管道輸氫是實現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長距離運輸?shù)淖罴逊绞剑舆B取得突破對推動我國氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展具有重要意義。
我國氫能運輸領域近日好消息不斷。
(資料圖)
中國石化4月10日宣布，擬建設全長400多公里的“西氫東送”輸氫管道示范工程已被納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設實施方案》，標志著國內(nèi)首個長距離純氫輸送管道項目啟動。4月16日，中國石油宣布，用現(xiàn)有天然氣管道長距離輸送氫氣技術獲突破，可為我國大規(guī)模、低成本、遠距離氫能運輸提供技術支撐。
在“雙碳”目標背景下，氫能作為一種較具潛力的綠色低碳能源，被眾多企業(yè)視為轉(zhuǎn)型新賽道并加快布局。但目前，氫氣主要以長管拖車等公路運輸方式為主，運輸成本高且效率低，嚴重制約產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展。在多位業(yè)內(nèi)人士看來，管道輸氫是實現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長距離運輸?shù)淖罴逊绞剑舆B取得突破對推動我國氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展具有重要意義。
解決綠氫異地供需矛盾
據(jù)中國石化透露，“西氫東送”管道規(guī)劃西起內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市，東至北京市的燕山石化，全長400多公里，是我國首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長距離的純氫輸送管道。管道一期運力10萬噸/年，預留50萬噸/年的遠期提升潛力，同時將在沿線多地預留端口，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)有化石能源制氫及交通用氫，大力緩解我國綠氫供需錯配問題。
中國石油發(fā)布的信息顯示，在該公司寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道示范項目現(xiàn)場，天然氣管道中的氫氣比例已逐步達到24%，經(jīng)過100天測試運行，管線整體運行安全穩(wěn)定。
據(jù)《中國能源報》記者了解，國內(nèi)現(xiàn)有天然氣管道摻氫項目摻氫比最高僅為10%，24%的摻氫比例對摻氫相關產(chǎn)品標準和全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展意義重大。北京石油化工學院氫能研究中心主任宇波認為，無論是天然氣管道摻氫輸送，還是建設純輸氫管道，都將很好地解決我國綠氫供需異地矛盾問題。
“我國主要的綠氫供給地一般在風光資源比較豐富的中西部地區(qū)，綠氫供給地遠離東部用氫負荷中心，供需異地矛盾問題突出。氫能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展需要經(jīng)濟高效的氫輸運技術，通過長輸管道輸送氫氣具有輸量大、安全、高效的特點。氫氣長距離管道輸送技術的發(fā)展，有助于解決氫能產(chǎn)業(yè)鏈中氫輸運這一‘卡脖子’環(huán)節(jié)，進一步完善國內(nèi)氫能輸運體系。”宇波告訴《中國能源報》記者。
管道輸氫經(jīng)濟優(yōu)勢明顯
數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，我國主干天然氣管道總里程達到11.6萬公里。有專家算過一筆賬，以目前我國天然氣消費量計算，當摻氫比達到20%時，就可運輸1000多萬噸氫氣，約合5600多億千瓦時綠電，運輸成本會大幅下降。
中國氫能聯(lián)盟此前發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》指出，目前可行的輸氫方式主要包括長管拖車、管道、液氫槽車、固態(tài)儲氫車等，其中長管拖車輸送方式較成熟，但載氫量低，每車載氫量在300—400公斤，且經(jīng)濟輸送距離不超過150公里，不適于長距離、大規(guī)模輸送。
“從輸送壓力、載氫量、體積儲氫密度、經(jīng)濟輸送距離、技術成熟度等方面對比常見氫輸送方式，不同方式各有特點和適用場合。管道輸氫具有輸量大、安全、高效特點，當管道被充分利用、輸送距離較長、輸送量較大時，輸氫的單位運輸成本相對較低，經(jīng)濟優(yōu)勢顯著。”宇波指出。
“長管拖車的優(yōu)點是靈活便捷，但單次運氫量僅為300到400公斤，只占長管拖車總重量的1%—2%，運輸距離為100公里時的成本高達每公斤5到6元。以運氫量每天4噸測算，當運輸距離從50公里增加到600公里時，20MPa 長管拖車運輸成本由每公斤2.4元增加至13.3元。”中國石油大學（華東）儲運與建筑工程學院副教授劉翠偉用數(shù)據(jù)向《中國能源報》記者做了對比，“對于管道輸氫，以運力利用率100%測算，當運輸距離由50 公里增加到500 公里，運輸成本僅從每公斤0.8元增至2.3元，顯著低于氣氫長管拖車、液氫槽車等運輸成本，未來氫能全面普及到各領域后，管道輸氫將成為最具潛力的輸氫方式。”
亟待形成標準體系
據(jù)《中國能源報》記者了解，目前純氫管道中的氫氣可以進入化工廠、燃料電池等終端，摻氫管道里的氫氣與天然氣混合物通過管輸可進入氫能社區(qū)、園區(qū)或分離增壓進入化工廠、燃料電池等終端。
“在工業(yè)領域，摻氫天然氣可用于工業(yè)鍋爐、熱處理等過程，替代部分傳統(tǒng)化石燃料，減少污染物排放；在交通領域，摻氫天然氣可提高天然氣內(nèi)燃機的熱效率，降低車輛尾氣中的甲烷排放量；在家庭和商業(yè)領域，摻氫天然氣可用于家庭和商業(yè)用途，如供暖、烹飪、熱水等，實現(xiàn)清潔能源的普及應用。”劉翠偉介紹。
盡管各方面優(yōu)勢明顯，但與國外相比，目前我國在管道輸氫方面仍處于起步階段，距離形成完善的氫氣存儲和輸運網(wǎng)絡渠道還有距離。
“我國在純氫工業(yè)管道、專用管道方面積累了較豐富的建設及運維經(jīng)驗，總里程超過300公里，但在純氫長輸管道建設方面較滯后，在役管道總里程不足100公里，同時天然氣摻氫管道也多處于研究和示范階段。”宇波坦言，“總體來看，我國在氫氣管輸系統(tǒng)設計、運維、試驗方法等方面尚未形成標準體系。”
國家重點研發(fā)計劃“氫能技術”重點專項中低壓管道輸氫項目首席李玉星教授也指出，目前我國在氫能關鍵材料、設備、零部件等方面的研發(fā)還不足。“高壓氫環(huán)境下材料力學性能劣化是制約氫能產(chǎn)業(yè)安全性的關鍵問題，目前氫能關鍵材料的氫損傷機制仍不明確，關鍵設備及零部件的國產(chǎn)化也仍需進一步發(fā)展。另外，目前我國涉及氫氣質(zhì)量、儲運和安全利用等內(nèi)容的技術標準較少，亟需建立一套較健全的國家或行業(yè)標準，規(guī)范氫能產(chǎn)業(yè)安全健康發(fā)展。”
