●我國首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長距離的“西氫東送”純氫輸送管道項(xiàng)目引發(fā)廣泛關(guān)注

●氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，被譽(yù)為“21世紀(jì)的終極能源”

●氫氣運(yùn)輸是制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，輸氫管道建設(shè)或?qū)榇颂峁├硐虢鉀Q方案

“西氫東送”來啦

甘肅玉門輸氫管道。資料圖片

我國已成為世界上最大的制氫國

70兆帕的高壓儲(chǔ)運(yùn)氫氣瓶、以綠氫為燃料的概念客機(jī)、工業(yè)用大型綠氫生產(chǎn)廠……在4月舉行的德國漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，一系列綠色氫能新技術(shù)、新產(chǎn)品，成為各方關(guān)注的焦點(diǎn)。今年，有大約800家中國企業(yè)線下參展，成為除東道主德國以外最大的參展團(tuán)體。中國制造的系列制氫裝備和氫能儲(chǔ)運(yùn)裝備，吸引了眾多國際客商的目光。

氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，被譽(yù)為“21世紀(jì)的終極能源”。

在全球應(yīng)對(duì)氣候變化的大背景下，氫能正在逐漸成為全球新的戰(zhàn)略競爭焦點(diǎn)、各國培育新興產(chǎn)業(yè)的重要方向、推動(dòng)能源生產(chǎn)消費(fèi)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要抓手。國際氫能委員會(huì)預(yù)計(jì)，到2050年,氫能可以滿足全球能源總需求的18%，或全球一次能源總需求的12%。屆時(shí)，相關(guān)市場(chǎng)規(guī)模將超過2.5萬億美元。

在碳達(dá)峰、碳中和的雙碳目標(biāo)推動(dòng)下，我國氫能行業(yè)發(fā)展按下了加速鍵。目前，我國已成為世界上最大的制氫國，年制氫產(chǎn)量約3300萬噸，其中，達(dá)到工業(yè)氫氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的約1200萬噸。2022年，我國貢獻(xiàn)了全球可再生能源總?cè)萘啃略霾糠值募s48%，在全球能源轉(zhuǎn)型和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

根據(jù)我國《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》，到2025年，將初步建立以工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫就近利用為主的氫能供應(yīng)體系。燃料電池車輛保有量約5萬輛，部署建設(shè)一批加氫站。可再生能源制氫量每年能達(dá)到10萬噸至20萬噸，成為新增氫能消費(fèi)的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排每年100萬噸至200萬噸。

“隨風(fēng)潛入夜，潤物細(xì)無聲。”如今，氫能產(chǎn)業(yè)已悄無聲息地走近了我們，日常生活中處處可以看到它們的“身影”——

在京津冀、長三角、珠三角等氫能示范城市群，已經(jīng)可以看到一批氫能公交車行駛在道路上。今年2月，廣東省廣州市南沙區(qū)，“南沙氫跑”公共出行服務(wù)項(xiàng)目正式啟動(dòng)。只排放水、不產(chǎn)生二氧化碳的氫燃料電池乘用車，為市民提供出行便利。

據(jù)最新數(shù)據(jù)，我國氫能重卡已經(jīng)超過了3000臺(tái)。在一些港口和工業(yè)園區(qū)，氫能重卡已經(jīng)替代了原來的柴油重卡運(yùn)輸貨物，成為低碳大背景下一道亮麗的風(fēng)景線。

截至目前，我國已建成加氫站超過350座，為過往的氫能汽車提供加氫服務(wù)，國內(nèi)“氫能走廊”初見雛形……

相信在不久的將來，氫能將最終納入我國終端能源體系，成為推進(jìn)我國能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的重要手段。

綠色氫能要發(fā)展，氫氣運(yùn)輸需先行

氫氣是世界上最輕的氣體。這也就意味著，由于氫氣體積能量密度極低且液化困難，其運(yùn)輸成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過石油和天然氣等燃料。

氫氣的來源具有非均勻分布的特點(diǎn)，這就需要將氫氣運(yùn)輸?shù)?ldquo;需要的地方”。然而，氫氣的運(yùn)輸成本占據(jù)總成本的三分之一，已經(jīng)成為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須解決的關(guān)鍵問題之一。

氫氣運(yùn)輸?shù)姆绞蕉喾N多樣，目前主要有高壓氣氫運(yùn)輸、低溫液氫運(yùn)輸和管道運(yùn)輸?shù)葞追N運(yùn)輸手段。

高壓氣氫運(yùn)輸，就是把氫氣壓縮后儲(chǔ)存在壓力容器中，由長管拖車運(yùn)輸。這是目前運(yùn)用最普遍、技術(shù)最為成熟的運(yùn)氫方式。通常使用的儲(chǔ)氫容器自重較大，導(dǎo)致拖車運(yùn)輸時(shí)氫氣重量只能占到總運(yùn)輸重量的1%～2%。受到人工費(fèi)與油費(fèi)影響，高壓氣氫運(yùn)輸成本隨距離增加逐漸上升。因此，這種方式僅適用于運(yùn)輸距離不超過200公里的場(chǎng)景。

低溫液氫運(yùn)輸是將氫氣液化后，裝入專用的低溫絕熱槽管，通過公路、水路等方式運(yùn)輸。氫氣經(jīng)過液化后，體積能量密度更高、占用空間體積更小，運(yùn)輸效率更高。這種運(yùn)氫方式，運(yùn)輸成本受距離影響較小，適用于長距離運(yùn)輸。但是液氫罐車運(yùn)輸缺點(diǎn)也很明顯，那就是制取液氫的能耗較高，對(duì)液氫儲(chǔ)罐的材料和工藝要求高，安全防護(hù)技術(shù)非常復(fù)雜。目前我國主要將該方式用于航天領(lǐng)域，而其他領(lǐng)域鮮少涉及。

管道運(yùn)輸，即在制氫工廠與氫氣站、用氫單位等之間建設(shè)管道，氫氣以氣態(tài)形式進(jìn)行運(yùn)輸。管道運(yùn)輸是實(shí)現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長距離、低成本運(yùn)輸?shù)闹匾绞?。然而，氫氣管道的成本依然是制約管道運(yùn)輸?shù)闹匾蛩?。利用現(xiàn)有天然氣管道摻氫運(yùn)輸，或者改造天然氣管道以解決管道建設(shè)高成本等，是近年來氫氣管道運(yùn)輸?shù)难芯繜狳c(diǎn)。而建設(shè)專用純氫氣運(yùn)輸管道，則是輸氫管道建設(shè)的“終極形態(tài)”。

除此之外，也有專家提出了固態(tài)存氫運(yùn)輸方式。固態(tài)存氫運(yùn)輸是通過物理或化學(xué)方式使氫氣與儲(chǔ)氫材料結(jié)合，實(shí)現(xiàn)氫氣的存儲(chǔ)和運(yùn)輸。常見儲(chǔ)氫材料有金屬合金、碳材料等。固態(tài)存氫運(yùn)輸具有體積儲(chǔ)氫率高、放氫純度高、儲(chǔ)氫壓力低、安全性好等優(yōu)勢(shì)。然而，當(dāng)前主流金屬儲(chǔ)氫材料仍存在質(zhì)量儲(chǔ)氫率較低、循環(huán)性能較差等問題，尚處于技術(shù)攻關(guān)及示范應(yīng)用階段。

輸氫管道建設(shè)或成“破局”關(guān)鍵

“西氫東送”來了!4月10日，據(jù)新華社報(bào)道，我國首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長距離的“西氫東送”純氫輸送管道示范工程，被納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》。

這條管道從內(nèi)蒙古出發(fā)，到達(dá)燕山石化，全長400多公里。管道預(yù)計(jì)每天的輸送量為270多噸，足以滿足近2萬輛氫能公交車的使用需求。管道建成后，一期運(yùn)力預(yù)計(jì)達(dá)到每年10萬噸，還預(yù)留了每年50萬噸的遠(yuǎn)期提升潛力。這標(biāo)志著我國氫氣長距離輸送管道進(jìn)入新發(fā)展階段。

放眼世界，氫氣管道運(yùn)輸已有80多年歷史，是一種較為成熟的方案。目前，全球氫氣輸送管道總里程已超過5000公里。美國和歐洲起步較早，美國的氫氣輸送管道已經(jīng)超過2700公里，位居世界第一。歐洲的氫氣輸送管道也已達(dá)到1770公里，并在不斷加快建設(shè)進(jìn)度。

去年12月，西班牙、法國和葡萄牙三國領(lǐng)導(dǎo)人，在歐盟地中海國家集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)人會(huì)議期間，啟動(dòng)了歐盟首條大型綠氫輸送走廊H2Med建設(shè)計(jì)劃。這一綠氫輸送走廊起自葡萄牙，途經(jīng)西班牙，穿過地中海，修至法國馬賽，然后連接歐洲其他國家。項(xiàng)目分海上和陸上兩部分。陸上部分全長248公里，海上部分全長455公里，擬于2030年前投入運(yùn)營。西班牙政府估算，H2Med管道每年將供應(yīng)約200萬噸氫，占?xì)W盟氫需求總量的10%。

“遠(yuǎn)帆如不動(dòng)，原樹競相高。”我國也正在加快氫氣管道建設(shè)。按照現(xiàn)在公布規(guī)劃的氫氣管道建設(shè)項(xiàng)目，規(guī)劃總長度預(yù)計(jì)超過1500公里。整體看，輸氫管道已邁入快速發(fā)展期，當(dāng)前建設(shè)發(fā)展重點(diǎn)是盡快突破技術(shù)難關(guān)和制約瓶頸。

首先要重點(diǎn)攻克的是抗氫脆材料技術(shù)。氫氣與管道長期接觸，氫會(huì)侵入到材料內(nèi)部，導(dǎo)致材料出現(xiàn)韌性下降、裂紋擴(kuò)張速度加快等氫脆現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致管道受損。有研究表明，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。盡快研制出低成本、高強(qiáng)度的抗氫脆材料，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本管道輸氫的前提。

另外，氫氣無色無味、易散逸、泄漏后難以發(fā)覺，且點(diǎn)火能量低、燃燒范圍寬，對(duì)管道密封技術(shù)、監(jiān)測(cè)與測(cè)試技術(shù)、安全技術(shù)要求更高。因此，高性能輸氫管道設(shè)計(jì)制造、管道運(yùn)行控制以及應(yīng)急安全維護(hù)等相關(guān)技術(shù)亟待突破。與輸氫管道配套使用的大流量壓縮機(jī)、氫氣計(jì)量設(shè)備閥門、儀表等相關(guān)裝備研制進(jìn)度也需加快。

與此同時(shí)，輸氫管道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也需要加以規(guī)范。我國雖然已建成部分輸氫管道，積累了一定管道設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，但目前國內(nèi)還沒有成體系的輸氫管道標(biāo)準(zhǔn)。建立輸氫管道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以更好地指導(dǎo)輸氫管道的選材用料、設(shè)計(jì)建造、運(yùn)行維護(hù)、監(jiān)測(cè)檢查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

從“西氣東輸” 到“西氫東送”，兩字之變蘊(yùn)含著國家能源建設(shè)發(fā)展格局的深刻變化。

我國是全球最大的能源貿(mào)易進(jìn)口國，石油和天然氣高度對(duì)外依賴對(duì)國家能源安全構(gòu)成潛在威脅。為應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，多年來我國不斷增加海外能源輸入來源和方式，加大國內(nèi)產(chǎn)能開發(fā)，并且逐步建立起石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備，著力維護(hù)國家能源安全。從長期看，發(fā)展和運(yùn)用好清潔、低碳、高效和安全的氫能，對(duì)維護(hù)國家能源安全有重要意義。

近年來，歐洲國家為擺脫能源依賴，加快推進(jìn)輸氫管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，將氫能更便捷高效地輸送至需求端，已經(jīng)初步驗(yàn)證了大規(guī)模應(yīng)用氫能、降低能源進(jìn)口依賴的可行性。在此背景下，推進(jìn)輸氫管道建設(shè)，逐步構(gòu)建高密度、低成本、大規(guī)模的氫能運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，無疑對(duì)釋放我國氫能供給端巨大潛力、加速推進(jìn)我國能源清潔低碳轉(zhuǎn)型、促進(jìn)形成多元互補(bǔ)現(xiàn)代能源供應(yīng)體系具有重要意義。