管道輸氫作為一種高效、經(jīng)濟的氫能輸送方式，在全球范圍內(nèi)逐漸受到重視。目前，許多國家已經(jīng)開始規(guī)劃和建設(shè)氫能輸送管網(wǎng)，以期實現(xiàn)氫能的長距離和大規(guī)模輸送。

例如，歐洲的一些國家已經(jīng)開始建設(shè)跨國氫能輸送管網(wǎng)，以促進氫能的區(qū)域共享和利用。此外，日本也在積極布局氫能基礎(chǔ)設(shè)施，以支持其氫能社會的愿景。中國當下的管道輸氫目前發(fā)展情況如何？它未來的發(fā)展趨勢又將怎樣？

管道輸氫的定義

管道輸氫指的是通過利用專用管道將氫氣從生產(chǎn)地輸送到消費地點的一種技術(shù)手段。這一技術(shù)的核心在于構(gòu)建從制氫工廠到氫氣站或最終用戶的管道網(wǎng)絡(luò)，其中氫氣以氣態(tài)形式進行輸送。

管道輸氫是一種高效的氫氣運輸方式，它類似于天然氣輸送的方式，將生產(chǎn)的氫氣經(jīng)過壓縮裝置進行壓縮，提高氫氣的密度，減小體積。接下來，壓縮后的氫氣通過管道輸送到目的地，并在目的地進行解壓，供應(yīng)給使用者。

管道輸氫的優(yōu)勢

管道輸氫作為一種高效、經(jīng)濟的氫氣輸送方式，在未來氫能源社會中具有廣闊的應(yīng)用前景。其優(yōu)勢主要有以下幾個方面。

管道輸氫作為一種高效的氫能傳輸方式，具有多方面的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢使得它在氫能的規(guī)模化推廣中扮演著關(guān)鍵的角色。

成本優(yōu)勢

管道輸氫的運輸成本相比其他方式，如液氫運輸和壓縮氫氣運輸，更加低廉。盡管管道的建設(shè)成本相對較高，但一旦建成，其運營成本相對低廉。管道輸氫的經(jīng)濟性體現(xiàn)在較低的運營成本和較高的運輸效率上。與其他運輸方式相比，管道輸氫在運輸成本上更為經(jīng)濟，且不受天氣條件的限制，可以實現(xiàn)全天候運輸。

現(xiàn)階段氫基能源短距離管輸價格與輸送距離的關(guān)系圖

中期氫基能源長距離管輸價格與輸送距離的關(guān)系圖

長期氫基能源長距離管輸價格與輸送距離的關(guān)系圖

流量大

管道輸氫系統(tǒng)能夠處理較大的氫氣流量，這對于氫能的規(guī)模化推廣至關(guān)重要。它能夠滿足大規(guī)模產(chǎn)業(yè)和城市的供氫需求，且不受流量和距離的限制。

安全穩(wěn)定性

管道輸氫采用密封的管道和閥門，有效防止氫氣泄漏，同時實現(xiàn)氫氣的保護和回收，大大減少了安全風險。此外，管道輸氫的自動化程度高，可通過遠程監(jiān)測和控制，減少人為失誤帶來的安全隱患。

適用范圍廣

管道輸氫系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性和可擴展性，適用范圍廣。可以根據(jù)氫氣的供需情況，靈活增減輸送量。

技術(shù)成熟度好

利用管道輸送氫氣已經(jīng)有80余年的歷史，技術(shù)成熟可靠。全球范圍內(nèi)的氫氣輸送管道總里程已經(jīng)超過4600公里，顯示了這種輸氫方式的廣泛接受度和實用性。然而，盡管其優(yōu)勢顯著，管道輸氫仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

管道輸輸氫的類型

根據(jù)輸送距離的不同，管道輸氫可以分為長距離管道和短距離管道。

長距離管道主要用于制氫工廠與氫氣站之間的運輸，具有較高的輸氫壓力和較大的管道直徑。而短距離管道則主要用于氫氣站與各個用戶之間的氫氣配送，具有較低的輸氫壓力和較小的管道直徑。

根據(jù)輸氫的純度不同，管道輸氫還分為天然氣摻氫輸送和純氫輸送兩種方式。

天然氣摻氫輸送是一種將可再生能源制備的“綠氫”與天然氣混合，通過現(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)輸送到用戶終端的技術(shù)。摻氫輸送技術(shù)可行性主要考慮摻氫后的天然氣物理性質(zhì)、材料的耐受程度以及輸送的工藝設(shè)備三個方面。

純氫輸送是一種高效、經(jīng)濟的大規(guī)模長距離氫氣輸送方式。但純氫管道的建設(shè)難度大、成本高。一般氫氣長輸管道的造價約為天然氣管道的2-3倍。

根據(jù)輸氫的形態(tài)分，可以分為氣態(tài)輸送和液態(tài)輸送兩種類型。

管道輸氫的成本測算

不同輸氫方式，對應(yīng)的成本也存在很大的差異。其中距離遠近是很重要的因素。

為測算管道運氫的成本，我們參考濟源-洛陽氫氣管道的基本參數(shù)，做出如下假設(shè)：管道長度25km，總投資額1.46億元，則單位長度投資額584萬元/km；年輸氫能力為10.04萬噸，運輸過程中氫氣損耗率8%；管線配氣站的直接與間接維護費用以投資額的15%計算；氫氣壓縮過程耗電1kwh/kg，電價0.6元/kwh；

管道壽命20年，以直線法進行折舊。根據(jù)以上假設(shè)，可測算出長度25m、年輸送能力10.04萬噸的氫氣管道，運氫價格為0.86元/kg。

數(shù)據(jù)來源：《加氫站氫氣運輸方案比選》、恒盛證券

管道輸氫的流程

管道輸氫作為一種高效的氫氣運輸方式，其流程主要包括以下幾個環(huán)節(jié)：

氫氣的生產(chǎn)

管道輸氫方案的工作原理首先是從生產(chǎn)地通過水電解、天然氣蒸汽重整或生物質(zhì)氣化等方式生產(chǎn)氫氣。

氫氣的凈化與壓縮

生產(chǎn)出的氫氣需要進行凈化處理，去除其中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)，確保輸送過程中的安全性。隨后，對氫氣進行壓縮，提高其密度，以便于后續(xù)的輸送和儲存。

氫氣的管道輸送

壓縮后的氫氣通過管道輸送到目標地點。管道輸氫采用密閉的管道系統(tǒng)，可以減少氫氣泄漏的風險，并降低爆炸、燃燒等安全事故的發(fā)生。此外，管道輸氫的自動化程度較高，可以通過遠程監(jiān)測和控制，減少人為失誤帶來的安全隱患。

氫氣的解壓與使用

在目的地，壓縮后的氫氣被解壓，供應(yīng)給使用者，無論是用于氫能燃料電池車輛還是工業(yè)生產(chǎn)過程中的氫氣需求。

監(jiān)測與維護

為了確保管道輸氫系統(tǒng)的安全可靠運行，建立了監(jiān)測與維護機制，定期對系統(tǒng)進行檢查和維護。

中國氫能管道建設(shè)現(xiàn)狀

當前國內(nèi)管道輸氫主要有以下兩種形式。一種是天然氣管道摻氫運輸。天然氣管道摻氫運輸是指將氫氣以一定體積比例摻入天然氣中形成摻氫天然氣（HCNG），并通過現(xiàn)有天然氣管道進行輸送。

另一種是純氫管道運輸。國內(nèi)已建輸氫管道目前普遍采用低鋼級（20號鋼、L245N）管道，中低壓力（≤4MPa）運行。

近年，國外開始研制大口徑的X60及以上鋼級抗氫管道，目前管材已經(jīng)研制成功，通過了實驗室內(nèi)最大壓力和100%氫氣條件下的測試。美國投運的輸氫管道最高運行壓力已達到10.3MPa，已經(jīng)達到了目前我國天然氣西氣東輸?shù)墓歉晒艿缐毫Φ燃墶?/p>

而我國已建氫氣輸送管道有金陵-揚子氫氣管道、巴陵-長嶺氫氣提純及輸送管線、濟源-洛陽氫氣管道、玉門油田輸氫管道等，管道里程約100公里，管道運行壓力均在4MPa以下，管徑從200mm~500mm不等。

雖然我國在氫氣管道的設(shè)計、施工、運行及維護方面積累了一定經(jīng)驗，但是相較國外先進水平仍有不小的差距。網(wǎng)絡(luò)公開信息顯示，當前我國已有摻氫管道8條，純氫管道超過10條，輸氫管線長度超2000公里。

此外，我國在管輸液氨和甲醇方面也有相應(yīng)的經(jīng)驗。我國液氨管道總里程較短，目前共建有4條液氨管道，總長度不超過200公里，總輸量不足100萬噸/年。1990年，我國第一條長距離液氨管道在秦皇島建成并投產(chǎn)運行，該管道至今仍為國內(nèi)最長液氨管道。

2021年5月10日，中煤鄂能化100萬甲醇技改項目配套管線工程一次安全投產(chǎn)成功，管線工程線路全長約52公里，設(shè)計壓力2.5MPa，管道規(guī)格為D355.6mm，填補了國內(nèi)長距離管道輸送甲醇的空白。

輸氫管道的材料

輸送氫氣的管道需要使用特殊材質(zhì)，以確保氫氣的安全運輸。鋼是最常用的材料，但需注意選擇合適的類型以避免氫脆和腐蝕。

特殊材質(zhì)的需求

氫氣的特性，如重量輕、難捉摸、擴散速度快，以及需要低溫液化等特點，使得氫氣在存儲和運輸過程中需要使用特殊的材料。氫氣會與某些金屬發(fā)生化學反應(yīng)，導致“氫脆”現(xiàn)象，因此在氫氣管道的設(shè)計和材料選擇上有著更高的要求。

鋼材的廣泛應(yīng)用

盡管面臨這些挑戰(zhàn)，鋼因其強度高、耐用性和成本效益而成為氫氣管道最常用的材料。特別是碳鋼，雖然廣泛用于天然氣管道，但由于其易發(fā)生氫脆和腐蝕，通常不推薦用于氫氣管道。

其他特殊材料的考慮

除了鋼，還有一些其他特殊材料被用于氫氣管道。例如，蒙耐爾合金，它具有良好的耐還原性介質(zhì)的腐蝕能力，適用于多種腐蝕環(huán)境，特別在氫氟酸和堿溶液中表現(xiàn)出色。

管道輸氫國際概況

全球范圍內(nèi)，通過管道進行氫氣輸送的歷史已超過80年的時間。最早追溯到1938年，德國率先構(gòu)建了世界上首條氫氣長距離輸送管道，其長度達到215公里，輸氫管直徑在0.15～0.30m之間，額定的輸氫壓力約為 2.5MPa，連接18個生產(chǎn)廠和用戶，從未發(fā)生任何事故。

2023年，德國政府通過新版《國家氫能戰(zhàn)略》，其中提到，計劃到2032年，長度超過11000公里的氫能核心網(wǎng)絡(luò)應(yīng)將所有主要氫能供應(yīng)商與所有主要消費者連接起來。

歐洲大約有 1500公里輸氫管。世界最長的輸氫管道建在法國和比利時之間，長約400公里。主要服務(wù)于化工廠之間的氫資源優(yōu)化配置與利用。

隨著氫氣應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展與需求量的日益增長，全球范圍內(nèi)氫氣輸送管道的建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴大，現(xiàn)已累計超過4600公里的總里程。

從天然氣摻氫角度看，國際上依然是我國最高。

國內(nèi)管輸氫能政策與規(guī)劃

要實現(xiàn)輸氫管道的穩(wěn)定可靠輸送，當前技術(shù)上還面臨著諸多挑戰(zhàn)，因此更需要完善的標準體系建設(shè)才能實現(xiàn)發(fā)展目標。

2024年2月18日，國內(nèi)首個氫氣儲輸管道用鋼管國家標準通過立項批復；而《2024年能源行業(yè)標準計劃立項指南》、《關(guān)于征集2024年第一批氫能行業(yè)團體標準的通知》等文件也多次涉及包含管道輸氫在內(nèi)的氫能儲運標準的完善。這些標準的出臺，讓管道輸氫逐步走出原有無規(guī)則可依的“尷尬期”。

今年3月份，由中機國際華東區(qū)域中心參與編制的《氫氣輸送工業(yè)管道技術(shù)規(guī)程》（T/CAS 851—2024）獲得中國標準化協(xié)會批準發(fā)布。

該標準規(guī)定了氫氣輸送工業(yè)管道的材料選擇、設(shè)計和計算、施工和驗收、運行與維護等多方面。該標準的發(fā)布填補了我國氫能源工業(yè)管道輸送環(huán)節(jié)的標準空白。

今年4月份，中國標準化協(xié)會城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施分會組織編制，中國石油天然氣管道工程有限公司牽頭編制的《氫氣輸送管道完整性管理規(guī)范》已獲得中國標準化協(xié)會的批準發(fā)布。

該標準適用于陸上氣態(tài)純氫長輸鋼質(zhì)管道在設(shè)計、施工、投產(chǎn)、運行、維護和廢棄的全生命周期內(nèi)的完整性管理要求。填補了氫氣管道完整性管理的空白，推進了氫氣管道輸送技術(shù)的發(fā)展。

8月22日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部連發(fā)兩份通知，就國家標準《氫能輸配設(shè)備通用技術(shù)要求（征求意見稿）》（簡稱《技術(shù)要求》）以及《燃氣摻氫混氣裝置（征求意見稿）》（簡稱《混氣裝置》），向社會公開征求意見。

值得一提的是，兩份文件均對管道輸氫提出了幾項關(guān)鍵技術(shù)指標——

氫能輸配設(shè)備適用于純氫介質(zhì)和摻氫比例不超過20%，壓力不超過20.0MPa的天然氣摻氫燃氣。

天然氣管道內(nèi)流速不宜超過20m/s；氫氣管道內(nèi)流速不宜超過15m/s；摻氫天然氣管道內(nèi)流速不應(yīng)超過20m/s。

摻氫比例超過20%（體積分數(shù)）的天然氣摻氫燃氣設(shè)備除符合本標準要求外，還應(yīng)做適用性論證。

由此可見，國內(nèi)關(guān)于氫能管輸?shù)男袠I(yè)標準和國家標準正在完善中，后續(xù)將知道管輸氫氣的工程建設(shè)全面展開。

為實現(xiàn)“碳中和”發(fā)展目標，未來全國綠氫年需求將達到1.2億噸，相應(yīng)需配套約26億千瓦風光資源與12億千瓦制氫設(shè)備。為實現(xiàn)氫能長距離經(jīng)濟輸運，構(gòu)建以“西氫東輸”為主的全國高標準骨干氫網(wǎng)，總投資超過10萬億元人民幣，管道總長度約9.3萬公里，承載約7900萬噸/年的輸氫能力。

由于我國西北部風光發(fā)電資源豐富，因此在內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、寧夏、青海等地有大規(guī)模綠氫資源潛力。為了將這些資源轉(zhuǎn)移到我國經(jīng)濟發(fā)達的東南部地區(qū)，國家也開始布局“西氫東輸”計劃。

氫能匯（微信公眾號：h2-2005）了解到，西氫東輸首個項目起于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市，終點位于北京市的燕山石化，管道規(guī)劃經(jīng)過內(nèi)蒙古、河北、北京等3省區(qū)市、9個縣區(qū)，全長400多公里——這是我國首條跨省區(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)有的化石能源制氫及交通用氫，助力京津冀氫能走廊的高效構(gòu)建；大力緩解我國綠氫供需錯配的問題。

西氫東輸還將開設(shè)新疆/青海→陜西/甘肅/寧夏/湖北/川渝→山東/河南/江浙滬皖/閩贛湘以及西藏→云南/貴州→廣東/廣西的新線路。

這些管網(wǎng)投產(chǎn)后，將對我國綠氫的推廣和使用起到重要作用。

管道輸氫主要參與企業(yè)

國內(nèi)參與管道輸氫的企業(yè)有很多，主要以中國石油、中國石化、國家管網(wǎng)公司為主力。

1、中國石油

宣布用現(xiàn)有天然氣管道長距離輸送氫氣的技術(shù)獲得突破；聯(lián)合14家單位申報氫能輸送項目，并計劃建設(shè)純氫管道實驗平臺。

2、中國石化

中國石化參與了“西氫東送”輸氫管道示范工程。

3、國家電力投資集團

開展了天然氣摻氫入戶應(yīng)用示范。

4、國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司

成功實施了國內(nèi)首次全尺寸摻氫天然氣管道封閉空間泄漏燃爆試驗。

5、內(nèi)蒙古西部天然氣公司

投資建設(shè)了國內(nèi)首條摻氫長距離高壓輸氣管道工程。

6、寶鋼股份

成功實現(xiàn)了高鋼級輸氫管線鋼的批量生產(chǎn)。

7、河鋼集團唐鋼公司

定制生產(chǎn)了首批1930mm超寬斷面臨氫管線鋼L245M。

8、寶雞鋼管公司

完成了國內(nèi)首次全尺寸螺旋焊管長周期高壓高比例摻氫試驗。

9、渤海裝備巨龍鋼管公司

完成了輸氫鋼管二次單爐試制成功。

素材來源：央視網(wǎng)、五礦證券研究所、氫能技術(shù)前沿等