關注作為氫能“制儲輸用”全鏈條的核心環節,管道輸送是實現氫氣大規模、長距離、高可靠運輸的最優路徑,更是我國新型能源“質能網”建設的重要組成部分,對完善新型能源體系、推動氫能產業規模化落地具有基礎性支撐作用。中國工業報記者近日從國家管網集團獲悉,隨著氫氣管輸工程技術方案與成套標準正式發布,我國氫氣長輸管道實現了從單點技術攻關向體系化應用的關鍵跨越,全國氫能輸送管網建設正加速駛入快車道。
輸運短板制約產業規模化落地
在氫能產業規模化發展的進程中,輸運環節的短板問題長期受到行業關注。中國氫能聯盟專家委員會主任余卓平在接受中國工業報記者采訪時指出:“當前氫能制、儲、用環節已有成熟技術支撐,輸運是制約規模化推廣的核心短板。”余卓平解釋,我國年制氫量約達3000萬噸,制氫技術已長期應用于化工領域,近年來,電解槽制氫技術也實現了快速突破,技術穩定性已得到驗證;儲能環節此前以化工園區內短期存儲為主,技術路徑清晰。但氫能作為能源品類大規模跨區域應用的場景此前并未出現,長距離、大規模輸運的需求是產業發展新階段提出的新命題,因此輸運環節的發展相對滯后。
“氫氣的管道運輸其實可以參考天然氣的發展路徑,二者同屬氣態能源,輸運邏輯高度相近。”余卓平表示,行業此前對氫脆等問題的謹慎態度,也在一定程度上放緩了管道輸氫的探索節奏,“但陳學東院士團隊的研究已經證實,在常規壓力等級下,管道鋼管不存在氫脆風險,隨著行業對氫能特性的認知逐步統一,相關技術探索正在加速。”
國合能源研究院院長王進在接受中國工業報記者采訪時,針對產業核心短板提出了另一種視角:“當前產業最核心的短板是綠氫生產成本過高。”他解釋,我國現有的副產氫、灰氫、藍氫成本相對可控,但綠氫的制取成本仍處于較高區間,若綠氫本身的制取成本居高不下,即便輸運環節成本再低,跨區域輸送的綠氫也難以具備市場競爭力。
在王進看來,管道輸氫領域發展滯后,除了管材氫脆、在役天然氣管道摻氫改造壽命評估等技術層面的顧慮,更核心的制約來自經濟性閉環尚未形成:管道建設需要穩定的氫源供給和持續的終端用氫需求作為支撐,只有“甲地低成本制氫、乙地穩定消納”的供需格局真正形成,管道投資才能獲得合理回報,產業才有持續推進的動力。
技術標準填補行業空白
6月26日,國家管網集團正式發布氫氣管輸工程技術方案與成套標準,為氫氣管輸的接入、儲運、交付建立了完整的技術規范與標準體系,一舉填補了我國長距離、規模化氫氣管輸成套技術與標準空白。
此次發布的成套技術體系緊扣新建氫氣管道、天然氣管道摻氫評估與改造、氫氣接入與交付、運行管理、維修維護、安全管理和完整性管理等工程核心需求,首次構建起氫氣管輸工程技術圖譜,可覆蓋新建氫氣管道、在役天然氣管道改輸/摻氫輸送兩大應用主場景下的6個子場景,同步發布的標準體系及成套企業標準,全面覆蓋氫氣管道材料、設計、施工、安全、運維等全流程關鍵環節,為后續氫氣管輸工程試點示范、規模化推廣提供了權威規范的技術依據和標準支撐。
業內人士表示,這套技術與標準體系的出臺,意味著我國氫氣管輸產業告別了“無標可依”的探索階段,進入標準化、體系化發展的新階段,將為后續全國性管網布局掃清技術規范障礙。
在余卓平看來,這套技術與標準體系的發布,是氫能向常規能源邁進的核心標志。“常規能源的核心特征就是有完善的標準體系支撐,就像現在的天然氣,大家不會擔心使用安全,本質是因為全流程的標準規范已經非常健全。”他表示,此前行業對氫能安全的顧慮,很大程度上源于標準體系的缺失,即便從技術層面可以驗證安全性,也難以打消公眾和市場的顧慮。
“這套標準的出臺,相當于給行業提供了可參考的‘安全說明書’,未來從管道建設到運維,再到終端加氫站等場景,都將逐步實現有規可依,公眾的擔憂會逐漸消解,氫能產業發展的生態也會持續向好。”余卓平進一步透露,管道輸氫的成本優勢已經在部分項目中得到驗證,即將于2029年建成的內蒙古至天津濱海新區輸氫管道,公布的終端氫氣接收價格僅為19-22元/公斤,隨著規模進一步擴大,成本還有下降空間,這將極大提升綠氫的市場競爭力。
王進從產業發展階段的角度解讀了此次標準發布的意義:“國家管網集團發布的這套標準屬于企業級標準,是企業為推進自身項目落地制定的內部規范,在當前國內長輸氫管道尚未大規模建成投運的階段,這樣的企業標準先行模式十分務實。”他解釋,國家層面的行業標準需要基于大量已投運項目的運行數據來制定,才能平衡好安全要求和建設成本的關系,避免標準定得過高推高不必要的建設成本,或是定得過低留下安全隱患。頭部企業率先發布成套技術標準,能夠為后續行業標準、國家標準的制定積累寶貴的工程實踐數據,為全行業探路。
CHINA INDUSTRY NEWS
經濟性優勢逐步凸顯
當前,區域性氫氣長輸管道建設正加速推進。
在西北至華北通道,連接內蒙古烏蘭察布大型綠氫生產基地和北京燕山石化消費中心的“西氫東送”輸氫管道示范工程已開工建設。作為我國首條跨省區、大規模、長距離的純氫輸送管道,該項目不僅是打通可再生能源制氫與東部市場需求的核心大動脈,其建設運營過程中積累的全套技術、建設和運營經驗,更將為后續全國性網絡建設提供重要示范。
在京津冀地區,康保-曹妃甸氫氣長輸管道全長1037.82公里,預計今年底投運,覆蓋張家口、承德、唐山等地,建成后將破解冀北綠氫產地與京津唐綠氫消費市場的地理錯配。
余卓平認為,管道輸氫將成為我國綠氫大規模消納的核心方式。“我國西部風光資源富集,東部產業用氫需求旺盛,長距離管道是打通綠氫供需兩端的最優路徑。”他同時指出,與天然氣依賴氣田資源的分布特征不同,風光資源分布更廣,氫能除了大規模管網輸送的形態外,分布式制氫、分布式應用的場景也會同步發展,未來應用場景會比天然氣更加多元。
在他看來,當前制約管道輸氫大規模普及的核心因素仍在應用端。“現在氫能應用仍以交通領域的燃料電池汽車示范為主,全國近3萬輛燃料電池汽車、500多座加氫站的規模仍然偏小。”他建議,可加大天然氣摻氫等應用場景的推廣力度,通過在天然氣應用場景中逐步提升摻氫比例,既可以快速降低碳排放,也能有效拉動氫氣管輸的規模提升,帶動全產業鏈成本下降。“就像10年前的新能源汽車,在政策拉動下規模快速提升,現在已經實現了和燃油車的市場競爭力,氫能產業也會遵循同樣的發展規律。”
從全球經驗來看,氫氣管網輸送是最經濟、最節能的大規模長距離輸氫方式。數據顯示,全球最早的長距離氫氣輸送管道1938年即在德國魯爾建成,總長208公里,迄今已安全運行80余年,年輸氫量達1106萬立方米。全球現有氫氣輸送管網系統的國家包括美國、德國、英國、加拿大、意大利等,總長約6000公里。其中美國氫氣管網建設規模最大,總里程超過2600公里。
與車船運輸相比,管網輸送氫氣在大規模應用場景下的成本優勢顯著。研究表明,利用已有天然氣管網摻氫輸送(含氫約15%)僅需對原有管網進行適當改造即可實現,是低成本長距離輸送大量氫氣的優選路徑。不過,業內專家也坦言,當前氫氣管輸規模化推廣仍面臨三大技術難點有待突破:首先是管材的氫脆問題,高壓環境下鋼材氫脆機理及焊接工藝優化仍需深入研究;其次是氫的泄漏與全程監測,需要研發更低成本、高靈敏度的氫氣泄漏探測技術;第三是高效氫氣壓縮技術,由于氫分子質量小、能量密度低,現有天然氣壓縮技術無法直接適配,需要開發更可靠、更低成本、更高效率的專用壓縮設備。
談及我國管道輸氫產業的國際競爭力,余卓平表示,全球管道輸氫均未進入大規模應用階段,海外僅在部分技術上有少量先發優勢,而我國的戰略引領優勢和市場規模優勢十分突出,很快會實現行業領跑。“其他國家的體制很難支撐如此大規模的能源體系轉型,我國確定的‘風光氫’新型能源體系戰略方向清晰,執行力度強,這一輪能源結構轉型,將成為我國建設能源強國的重要戰略支撐。”盡管當前純氫管道建設的一次性投資成本高于天然氣管道,但隨著鋼鐵、化工等工業領域深度脫碳需求的釋放,以及氫燃料電池重卡、船舶等交通應用的推廣,市場對低成本、穩定、大規模氫源供應的需求正急劇增長,管道輸氫的經濟性優勢將日益凸顯。
責任編輯: 張磊