管道運輸是氫氣大規(guī)模、長距離運輸?shù)囊环N必不可少的方式。相比于長管拖車150km的經(jīng)濟半徑，管道輸氫可以輕松實現(xiàn)200km以上的氫氣運輸，液氫運輸?shù)妮敋淞恳策h小于管道輸氫。一般情況下，純氫管道可以實現(xiàn)100噸／天的輸氫量，可以高效迅速滿足下游氫端產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。

1輸氫管道的特殊性“氫脆”現(xiàn)象

氫氣是一種極小的氣體分子，無色無味，與天然氣相比密度小，擴散系數(shù)大。一般氣體運輸管道長期接觸氫氣，氫氣便擴散到金屬內(nèi)部，尤其是進入金屬材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的氫將難以再擴散出來。管道材料由于“吸氫”或“氫滲”會造成金屬材料塑性和強度降低進而導(dǎo)致材料開裂，機械性能嚴重退化發(fā)生脆斷的現(xiàn)象，即“氫脆”現(xiàn)象。

資料來源：公開資料

若管道破裂，氫氣泄漏后很難發(fā)現(xiàn)，在受限或半受限空間內(nèi)易發(fā)生積聚，延遲點燃后產(chǎn)生氫氣云爆炸，引發(fā)爆燃爆轟。

安全是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中最重要的環(huán)節(jié)。所以，氫氣管道用材在合金元素、鋼級、管型、操作壓力等方面需要比一般的管道多花費些心思。

2輸氫管道：鋼制輸氫壓力管道和復(fù)合材料輸氫壓力管道

管道輸氫的初始投資大，建設(shè)成本高，其成本主要在于特殊的管道材質(zhì)及工程開支。

天然氣管道常用管型有直縫埋弧焊管、螺旋縫埋弧焊管、高頻電阻焊管及無縫鋼管，碳、錳、硫、磷、鉻等元素在合金中會增強“氫脆”現(xiàn)象的發(fā)生，所以運輸氫氣不能直接采用天然氣長輸管道標準規(guī)范進行設(shè)計和建設(shè)。同時，氫氣壓力越高、材料的強度越高，氫脆和氫致開裂現(xiàn)象就越明顯，所以氫氣管道優(yōu)先選擇“低鋼級”鋼管。

氫氣管道設(shè)計標準ASME B31．12－2014，在API SPEC 5L中限定了幾種可用于氫氣管道的鋼材類型，且推薦采用X42，X52鋼管，禁止使用爐焊管。

該標準中規(guī)定可用于氫氣管道的管線鋼材料類型及其最大許用壓力等參數(shù)如下表所示。

表1 氫氣管道可用材料

資料來源：公開資料

氫氣管道的設(shè)計壓力和直徑均小于天然氣管道。

表2 氫氣管道與天然氣管道建設(shè)現(xiàn)狀對比

資料來源：公開資料

純氫管道的初始建設(shè)開支大，且需要時間成本。長距離運輸?shù)臍錃夤艿赖脑靸r約為63萬美元／km，而天然氣管道的造價約為25萬美元／km，所以氫氣管道的造價約為天然氣管道的2．5倍。

我國棄光、棄風(fēng)、棄水、現(xiàn)象嚴重，導(dǎo)致可再生能源的利用率低下。通過大規(guī)模的可再生能源制氫，并將氫以一定比例摻入天然氣，再利用現(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)輸送，可以有效解決大規(guī)�？稍偕�能源的消納問題。

短期內(nèi)天然氣管道摻氫可以有效降低碳排放，減少化石能源的消耗，同時也是純氫管道未打破技術(shù)壁壘前的經(jīng)濟實惠之舉。不過，在應(yīng)用現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)設(shè)施輸送氫氣及天然氣管道轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃夤艿罆r需要重點考慮氫脆、低溫性能轉(zhuǎn)變、超低溫性能轉(zhuǎn)變等問題。

3管道輸氫關(guān)鍵技術(shù)

最新研究發(fā)現(xiàn)，天然氣管網(wǎng)摻氫對常用的材料X70、X80、X52的抗拉強度影響是不大的，但是會導(dǎo)致材料的韌性斷裂性能和疲勞性能下降。

不同摻氫比例對現(xiàn)有管道的影響，最經(jīng)濟的摻氫比例，氫脆對管道使用壽命的影響和輸氫管網(wǎng)與分布式能源管理模式等關(guān)鍵技術(shù)問題尚須探索。

資料來源：香橙會研究院

另外，我們國內(nèi)到目前為止還沒有完整的氫能管道輸送的標準，只是在一些相關(guān)的標準里給出要求。

資料來源：香橙會研究院

為降低氫氣管道的材料成本，國內(nèi)正在加速研究天然氣管道摻氫、純氫輸送等相關(guān)技術(shù)。2021年年底，內(nèi)蒙古自治區(qū)重大科技專項“中低壓純氫與摻氫燃氣管道輸送及其應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”項目落戶通遼，該項目由通遼市隆圣峰天然氣有限公司牽頭，聯(lián)合清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、中國石油管道工程有限公司、中國石油規(guī)劃總院等9家高校及企業(yè)，開展純氫／摻氫天然氣管道及輸送的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。

4全國氫氣及摻氫管道分布情況

我國天然氣摻氫尚處在示范研究階段。

我國首次主干線（陜煤線）的摻氫線路全長97km，摻氫比例5％，一期計劃輸量4．2萬噸／年，二期規(guī)劃11．7萬噸／年。另外，國家電投在遼寧朝陽的天燃氣管道摻氫示范項目已安全運行一年有余，此項目是利用燕山湖發(fā)電公司的10Nm3／h堿液電解制氫，但氫氣是經(jīng)壓縮瓶儲后通過集裝箱式貨車運至摻氫地點，摻氫比例10％。

據(jù)香橙會研究院調(diào)查，目前的天然氣摻氫比例在2％～20％，其中20％是實驗室的理論值，實際工程中摻氫比例通常低于5％。

據(jù)香橙會研究院統(tǒng)計，當前全國氫氣及摻氫管道分布情況如下圖所示。

資料來源：香橙會研究院

現(xiàn)階段我國的輸氫管道主要由中國石油、中國石化、國家電投及他們的子公司承建，都是一些大型國企負責(zé)，市場集中度很高�？傮w來看，我國氫氣運輸管道主要分布在北部，天然氣摻氫管道也主要分布在北部地區(qū)。這與我國北方的煤炭工業(yè)緊密相連，因為當前主要的氫氣來源于工業(yè)副產(chǎn)氫。我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展較發(fā)達地區(qū)位于東部沿海，氫氣需求量大的地區(qū)和氫氣資源豐富地區(qū)錯位。所以，建立多點供應(yīng)的氫能管網(wǎng)是解決我國當前氫能行業(yè)“痛點”的一大方案。

2021年7月20號，國家管網(wǎng)集團建設(shè)項目管理分公司在廊坊組織召開了“氫能輸送發(fā)展創(chuàng)新聯(lián)合體研討會”，發(fā)起創(chuàng)立了“氫能輸送發(fā)展創(chuàng)新聯(lián)合體”。國家管網(wǎng)集團建設(shè)項目管理分公司是國家管網(wǎng)集團成立的第一個專門負責(zé)工程建設(shè)的專業(yè)化公司，該公司將根據(jù)國家管網(wǎng)集團的安排負責(zé)建設(shè)純氫管道及摻氫管道。

美歐是世界上最早發(fā)展氫氣管網(wǎng)的地區(qū)。全球范圍內(nèi)純氫的輸氫管道為5000km左右，其中美國有2700km，歐洲有1600km，中國僅有約400公里（包括規(guī)劃和在建），年輸氫量遠遠小于歐美。此外，加拿大氫氣輸送管道長度約150km，日本、韓國、越南、澳大利亞、荷蘭、巴西、泰國、印度尼西亞、南非等其他地區(qū)的氫氣管道總長度大約為190km。管道輸氫技術(shù)走在最前端的是美國，其輸氫管道最高運行壓力范圍有5．5～10．3兆帕，在墨西哥灣沿岸有1000km左右的管線。

5展望

在今年的歐洲氫能大會上，世界各國業(yè)內(nèi)人士均認為中國是綠氫的重要市場和供應(yīng)地區(qū)。未來幾十年內(nèi)全世界對輸氫管道的需求量會出現(xiàn)大幅增長。今年2月份國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布了《關(guān)于完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型體制機制和政策措施的意見》，我國政府正積極規(guī)劃、出臺財政補貼政策加快布局輸氫／摻氫管道的研究及建設(shè)。

據(jù)《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍皮書》，2030年我國氫氣管道將達到3000公里。隨著未來管道輸氫的關(guān)鍵技術(shù)問題逐漸攻破，氫氣運輸網(wǎng)管逐漸完善，屆時氫氣輸送成本將低于其它化石能源，氫能產(chǎn)業(yè)將迎來它的黃金時代。

       原文標題 : 我國管道輸氫分布地圖