输氢管道建设全球提速

时间: 2024-10-29 15:48 来源: 氢连作者: 网络转载

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管道输氢是目前效率最高、经济性最好的大规模输氢方式。

2024年10月22日，德国联邦网络局(Bundesnetzagentur)发布声明称，已批准了输电系统运营商关于9040公里的核心氢能网络规划。它将形成一个核心网络，连接寻求脱碳的工业中心（如钢铁生产商）。

核心氢网络的建设被视为推动德国绿色氢产业发展的重要基础，其建设成本将达到189亿欧元（204亿美元，1454.52亿元RMB，1美元=7.13元RMB）。该网络将在未来几年内建成，并在2032年全面投入运营，第一批氢气将于2025年流入。这些网络中约60%将由现有的天然气管道改造而成，40%将是新建的。

而在国内，2024年4月1日，中石化新星（内蒙古）西氢东送新能源有限公司发布了内蒙古乌兰察布至京津冀地区氢气输送管道示范工程环境影响评价工程相关招标公告。招标信息指出，该输氢管道示范工程途经内蒙古自治区、山西省、河北省、北京市和天津市等5个省级行政区，管道全长约1145km，管径为DN457、DN610，管道近期设计输量为10 万吨/年（合126840m3/h），远期规划输量为 50 万吨/年（合 634200m3/h）。

2023年4月10日，中国石化宣布，“西氢东送”输氢管道示范工程已被纳入《石油天然气“全国一张网”建设实施方案》。该管道规划起点位于内蒙古自治区乌兰察布市，终点位于北京市燕山石化，是我国首条跨省区、大规模、长距离的纯氢输送管道。

国内外氢气输送管道项目相继推进，且单一工程建设里程均开创先河。这些工程的建设为推动氢能规模化、长距离应用奠定了基础，对氢能产业的发展具有重大且多方面的影响。

一全球输氢管道发展现状

1、海外输氢管道发展现状

管道输氢发展至今已有80多年历史，938年德国莱茵工业区建成了第一条输氢管道。目前全球范围内氢气输送管道总里程超过5000km。欧美国家开展管道输氢相关研究较早，已建输氢管道数量较多。美国是全球输送氢气管道最多的国家，其管道总里程达到2720km。欧洲也在积极发展氢气管道，其总长度已经达到1770km。日本、韩国、澳大利亚等地区氢气纯氢管道总长度大约为190km。

目前全球的纯氢管道基本由法国Air Liquide，美国Air Products，美国Praxair和德国Linde公司建设。

2022年5月，欧洲氢气主干（European hydrogen backbone， EHB）提出，2030年前，将在欧洲建立5个氢气供应长廊到2040年，将建立一个长达53000km的纯氢管网，氢气管网共连接28个欧洲国家，其中约60%的管道由现役天然气管道改造而成，其余为新建管道。氢气管网总投资80～1430亿欧元，当输氢距离超过1000km时，氢气的平均运输成本为0.11～0.21欧元/kg。

2022年12月，西班牙、法国、葡萄牙三国联合发起了H2Med项目计划，旨在2025年开始，在葡萄牙至西班牙修建一条248km的陆上氢气管道，在西班牙至法国修建一条455km的海底氢气管道。

韩国天然气公司计划在2030年投资40亿美元建设氢能基础设施，包括全长700km的管道。美国、日本、英国等发达国家高度重视氢储运技术发展。美国、英国、德国、挪威、加拿大等发达国家都规划建设了氢能高速公路。

国外输氢管道建设规模和速度在不断提升，为全球氢能产业的发展提供了基础设施支持和示范。

2、国内输氢管道发展现状

国内氢管道建设起步较晚，规模较小。到2013年国内仅建成输氢管道280km。2014年和2015年国内分别建成中国石化巴陵石化的巴陵—长岭输氢管道和中国石化洛阳分公司的济源—洛阳输氢管道。国内现有氢气输送管道总里程约为400km，主要分布在环渤海湾、长江三角洲等地区。

随着国内绿氢市场崛起，输氢管道的建设进程也逐渐加快。

2016年，中国标准化研究院和全国氢能标准技术委员会联合发布《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书2016》，明确提出氢能产业基础设施发展路线图，预计到2030年，我国将建成3000km以上的氢气长输管道；远期，氢能将成为我国能源消费结构的重要组成部分，氢能产业将从区块发展拓展至各主要市场，氢能输送管网和加氢站在内的全国性基础设施网络将基本形成。

2023年3月，国内首条掺氢高压输气管道工程（内蒙古包头－临河）正式动工。

2023年6月25日，国家管网集团完成了6.3MPa管道充氢测试和9.45MPa管道爆破测试，本次试验是国内首次对输氢非金属管道进行的高压在线测试，也是国内首次对非金属管道进行高压纯氢爆破试验。这为我国今后实现大规模、低成本的远距离纯氢运输提供了技术支撑。

2023年12月，10万吨/年河北定州－高碑店氢气长输管道项目和康保－曹妃甸氢气长输管道项目备案获批。

2024年4月23日，国家管网集团计划投资建设的国内首条产销一体区域商用纯氢输送管道，即“中能建鹿泉制氢基地-中电科普兴电子输氢管道工程”，取得区行政审批局项目备案书。管道起于石家庄市鹿泉区石井乡鹿泉制氢基地，止于石家庄市鹿泉区经开区中国电科十三所信息产业园（一期）和普兴电子二厂（二期），干线与支线总长49.5公里。其中干线长45公里，输量4000吨/年；支线长4.5公里，输量800吨/年。

2024年7月5日，中石化启动了管道工程河北省部分用地预审与选址工作招标，根据披露的信息，京蒙输氢管道河北省部分管道全长约848km，途经张家口市、保定市、廊坊市、石家庄市共4个市23个区县，设置6座站场，37座阀室。此次用地预审与选址工作工作直至取得河北省自然资源主管部门用地预审与选址意见书。

2023年到2024年，国内多家央企、国企、地方企业开始推动长距离输氢管道的建设，以降低氢气的储运成本。

二输氢管道的经济性

输氢管道投资涉及金额大、技术难度高、工艺结构复杂，其经济性很大程度上取决于管道经营的外部环境和内部条件，受技术和经济投资两大部分影响。

研究数据显示，在给定运输规模和不同的运输距离下，氢气管道运输成本较长管拖车和液氢槽车具有价格优势，价格范围在2.76~10.12CNY/kg。

国内长管拖车储氢罐压力均为20MPa，以285kg运送氢气重量为例，长管拖车进行运输的成本约为10元/100km。

采用液氢槽车储运在长距离大规模运输方式中有一定的竞争力，现有技术条件下，液化过程成本站整个液氢储运环节的90%以上，因此尽管长距离运输会带来成本的提高，但提高的幅度。并不大。液氢槽车的氢气液化成本约为34.29元/kg，运输成本约为1.4元/kg。

对于长管拖车而言，当运输距离小于350km时，长管拖车的平准化成本低于液态槽车；当运输距离大于350km时，长管拖车的平准化成本高于液氢槽车。

对于输氢管道，当运输距离在在150~550km时，氢气管道投资建设费用范围为9.6~35.43亿元。在该距离下，当运输氢气规模在1.8~15.9万吨/年时，氢气的平均化成本最高不超过10.12元/kg。

尽管管道输氢可以大幅降低氢气的运输成本，但是这是在高负荷运营状态下得到的结果。目前国内下游氢气运输量小，一旦市场需求下降到原设计运输能力的20%以下，管道运输的成本将高于长管拖车和液氢槽车。

因此，随着技术的进步和下游氢能需求的增长，管输将成为经济高效的输氢方式。

三管道输氢商业化存在的挑战

纯氢管道输氢进行大规模商业化应用，主要面临标准体系的制定、关键技术突破（抗氢脆材料、管道设计制造）与相关装备国产化（压缩机、流量计等）3方面的挑战。

挑战一：缺乏相关标准

目前，管道输氢技术发展处于初级阶段，尚未形成完善的氢气管道输送体系，尚未制定完整的指导氢能大规模利用的标准。

从国际来看，美国工程师协会编制的ASME B31.12《氢气管道和管线》和欧洲压缩气体协会编制的CGA G-5.6—2005（R2013）《氢气管道系统》是国际上广泛采用的标准，可为我国当前输氢管道建设和钢管生产提供参考。

在国内，已发布的国家标准GB50177—2005《氢气站设计规范》、 GB4962—2008《氢气使用安全技术规程》仅适用于供氢站、车间内氢气短距离配送管道。针对氢气管道的技术标准，在2024年刚刚发布。

2024年4月，由中国机械工业集团有限公司下属企业中机国际工程设计研究院有限责任公司参与编制的《氢气输送工业管道技术规程》（T/CAS 851-2024）获得中国标准化协会批准发布，该标准的发布填补了我国在氢能源工业管道输送环节的标准空白，规定了氢气输送工业管道的材料选择、设计和计算、施工和验收、运行与维护。

挑战二：关键技术技术经验尚需积累

纯氢管道输氢进行大规模商业化应用，在抗氢脆材料、管道设计、管道完整性管理等方面仍需努力突破。

典型钢材在高压临氢环境下会出现氢脆（也称氢致失效），而氢脆会使钢材性能出现严重劣化，使钢材出现氢致开裂、氢鼓泡以及力学性能下降等问题，对输氢管道的安全产生重大威胁。目前，氢脆机理尚未形成统一的结论，还需开展典型钢材发生氢致失效的过程与基本机理研究，进一步明确氢气对钢材的影响。

输氢管道在运行过程中可能会受到氢脆、化学腐蚀、人为破坏及地质灾害等不利因素的影响，导致管道结构失效，产生氢气泄漏的问题。为降低输氢管道在运行过程中产生泄漏的风险，需要从氢气泄漏的影响和氢气泄漏监测传感器两方面入手开展相关研究，提高输氢管道运行可靠性。

因管道系统完整性管理存在问题而引发的事故占所有事故的50%左右。输氢管道更易发生氢致失效与泄漏，泄漏后的氢气具有燃烧速度快、燃烧释放能量高等特点，发生事故后造成的危害极大。因此，对输氢管道进行完整性管理是建设输氢管网的重要环节之一。