关于氢气管道输送研究

发布日期：2023-11-13

关于氢气管道输送研究

氢气作为一种二次能源，相对于其他能源而言，具有来源丰富、质量轻、能量密度高、绿色低碳、储存方式与利用形式多样等特点，是21世纪最具发展潜力的清洁能源，被誉为人类社会的“终极能源”。氢气运输方式主要有气态储运（长管拖车、管道）、液氢储运、有机液体储运等，其中管道运输是大规模远距离运输中成本最低、最具发展潜力的一种方式，管道运输又分为掺氢输送和纯氢输送。

掺氢输送：在氢能利用的初期，制氢规模有限，氢气量不足以支撑纯氢输送管道建设运营的情况下，可利用现有的天然气管道，将生产的氢气按一定比例注入天然气管网输送至下游用户终端。在下游用户终端，氢气分两种状态利用，一是将掺入天然气中的氢气直接作为燃料与天然气混合燃烧，减小温室气体排放；二是将氢气从天然气中分离提纯后单独利用，但目前受限于提纯技术及成本限制，氢气从天然气中分离的成本较高，暂不具备商用价值。天然气管道掺入氢气，会导致管道发生氢脆，加速管道的失效时间，降低其服役寿命，管道钢级越高，氢脆敏感性越强，天然气管道掺氢前应针对不同管道的管材特性、服役年限、服役环境、连接工艺等开展安全评估，再决定掺氢比例。我国现有标准要求进入长输天然气管道氢气浓度不超过3%（氢气占到掺氢天然气体积分数的3%），目前国内外正在积极开展天然气掺氢输送适应性研究，其掺氢比范围为0～20%，管道等级基本为中低压管道。

纯氢输送：2022年我国氢能产量为3781万吨，到2060年，我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨（即14460亿立方米）左右，在终端能源消费中占比达到20%。我国可开发的绿氢资源主要集中在西部地区，西部地区可开发的绿氢资源超过3亿吨，但我国能源负荷中心位于中东部及东南沿海地区， 远离氢能资源丰富的西部地区， 因此需要远距离、大输量输送氢气。在氢气资源量形成规模后，纯氢管道输送是实现氢能大规模、长距离、经济高效的输运方式。所谓纯氢输送，是将气态氢气注入氢气输送管道，通过管道输送至下游用户终端，供下游用户使用。

国外纯氢输送管道发展起步较早，技术成熟，北美和欧洲等地区先后建成多条氢气长输管线，总里程近5000 km。在工程应用方面具有一定的研究深度和广度，已形成了氢气管道相应的设计、施工、运行、维护标准或指南。国内氢能开发利用较晚，目前氢气主要作为工业原料使用，氢气管道建设规模较小，仅建成几条几十公里长的氢气管道（钢级X52以下，压力4 MPa以下）。国内研究机构正在积极开展高钢级、高压抗氢管道研发，有望进一步降低纯氢长距离管输成本，助力国家双碳战略目标的早日实现。