應盡快解決管道輸氫掣肘問題

　　管道輸氫是降低氫能儲運成本、推動氫能規模化應用的重要途徑。在“雙碳”目標推動下，當前正是開展管道輸氫示范的大好時機。不過，總體規劃缺失、標準體系尚未建立、天然氣摻氫技術有待突破，以及試點示范缺乏頂層設計等問題亟待解決。

　　2022年3月，國家發改委、國家能源局印發《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》(以下簡稱《規劃》)，明確氫能戰略定位，部署產業發展重點任務，提出構建“1+N”政策體系。一年多來，產業發展按下快進鍵，管道輸氫研究示范不斷提速。近期，中石化烏蘭察布到燕山石化全長400公里“西氫東送”純氫管道示范工程納入《石油天然氣“全國一張網”建設實施方案》。中石油寧東天然氣摻氫管道示范項目實現24%摻氫比例，且運行安全穩定。住建部委托中國城市燃氣協會近期完成的重大課題“天然氣管道摻氫輸送及終端利用可行性研究”也表明，無論從技術可行性還是經濟可行性看，天然氣摻氫技術均具備規模化推廣應用條件，可有效解決氫能的規模化儲運問題，助力行業降低碳排放。

　　管道輸氫是氫能規模化發展的關鍵之一

　　與我國其他能源相似，氫氣的生產和消費也存在空間錯配問題。氫氣產地，特別是綠氫的潛在產地主要分布在“三北”地區，但氫氣的負荷中心主要位于東部和東南沿海。目前，儲運成本在氫氣終端售價中的比重高達40%-50%，成為氫能規模化發展的掣肘。打通行業堵點，關鍵要加快構建安全、穩定、高效的氫能供應網絡，通過開展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點示范，構建高密度、輕量化、低成本、多元化的氫能儲運體系。

　　氫氣有望成為重要能源品種。IEA發布的《全球氫能回顧2021》認為，未來十年，氫能將確立其在全球清潔能源轉型中的重要地位。預計到2030年，氫能在全球能源消費中的比重為2%，2050年將進一步升至10%，達到5.3億噸。《中國氫能源及燃料電池產業白皮書2020》預測，在2060年碳中和情景下，我國氫氣年需求量將達1.3億噸左右，在終端能源消費中的占比約為20%。《規劃》首次明確了氫氣的能源屬性，作為一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，氫能將在交通、儲能、發電、工業等領域逐步實現多元化應用，為助力我國實現“雙碳”目標發揮重要作用。

　　管道輸氫是降低氫氣儲運成本、推動氫能規模化應用的重要途徑。目前，國內氫氣儲運主要通過高壓長管拖車解決，規模小、效率低，單車載氫量為300-400公斤，經濟半徑在150-200公里以內。液氫主要用于航天，受液化成本、能耗等限制較大，民用暫不具備商業化條件。管道輸氫是大幅降低氫能成本、支撐氫能大規模和多場景應用的必然選擇。《規劃》發布后，氫能項目加快落地，一些示范城市已出現缺氫現象。管道輸氫在產業鏈中扮演著承上啟下的重要角色，如能形成類似天然氣那樣的多點供應氫氣管網，不僅可解示范城市氫源之憂，還能通過規模化輸送攤薄儲運成本。同時，也有利于形成統一的氫能價格體系，推動氫能產業整體降本提效和推廣應用。

　　國內外管道輸氫已有較多實踐，管道輸氫已有80余年歷史。近幾年，主要發達國家開始加快對輸氫管網的布局，預計歐洲2040年將建成4萬公里輸氫管道。目前全球輸氫管道總長度為5000多公里，以純氫為主，90%以上在美國和歐洲，主要為封閉的供應系統，由大型氫氣公司供應大型工業中心。同時，歐美國家加快推進天然氣管道摻氫。荷蘭2008年開展了“可持續的埃姆蘭”項目，在低熱量天然氣中注入20%的氫。法國GRHYD項目于2018年開始向天然氣管網摻入6%的氫氣，2019年摻混率達到20%。英國《國家氫能戰略》提出，將于2022年開始建設點對點輸氫管道;2025年開始建設小型集群管網;2030年代中期以后形成區域或國家網絡。我國長度為25公里的濟源-洛陽線、長度為42公里的巴陵-長嶺線均屬純氫管道。摻氫管道方面，長度為223.8公里的烏海-銀川管道曾實現正常輸送焦爐煤氣(含氫10%-60%)，后因上游煉焦廠環保問題(非技術原因)停運。

　　管道輸氫仍面臨政策和技術障礙

　　一方面，管道輸氫總體規劃缺失。雖然《規劃》提出要開展摻氫天然氣管道、純氫管道試點示范，但國家層面對管道輸氫仍缺乏統籌安排。“雙碳”目標背景下，可再生能源制氫亟待大規模發展。但目前可再生能源制氫成本降不下去，下游大規模應用承擔不起，中游大規模、低成本管道輸送方式發展不起來，陷入死循環。管道建設投資大、回收周期長、對氣量要求高，需要國家加強統籌，適時適地推進試點示范，破解可再生能源制氫規模化應用困局。

　　另一方面，管道輸氫標準體系尚未建立。在管道建設標準方面，國內尚無氫氣長輸管道相關設計規范。現有氫氣管道的規劃和建設主要參照國外規范以及適用于輸送天然氣和煤氣的《輸氣管道工程設計規范》等。例如，濟源至洛陽純氫管道的路由選線參照了美國機械工程師學會發布的《氫氣管輸和管線標準》。

　　此外，天然氣管道摻氫技術亟待突破。目前，純氫管道技術相對成熟，選擇合適的管材可有效應對氫脆等問題。天然氣管道摻氫輸送仍面臨材料、安全監測和設備等技術問題。一是摻氫管道基體和焊縫材料出現氫滲透、氫脆等管道失效問題的作用機理和規律尚待進一步研究，特別是高鋼級管道長期摻氫運行的影響仍需實驗論證。二是如何搭建可及時防范、發現和應對摻氫后管道失效問題的安全監測系統尚待研究。三是用于天然氣摻氫的混氣撬、壓縮機組等專用設備還需進一步研發。

　　宜盡快開展管道輸氫試點示范

　　“雙碳”目標背景下，氫能的重要性日益凸顯，國際上日益關注中國氫能發展，領先國家已著手加強對我國的“規鎖”，我國宜盡快開展管道輸氫試點示范，破解儲運瓶頸，加快氫能規模化發展步伐，不斷提升產業鏈安全水平和國際競爭力。

　　首先，統籌做好頂層設計，分階段分區域推動管道輸氫試點示范。建議遵循“純摻同步、由低到高、由短到長、由點及面”的推進思路，支持有條件的地方和企業開展輸氫管道項目試點示范。2022-2025年，優先開展中低壓純氫管道試點，在適宜地區建設短距離點到點示范管線，同時開展干線管道摻氫研究論證。在低壓城市燃氣管道進行摻氫試驗研發以及前期論證。2026-2030年，推動建設多條長距離純氫管道，逐步形成純氫管網，拓展城市燃氣管道摻氫范圍，穩步推進中高壓干線天然氣管道摻氫輸送。2030年以后，推動純氫管道由線到網規模化發展，同時推動天然氣摻氫管道在全國范圍內布局。穩步推進氣態、液態等多種管道輸氫技術路線，鼓勵各地積極探索經濟、高效的輸氫模式，條件成熟的進行試點示范。近期，可在保障安全前提下，選擇鋼級較低、壓力不高的長輸管道開展試驗論證，兼顧上游氫源、下游用戶摻燒等因素，適時開展管道輸氫示范。同時，探索將液氨或甲醇作為儲氫介質，直接利用現有油氣管道輸氫，將管道利用效率最大化，大幅降低管道改造和新建成本。發展合成氨與氨脫氫、合成甲醇與甲醇脫氫等新型工藝和技術，適時推動試點示范。

　　其次，選擇制用規模大、有管道建設條件的示范場景。管道輸氫銜接供需，疏通制用兩端，需要量的支撐。在氫氣制備端，要銜接氫氣資源充足的地區，尤其是大規模可再生能源制氫基地、工業副產氫等氫資源優勢地區;在應用端，要連接鋼鐵、化工、冶金、高品位熱源等工業領域，重卡、物流、航運等交通領域，以及居民供暖、儲能、調峰等建筑和發電領域，拓展應用場景。具體來說，一是開展“工業副產氫+鋼鐵化工基地”試點示范。結合碳捕獲、利用與封存技術(CCUS)的工業副產氫作為過渡氫源已初具經濟性，鋼鐵、化工基地用氫量大且較為集中，可將工業副產氫作為短期重要氫源，開拓工業脫碳應用場景，率先開展示范。二是開展“可再生能源制氫+子母站”試點示范。將規模化可再生能源制氫基地作為氫源，利用管道將可再生能源制取的氫氣集中輸送至“母站”，再通過長管拖車分送至“子站”，以滿足周邊分散的交通物流、居民供暖、儲能等用氫需求，有效降低終端應用成本。

　　再次，加強氫氣管道技術攻關、工藝設備研發與標準體系建設。在技術研發方面，重點圍繞管道輸氫安全及監測技術、氫氣與天然氣管道相容發展技術、摻氫天然氣低濃度氫氣高效提純技術、管道焊接技術、管道改造及檢測技術等，開展系統深入研究。在工藝設備方面，集中開展專用摻氫設備、儲輸材料、氫泄漏及氫燃爆危險檢測設備等研發，完善氫氣輸送工藝、設備材料選型等。在標準建設方面，盡快填補國內氫氣長輸管道領域標準體系空白，完善管道輸氫安全檢測標準以及摻氫比例、運行參數安全邊界等標準，組織研發純氫及摻氫燃氣管道評估軟件等。

　　此外，要加強政策保障及支持。建議國家盡快確定一批管道輸氫試點示范工程項目，配套出臺支持政策，促進管道輸氫技術攻關，降低企業運營成本，推動商業化應用。加大技術創新支持力度，鼓勵地方政府、大型央企、地方企業、科研機構等產學研協同開展天然氣管道摻氫技術研發和運營探索。強化財稅優惠政策扶持，參考現有天然氣管道政策，對輸氫管道建設采取較寬松的折舊政策、更靈活便利的負荷率等，并提供一定的財政補貼和信貸優惠政策，推動管道輸氫的規模化發展和可持續運營。

　　來源：中國能源報  作者：景春梅 王成仁兩位作者均供職于中國國際經濟交流中心能源政策研究部。該中心劉夢、何七香對本文亦有貢獻