氫是一種非常清潔的能源,無色無味無毒,電化學(xué)反應(yīng)后只產(chǎn)生水,完全零排放并且可以循環(huán)使用。作為二次能源來源多樣、終端零排、用途廣泛,被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗壳埃瑲淠苷蔀槿蚰茉醇夹g(shù)革命的重要方向和構(gòu)成未來能源戰(zhàn)略的組成部分,對保障國家能源安全應(yīng)對全球氣候變化具有重大意義。“西氫東送”輸氫管道示范工程已被納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》,標(biāo)志著我國氫氣長距離輸送管道進(jìn)入新發(fā)展階段。那么,什么是“西氫東送”?為什么要“西氫東送”?
什么是“西氫東送”?
首個“西氫東送”輸氫管道示范工程
起于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市,終點(diǎn)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(yùn)力10萬噸/年,預(yù)留50萬噸/年的遠(yuǎn)期提升潛力。同時,將在沿線多地預(yù)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,對今后我國跨區(qū)域氫氣輸送管網(wǎng)建設(shè)具有戰(zhàn)略性的示范引領(lǐng)作用,助力我國能源轉(zhuǎn)型升級。
事實(shí)上,全球利用管道輸送氫氣至今已有80余年歷史,早在1938年,德國就建成了世界上第一條氫氣長輸管道,全長215公里,主要用于化工廠氫資源匹配利用。隨著氫氣利用量增大和應(yīng)用場景多樣化,目前全球范圍內(nèi)氫氣輸送管道規(guī)模越來越大,總里程已超過4600公里。
為什么要“西氫東送”?
專家解讀:為什么要“西氫東送”
我國內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、寧夏、青海等地風(fēng)光綠電資源富足,這意味著我國西部地區(qū)具有大規(guī)模綠氫資源潛力。另外,我國東部地區(qū)和南部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),氫能無論是工業(yè)應(yīng)用還是民用,都具有巨大市場潛力。
“西氫東送”都是能源與市場匹配的最佳路徑,可以有效解決能源分布與市場分布之間的錯配,助力我國能源產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。
根據(jù)氫能的形成過程,一般將氫能分為灰氫、藍(lán)氫與綠氫。
灰氫主要是通過煤炭、天然氣等化石燃料轉(zhuǎn)化反應(yīng)制備的氫氣,在生產(chǎn)過程中會有二氧化碳等排放。目前,市面上絕大多數(shù)氫氣是灰氫,約占當(dāng)今全球氫氣產(chǎn)量的95%。
藍(lán)氫,是指采用了碳捕集措施的化石能源制得的氫氣,碳排放強(qiáng)度大幅度降低。
綠氫,則是指利用可再生能源分解水得到的氫氣。
目前,我國東部地區(qū)也是有氫氣資源的,但是這些氫氣大都是石化企業(yè)的工業(yè)副產(chǎn)氫氣,且成本比較高。我國西部地區(qū)風(fēng)光資源豐富,可再生能源發(fā)電發(fā)展迅速,選擇在西部發(fā)展綠氫產(chǎn)能,具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。
目前,在新疆、內(nèi)蒙古等地,一批光伏風(fēng)電制綠氫項(xiàng)目正在建設(shè)當(dāng)中。
“西氫東送”有何重大意義?
如何把內(nèi)蒙古乃至我國西部的綠氫,運(yùn)送到東部市場需求旺盛的區(qū)域,一直是制約綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。
目前,長管拖車仍是我國長距離氫氣運(yùn)輸?shù)闹髁鞣绞剑@種方式成本較高、效率較低,也是造成終端用氫成本高的主要原因之一,極大制約了產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。據(jù)了解,如果采取汽車運(yùn)輸,那么輸氫成本最終可能會占到終端售價的40%至50%。
而輸氫管道可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、長距離輸送氫氣,并且兼顧經(jīng)濟(jì)性。
另外,由于風(fēng)力、光伏發(fā)電具有間歇性、波動性、隨機(jī)性等特點(diǎn),而電網(wǎng)建設(shè)和消納機(jī)制存在一定滯后,就產(chǎn)生了“棄風(fēng)棄光”。氫儲能可以彌補(bǔ)其他儲能形式的短板,將大量的棄風(fēng)、棄光轉(zhuǎn)化成氫進(jìn)行儲能。隨著“西氫東送”管道的建設(shè)投產(chǎn),周邊發(fā)電企業(yè)可以利用“棄風(fēng)棄光”發(fā)電制氫,通過管道輸送出來,構(gòu)成源網(wǎng)荷儲氫的一個重要組成方式。
如何實(shí)現(xiàn)“西氫東送”?
加快氫氣管道建設(shè)同時發(fā)展混合氫氣運(yùn)輸
我國天然氣管道網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá),截至2021年,全國主干天然氣管道總里程達(dá)到11.6萬公里,已形成“西氣東輸”“北氣南下”供氣格局,實(shí)現(xiàn)“全國一張網(wǎng)”全面互聯(lián)互通。
相比之下,我國的氫氣管道建設(shè)仍處于起步階段,截至目前,國內(nèi)總里程僅400公里,在用的管道只有百公里左右,管道建設(shè)進(jìn)度較慢。
因此,一方面要加快氫氣管道的建設(shè),一方面利用現(xiàn)有的天然氣管道進(jìn)行混合氫氣運(yùn)輸,也是一個不錯的選擇。天然氣摻氫管輸已被多個國家列入氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃,據(jù)有關(guān)統(tǒng)計,目前全球已開展近40個摻氫天然氣管道輸送系統(tǒng)應(yīng)用示范項(xiàng)目。
4月16日,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)獲得了突破。
我國長距離輸氫技術(shù)獲突破
在寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道示范平臺,氫氣被以一定體積比例,摻入天然氣之中,利用現(xiàn)有的天然氣管道進(jìn)行輸送。
一條管道,同時運(yùn)送天然氣和氫氣,一舉兩得,這為我國今后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本的遠(yuǎn)距離氫能運(yùn)輸提供了技術(shù)支撐。
天然氣摻氫有何效益?
可以改變天然氣的燃燒特性,增加燃燒值。
可以利用天然氣管道等基礎(chǔ)設(shè)施,對現(xiàn)階段氫氣運(yùn)輸、氫能的廣泛及規(guī)模運(yùn)用開拓更多的可能性。
可以大大降低二氧化碳的排放。比如根據(jù)印度德里等一些城市的實(shí)驗(yàn),在公共汽車中,用富氫壓縮天然氣作為燃料,在天然氣中摻入18%左右的氫氣,可以減少高達(dá)70%的一氧化碳排放,同時節(jié)省5%的燃料。
目前這條天然氣管道中的氫氣比例已逐步達(dá)到24%,也就是說每輸送100立方米摻氫天然氣,其中就包括了24立方米的氫氣。
經(jīng)過了130多天的測試運(yùn)行,這條397公里長的天然氣管線,整體運(yùn)行安全穩(wěn)定。
據(jù)了解,截止到2022年底,我國油氣管道的總里程達(dá)到18.5萬公里。以目前我國天然氣消費(fèi)量計算,當(dāng)摻氫比達(dá)到20%時,可運(yùn)輸1000多萬噸氫氣,約合5600多億度綠電,氫氣成本也會大幅度下降。
“西氫東送”產(chǎn)業(yè)潛力如何?
氫能是公認(rèn)的重工業(yè)、重型交通運(yùn)輸?shù)入y脫碳領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳減排的重要解決方案,而且氫具有相對易儲存的特性,可以很好適應(yīng)未來高比例可再生能源情景下電力系統(tǒng)調(diào)峰需求。在我國構(gòu)建新型能源體系的進(jìn)程中,氫能將發(fā)揮重要作用。近幾年,我國著力布局氫能產(chǎn)業(yè),氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿φ饾u釋放。
氫能產(chǎn)業(yè)加速布局 發(fā)展?jié)摿φ饾u釋放
自2019年,我國氫產(chǎn)業(yè)駛?cè)肓税l(fā)展快車道。2022年3月23日,國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》,提出要建立“1+N”政策體系,明確氫能戰(zhàn)略定位,部署產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)任務(wù)。
截至2022年底,我國各地方政府發(fā)布?xì)淠苷叱?00項(xiàng),政策類型多方面,支持方向以氫能交通應(yīng)用向跨行業(yè)耦合應(yīng)用場景拓展。與此同時,企業(yè)也積極行動起來。當(dāng)前,中央企業(yè)正在加快布局氫產(chǎn)業(yè)鏈,覆蓋了煤炭、電力、核能等各個重要的能源領(lǐng)域。
《中國油氣產(chǎn)業(yè)分析與展望藍(lán)皮書》顯示,2022年,全球部署的加氫站數(shù)量達(dá)到814座,中國共建成投運(yùn)加氫站274座,同比增加25.7%,位居世界第一,占全球的33.7%。
“飛入”尋常百姓家?
氫能要推廣發(fā)展,需要解決制氫、儲運(yùn)、用氫各個環(huán)節(jié)的難題。其中,經(jīng)濟(jì)性是最關(guān)鍵的指標(biāo)之一。所以近幾年,整個氫產(chǎn)業(yè)鏈圍繞降低成本,從氫的制備開始,不斷探索著最佳路線。
中國石化錨定打造“中國第一氫能公司”目標(biāo),積極布局氫產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,大力推動綠氫技術(shù)攻關(guān)。
制氫環(huán)節(jié),中國石化實(shí)現(xiàn)了質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫技術(shù)的突破,首套自主研發(fā)兆瓦級PEM電解水制氫裝置在燕山石化投產(chǎn)。同時,中國石化利用綠氫示范項(xiàng)目拉動技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用,從而降低成本。今年2月,全球最大綠氫耦合煤化工項(xiàng)目——內(nèi)蒙古鄂爾多斯市風(fēng)光融合綠氫示范項(xiàng)目正式啟動。此外,中國石化新疆庫車2萬噸/年綠氫示范工程氫工廠主體也已建成。
內(nèi)蒙古鄂爾多斯市風(fēng)光融合綠氫示范項(xiàng)目啟動現(xiàn)場
儲運(yùn)環(huán)節(jié),中國石化探索了成本更低的甲醇站內(nèi)加氫制氫項(xiàng)目,綜合成本降低20%以上,國內(nèi)首個項(xiàng)目已在大連建成投運(yùn)。
我國首個甲醇制氫加氫一體站
用氫環(huán)節(jié),中國石化已在燕山石化、天津石化、齊魯石化、青島煉化、高橋石化、上海石化、廣州石化、海南煉化及茂名石化等企業(yè),建成9座氫燃料電池供氫中心,滿足了當(dāng)?shù)爻掷m(xù)用氫的需求。
中國石化還規(guī)劃在烏蘭察布市建設(shè)大規(guī)模綠電制綠氫項(xiàng)目,通過建立風(fēng)光發(fā)電——綠電制氫——氫氣管輸——煉化與交通用氫的一體化氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式,實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)制、儲、輸、用全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉恫季帧?/div>
未來,隨著氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,氫的規(guī)模化儲運(yùn)需求將大幅提升,管道和管網(wǎng)將成為一定區(qū)域內(nèi)氫氣經(jīng)濟(jì)高效輸送的重要方式。因此,立足氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求,全面統(tǒng)籌并科學(xué)推進(jìn)輸氫管道及輸氫微管網(wǎng)建設(shè),對我國氫產(chǎn)業(yè)鏈全面協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要作用。