12月23日,內蒙古科學技術研究院與中國石油天然氣管道工程有限公司、中太(蘇州)氫能源科技有限公司簽署戰略合作協議。
據了解,三方將合作共建烏海至呼和浩特輸氫管道暨“內蒙古氫能走廊”項目,該項目擬建設我國壓力最高、長度最長的氫氣干線管道。項目以烏海藍氫基地為起點,途經黃河幾字彎大型清潔能源基地,建成后將是聯通蒙東、蒙西的重要氫能儲運基礎設施、建設內蒙古氫能經濟走廊的核心儲運設施,能夠有效支撐“氫——電”耦合發展,降低風電、光伏項目的投資強度,有效促進可再生能源開發。
下一步,三方將開展全方位、多層次戰略合作,推動相關項目盡快在內蒙古落地實施。三方將以簽署戰略合作協議為契機,進一步加強交流合作,充分發揮各自優勢,整合各類資源,全面深化院企合作的廣度、深度和高度,共同推動自治區氫能產業高質量發展,為自治區走好以生態優先、綠色發展為導向的高質量發展新路子貢獻力量。
管道概念示意圖,圖源易車
2022我國輸氫管道建設動態
隨著氫能的發展與相關技術的成熟和完善,大規模集中制氫和氫長距離運輸是未來趨勢,管道運輸這種經濟的方式具有廣闊的未來,是解決儲運問題的重要突破方向。建立純氫高壓輸運管網是建設氫能社會的終極目標。
受氣體性質差異、摻氫比、管道材質和外部環境等影響,氫氣進入管道后容易產生氫脆、滲透和泄漏等風險。研究表明,氫氣壓力、純凈度、環境溫度、管道強度水平、變形速率、微觀組織等因素均會影響管道的損傷程度。管道鋼級越高越容易受氫氣影響,低強度鋼更適合加氫天然氣的輸送。當氫氣濃度低于 50% 時,管道不易發生嚴重斷裂;當管輸壓力低于 2MPa 時,管道不易在缺陷處發生氫致裂紋擴展。
由于以上問題的客觀存在,氫氣輸送管道的建設需要一套更為嚴格的標準來進行規范。此前,我國管道輸氫相關標準有了一定的突破:
2021年7月,由西南市政總院負責主編的《城鎮民用氫氣輸配系統工程技術規程》編制工作正式啟動。
2021年7月,中國標準化協會批復了《氫氣輸送工業管道技術規程》的編制工作,由北京市公用工程設計監理有限公司主編;
2021年8月,中國標準化協會發布了《關于公開征求中國標準化協會標準〈天然氣摻氫混氣站技術規程〉意見的通知》;
甘肅省首條中長距離輸氫管道,圖源中國石油報
今年3月,氫能頂層設計落地,國家發改委、國家能源局聯合印發《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》,文件提出要開展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點示范。
政策支持,氫能迎來發展“風口”。今年以來,我國關于輸氫管道建設動作不斷,國內輸氫管道建設加速。具體如下所示。
2022我國輸氫管道建設動態,全球請能整理
我國管道輸氫前景如何?
我國在管道輸氫領域的探索由來已久。因為氫氣具有低密度、易燃易爆等特點,氫能的安全高效輸送和儲存難度較大,也導致了氫氣儲運環節的成本較高。機構普遍預期,僅氫氣儲運環節就有潛力構成一個千億規模市場,在未來終端氫氣售價中的30%將用于儲運成本。
當前,我國氫氣管道主要分布在環渤海灣、長江三角洲等區域;我國純氫管道建設處于起步階段,規模較小,總里程約400公里,已建項目以化工園區內應用為主。同時,我國輸氫管道主要以天然氣摻氫管道項目為主,且正往純氫管道項目發展。據全球氫能不完全統計,我國輸氫管道如下所示。
我國輸氫管道,全球氫能整理
資料顯示,我國輸氫管道建設起步較晚,但在氫氣工業管道、專用管道方面積累了較為豐富的管道設計、施工、運行和維護經驗。
當前,我國氫能產業處于起步階段,全產業鏈關鍵核心技術自主可控是我國氫能產業高質量發展的關鍵。儲運環節是制約當前我國氫能發展的瓶頸之一,安全高效的輸氫技術是氫能大規模商業化發展的前提。在所有的氫能輸運方案中,管道運輸是最經濟方式,利用現有天然氣管線摻氫和新建純氫管道輸氫對于氫儲運的發展具有重要意義。
在大規模輸送下,管道輸氫具備明顯成本優勢。
公開資料顯示,使用20MPa長管拖車運輸氫氣,當運輸距離為50km時,氫氣的運輸成本約4.9元/kg;隨著運輸距離的增加,長管拖車運輸成本逐漸上升,當距離500km時,運輸成本約22元/kg。相比之下,管道輸送大規模、長距離氫氣更具優勢。根據相關人員測算,當輸送距離為100km時,運氫成本為1.43元/kg,遠低于高壓長管拖車及低溫液態輸氫。
因此,同等運輸距離下管道輸氫成本遠低于高壓長管拖車及低溫液態輸氫。
不過,中國工程院院士鄭津洋表示,氫能管道運輸未來主要存在三個方面的難關:
一是關鍵技術,包括低成本、高強度的抗氫脆材料、高性能的氫能管道的設計制造技術;
二是相關裝備國產化,像大流量的壓縮機,氫氣計量的設備閥門、儀表等;
三是國家標準,氫能管道的設計、建造、運行、維護等各個方面的標準。
此外,有業內人士分析,管道氫成本很大程度上還受到利用率的影響。根據國內“濟源-洛陽”項目各項指標測算(該項目實際管道長度25公里,總投資額1.46億元,年輸送能力10.04萬噸),在滿負荷運行下,該項目輸送距離為100公里時,綜合考慮管材折舊及維護費用的運氫成本為1.43元/kg,但當運能利用率僅為20%時,管道運氫的成本已經接近長管拖車運氫的6.5元/kg。因此,當氫氣下游需求足夠支撐大規模的氫能輸送,通過管道運輸氫氣才是一種降低成本的可靠方法。
根據GGII,有數據顯示,到2030年,氫能產業將成為我國新的經濟增長點和新能源戰略的重要組成部分,高壓氫氣長輸管道建設里程達到3000km。
全球氫能認為,氫能在我國能源綠色低碳轉型中的戰略定位已經確立,隨著國家氫能政策的逐步實施,氫能應用場景的不斷增加,利用管道進行大規模、長距離氫氣輸送將成為氫氣儲運的首選,雖然前方挑戰巨大,但行業市場依然前景廣闊。