管道輸氫是降低氫能儲運成本、推動氫能規(guī)?；瘧?yīng)用的重要途徑。在“雙碳”目標推動下，當前正是開展管道輸氫示范的大好時機。不過，總體規(guī)劃缺失、標準體系尚未建立、天然氣摻氫技術(shù)有待突破，以及試點示范缺乏頂層設(shè)計等問題亟待解決。
2022年3月，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》(以下簡稱《規(guī)劃》)，明確氫能戰(zhàn)略定位，部署產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點任務(wù)，提出構(gòu)建“1+N”政策體系。一年多來，產(chǎn)業(yè)發(fā)展按下快進鍵，管道輸氫研究示范不斷提速。近期，中石化烏蘭察布到燕山石化全長400公里“西氫東送”純氫管道示范工程納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設(shè)實施方案》。中石油寧東天然氣摻氫管道示范項目實現(xiàn)24%摻氫比例，且運行安全穩(wěn)定。住建部委托中國城市燃氣協(xié)會近期完成的重大課題“天然氣管道摻氫輸送及終端利用可行性研究”也表明，無論從技術(shù)可行性還是經(jīng)濟可行性看，天然氣摻氫技術(shù)均具備規(guī)?；茝V應(yīng)用條件，可有效解決氫能的規(guī)?；瘍\問題，助力行業(yè)降低碳排放。
管道輸氫是氫能規(guī)?；l(fā)展的關(guān)鍵之一
與我國其他能源相似，氫氣的生產(chǎn)和消費也存在空間錯配問題。氫氣產(chǎn)地，特別是綠氫的潛在產(chǎn)地主要分布在“三北”地區(qū)，但氫氣的負荷中心主要位于東部和東南沿海。目前，儲運成本在氫氣終端售價中的比重高達40%-50%，成為氫能規(guī)?；l(fā)展的掣肘。打通行業(yè)堵點，關(guān)鍵要加快構(gòu)建安全、穩(wěn)定、高效的氫能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，通過開展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點示范，構(gòu)建高密度、輕量化、低成本、多元化的氫能儲運體系。
氫氣有望成為重要能源品種。IEA發(fā)布的《全球氫能回顧2021》認為，未來十年，氫能將確立其在全球清潔能源轉(zhuǎn)型中的重要地位。預(yù)計到2030年，氫能在全球能源消費中的比重為2%，2050年將進一步升至10%，達到5.3億噸。《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》預(yù)測，在2060年碳中和情景下，我國氫氣年需求量將達1.3億噸左右，在終端能源消費中的占比約為20%。《規(guī)劃》首次明確了氫氣的能源屬性，作為一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，氫能將在交通、儲能、發(fā)電、工業(yè)等領(lǐng)域逐步實現(xiàn)多元化應(yīng)用，為助力我國實現(xiàn)“雙碳”目標發(fā)揮重要作用。
管道輸氫是降低氫氣儲運成本、推動氫能規(guī)?；瘧?yīng)用的重要途徑。目前，國內(nèi)氫氣儲運主要通過高壓長管拖車解決，規(guī)模小、效率低，單車載氫量為300-400公斤，經(jīng)濟半徑在150-200公里以內(nèi)。液氫主要用于航天，受液化成本、能耗等限制較大，民用暫不具備商業(yè)化條件。管道輸氫是大幅降低氫能成本、支撐氫能大規(guī)模和多場景應(yīng)用的必然選擇?！兑?guī)劃》發(fā)布后，氫能項目加快落地，一些示范城市已出現(xiàn)缺氫現(xiàn)象。管道輸氫在產(chǎn)業(yè)鏈中扮演著承上啟下的重要角色，如能形成類似天然氣那樣的多點供應(yīng)氫氣管網(wǎng)，不僅可解示范城市氫源之憂，還能通過規(guī)模化輸送攤薄儲運成本。同時，也有利于形成統(tǒng)一的氫能價格體系，推動氫能產(chǎn)業(yè)整體降本提效和推廣應(yīng)用。
國內(nèi)外管道輸氫已有較多實踐，管道輸氫已有80余年歷史。近幾年，主要發(fā)達國家開始加快對輸氫管網(wǎng)的布局，預(yù)計歐洲2040年將建成4萬公里輸氫管道。目前全球輸氫管道總長度為5000多公里，以純氫為主，90%以上在美國和歐洲，主要為封閉的供應(yīng)系統(tǒng)，由大型氫氣公司供應(yīng)大型工業(yè)中心。同時，歐美國家加快推進天然氣管道摻氫。荷蘭2008年開展了“可持續(xù)的埃姆蘭”項目，在低熱量天然氣中注入20%的氫。法國GRHYD項目于2018年開始向天然氣管網(wǎng)摻入6%的氫氣，2019年摻混率達到20%。英國《國家氫能戰(zhàn)略》提出，將于2022年開始建設(shè)點對點輸氫管道;2025年開始建設(shè)小型集群管網(wǎng);2030年代中期以后形成區(qū)域或國家網(wǎng)絡(luò)。我國長度為25公里的濟源-洛陽線、長度為42公里的巴陵-長嶺線均屬純氫管道。摻氫管道方面，長度為223.8公里的烏海-銀川管道曾實現(xiàn)正常輸送焦爐煤氣(含氫10%-60%)，后因上游煉焦廠環(huán)保問題(非技術(shù)原因)停運。
管道輸氫仍面臨政策和技術(shù)障礙
一方面，管道輸氫總體規(guī)劃缺失。雖然《規(guī)劃》提出要開展摻氫天然氣管道、純氫管道試點示范，但國家層面對管道輸氫仍缺乏統(tǒng)籌安排。“雙碳”目標背景下，可再生能源制氫亟待大規(guī)模發(fā)展。但目前可再生能源制氫成本降不下去，下游大規(guī)模應(yīng)用承擔不起，中游大規(guī)模、低成本管道輸送方式發(fā)展不起來，陷入死循環(huán)。管道建設(shè)投資大、回收周期長、對氣量要求高，需要國家加強統(tǒng)籌，適時適地推進試點示范，破解可再生能源制氫規(guī)?；瘧?yīng)用困局。
另一方面，管道輸氫標準體系尚未建立。在管道建設(shè)標準方面，國內(nèi)尚無氫氣長輸管道相關(guān)設(shè)計規(guī)范?，F(xiàn)有氫氣管道的規(guī)劃和建設(shè)主要參照國外規(guī)范以及適用于輸送天然氣和煤氣的《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》等。例如，濟源至洛陽純氫管道的路由選線參照了美國機械工程師學(xué)會發(fā)布的《氫氣管輸和管線標準》。
此外，天然氣管道摻氫技術(shù)亟待突破。目前，純氫管道技術(shù)相對成熟，選擇合適的管材可有效應(yīng)對氫脆等問題。天然氣管道摻氫輸送仍面臨材料、安全監(jiān)測和設(shè)備等技術(shù)問題。一是摻氫管道基體和焊縫材料出現(xiàn)氫滲透、氫脆等管道失效問題的作用機理和規(guī)律尚待進一步研究，特別是高鋼級管道長期摻氫運行的影響仍需實驗論證。二是如何搭建可及時防范、發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對摻氫后管道失效問題的安全監(jiān)測系統(tǒng)尚待研究。三是用于天然氣摻氫的混氣撬、壓縮機組等專用設(shè)備還需進一步研發(fā)。
宜盡快開展管道輸氫試點示范
“雙碳”目標背景下，氫能的重要性日益凸顯，國際上日益關(guān)注中國氫能發(fā)展，領(lǐng)先國家已著手加強對我國的“規(guī)鎖”，我國宜盡快開展管道輸氫試點示范，破解儲運瓶頸，加快氫能規(guī)?；l(fā)展步伐，不斷提升產(chǎn)業(yè)鏈安全水平和國際競爭力。
首先，統(tǒng)籌做好頂層設(shè)計，分階段分區(qū)域推動管道輸氫試點示范。建議遵循“純摻同步、由低到高、由短到長、由點及面”的推進思路，支持有條件的地方和企業(yè)開展輸氫管道項目試點示范。2022-2025年，優(yōu)先開展中低壓純氫管道試點，在適宜地區(qū)建設(shè)短距離點到點示范管線，同時開展干線管道摻氫研究論證。在低壓城市燃氣管道進行摻氫試驗研發(fā)以及前期論證。2026-2030年，推動建設(shè)多條長距離純氫管道，逐步形成純氫管網(wǎng)，拓展城市燃氣管道摻氫范圍，穩(wěn)步推進中高壓干線天然氣管道摻氫輸送。2030年以后，推動純氫管道由線到網(wǎng)規(guī)?；l(fā)展，同時推動天然氣摻氫管道在全國范圍內(nèi)布局。穩(wěn)步推進氣態(tài)、液態(tài)等多種管道輸氫技術(shù)路線，鼓勵各地積極探索經(jīng)濟、高效的輸氫模式，條件成熟的進行試點示范。近期，可在保障安全前提下，選擇鋼級較低、壓力不高的長輸管道開展試驗論證，兼顧上游氫源、下游用戶摻燒等因素，適時開展管道輸氫示范。同時，探索將液氨或甲醇作為儲氫介質(zhì)，直接利用現(xiàn)有油氣管道輸氫，將管道利用效率最大化，大幅降低管道改造和新建成本。發(fā)展合成氨與氨脫氫、合成甲醇與甲醇脫氫等新型工藝和技術(shù)，適時推動試點示范。
其次，選擇制用規(guī)模大、有管道建設(shè)條件的示范場景。管道輸氫銜接供需，疏通制用兩端，需要量的支撐。在氫氣制備端，要銜接氫氣資源充足的地區(qū)，尤其是大規(guī)模可再生能源制氫基地、工業(yè)副產(chǎn)氫等氫資源優(yōu)勢地區(qū);在應(yīng)用端，要連接鋼鐵、化工、冶金、高品位熱源等工業(yè)領(lǐng)域，重卡、物流、航運等交通領(lǐng)域，以及居民供暖、儲能、調(diào)峰等建筑和發(fā)電領(lǐng)域，拓展應(yīng)用場景。具體來說，一是開展“工業(yè)副產(chǎn)氫+鋼鐵化工基地”試點示范。結(jié)合碳捕獲、利用與封存技術(shù)(CCUS)的工業(yè)副產(chǎn)氫作為過渡氫源已初具經(jīng)濟性，鋼鐵、化工基地用氫量大且較為集中，可將工業(yè)副產(chǎn)氫作為短期重要氫源，開拓工業(yè)脫碳應(yīng)用場景，率先開展示范。二是開展“可再生能源制氫+子母站”試點示范。將規(guī)?；稍偕茉粗茪浠刈鳛闅湓矗霉艿缹⒖稍偕茉粗迫〉臍錃饧休斔椭?ldquo;母站”，再通過長管拖車分送至“子站”，以滿足周邊分散的交通物流、居民供暖、儲能等用氫需求，有效降低終端應(yīng)用成本。
再次，加強氫氣管道技術(shù)攻關(guān)、工藝設(shè)備研發(fā)與標準體系建設(shè)。在技術(shù)研發(fā)方面，重點圍繞管道輸氫安全及監(jiān)測技術(shù)、氫氣與天然氣管道相容發(fā)展技術(shù)、摻氫天然氣低濃度氫氣高效提純技術(shù)、管道焊接技術(shù)、管道改造及檢測技術(shù)等，開展系統(tǒng)深入研究。在工藝設(shè)備方面，集中開展專用摻氫設(shè)備、儲輸材料、氫泄漏及氫燃爆危險檢測設(shè)備等研發(fā)，完善氫氣輸送工藝、設(shè)備材料選型等。在標準建設(shè)方面，盡快填補國內(nèi)氫氣長輸管道領(lǐng)域標準體系空白，完善管道輸氫安全檢測標準以及摻氫比例、運行參數(shù)安全邊界等標準，組織研發(fā)純氫及摻氫燃氣管道評估軟件等。
此外，要加強政策保障及支持。建議國家盡快確定一批管道輸氫試點示范工程項目，配套出臺支持政策，促進管道輸氫技術(shù)攻關(guān)，降低企業(yè)運營成本，推動商業(yè)化應(yīng)用。加大技術(shù)創(chuàng)新支持力度，鼓勵地方政府、大型央企、地方企業(yè)、科研機構(gòu)等產(chǎn)學(xué)研協(xié)同開展天然氣管道摻氫技術(shù)研發(fā)和運營探索。強化財稅優(yōu)惠政策扶持，參考現(xiàn)有天然氣管道政策，對輸氫管道建設(shè)采取較寬松的折舊政策、更靈活便利的負荷率等，并提供一定的財政補貼和信貸優(yōu)惠政策，推動管道輸氫的規(guī)?；l(fā)展和可持續(xù)運營。
來源：中國能源報 作者：景春梅 王成仁兩位作者均供職于中國國際經(jīng)濟交流中心能源政策研究部。該中心劉夢、何七香對本文亦有貢獻
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