明確下游用戶(hù)的適應范圍并開(kāi)展安全性分析。目前國內關(guān)于摻氫天然氣對管道影響的研究涉及氫含量較低，且樣本數量較少，尚處于數據積累階段，尤其對站場(chǎng)管、彎管、壓縮機等裝備材料的相容性研究數據積累相對薄弱。

在摻氫設備和氫分離設備開(kāi)發(fā)與應用方面，天然氣摻氫設備主要在城燃領(lǐng)域進(jìn)行應用，目前投產(chǎn)的示范項目流量較小(≤10萬(wàn)標方/天)、壓力較低(≤4MPa)，大流量摻混系統的工程示范數據不足，大流量摻混工藝與裝置有待進(jìn)一步研發(fā)。

在高壓氫氣管道裝備開(kāi)發(fā)方面，近幾年，通過(guò)對壓縮機氫氣進(jìn)出口合理設置緩沖器等優(yōu)化設計，有效地消除了壓縮機工作振動(dòng)，提高壓縮機使用壽命及生產(chǎn)效率，但可靠性與穩定性方面仍有提升空間。此外，大流量離心式壓縮機組的設計、制造仍處于研究階段。

在管道計量系統方面，主要包括體積計量和能量計量?jì)煞N，當前雖取得技術(shù)上的突破但國產(chǎn)替代比例上還有待提升。

在高壓輸氫管道材料開(kāi)發(fā)方面，高鋼級抗氫管材及阻氫涂層技術(shù)是當前管材開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，可顯著(zhù)提高管道的輸氫能力，國內預計在2030年左右取得突破并進(jìn)入試用階段。

4、管道輸氫經(jīng)濟性分析

在管道摻氫經(jīng)濟性方面，決定摻氫運輸經(jīng)濟性的關(guān)鍵在于摻氫比例和管道壓力。對于低壓管網(wǎng)摻氫而言，管道摻氫輸送的成本基本可以忽略不計。對于高壓長(cháng)輸管道而言，當摻氫比小于3%時(shí)，管道摻氫輸送的成本基本可以忽略不計;當摻氫比大于3%時(shí)，需對長(cháng)輸管道系統進(jìn)行評估與改造，其管輸費用約為0.5~1.0元/(千標方·公里)，包括改造費用以及壓縮機運行功耗增加造成的成本上升等。此外提高摻氫比例可有效降低分離提純成本，當摻氫比例為10%時(shí)，氫氣分離提純成本為2.3~5.7元/標方的，當摻氫比例上升至20%時(shí)，氫氣分離提純成本降低至1.4~5.1元/標方。

在純氫管道經(jīng)濟性方面，提高輸送壓力可有效降低氫氣運輸成本。對于低壓純氫管道系統，其運輸成本相對較高，約為3.5~10.0元/(千標方·公里)，主要構成為工程建設投資，受管道負荷率影響顯著(zhù)。對于高壓純氫管道系統而言，其運輸成本將大幅下降，預計成本將在0.5~1.37元/(千標方·公里)，主要構成為工程建設投資、壓氣站運行費用等，受管道負荷率影響同樣顯著(zhù)。

5、管網(wǎng)輸氫發(fā)展趨勢展望

管道輸氫是實(shí)現氫氣大規模、網(wǎng)絡(luò )化運輸最具潛力的技術(shù)之一，高壓力、大口徑、長(cháng)距離的輸送技術(shù)是未來(lái)發(fā)展方向。

我國管道輸氫技術(shù)圖譜

對于純氫管道，在材料與工藝方面，開(kāi)發(fā)適用于高壓輸氫管道的高鋼級抗氫管材、非金屬管材及阻氫涂層技術(shù)，探索滿(mǎn)足高壓氫氣環(huán)境服役要求的焊材及合適的焊接工藝，研究管體、管體焊縫及環(huán)焊縫臨氫環(huán)境服役性能評價(jià)方法，提出臨氫環(huán)境管材氫脆敏感性、斷裂韌性等關(guān)鍵指標將是近期重點(diǎn)工作。在核心裝備方面，開(kāi)展大輸量、高壓力壓縮機組，大口徑、高壓力閥門(mén)等裝備的研發(fā)，是保障高壓氫氣管道工程的順利實(shí)施的關(guān)鍵。同時(shí)，開(kāi)展管道斷裂控制技術(shù)及全尺寸試驗驗證，并針對典型失效模式，如爆炸、泄露、噴射火等開(kāi)展失效后果研究，建立高壓氫氣泄漏擴散特性及模型，將為高壓氫氣管道安全運行提供保障。

對于摻氫管道，對現役天然氣管材及設備進(jìn)行相容性評價(jià)，開(kāi)展高摻氫比例下管材性能劣化與損傷機理研究，完善天然氣摻氫管道缺陷適用性評價(jià)方法將是近期重點(diǎn)工作。

預計2025年前后，我國將形成完善的天然氣管道摻氫輸送適用性評價(jià)技術(shù)，實(shí)現2~3個(gè)氫氣管道示范項目平穩運行，部分天然氣管道摻氫量達到5%。預計到2030年，我國各類(lèi)輸氫管道建成總里程將突破5000公里;預計到2035年，天然氣管道摻氫輸送技術(shù)基本具備廣泛推廣條件，實(shí)現“西氫東送”且成本可控，氫氣管道(含摻氫天然氣管道)總里程達到萬(wàn)公里級別。2050年，高壓力大口徑長(cháng)輸管道輸氫技術(shù)成熟且經(jīng)濟可行，完成覆蓋全國范圍的純氫管道及摻氫天然氣管道系統建設。

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