中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，以“新質(zhì)加速 氫動(dòng)全球”為主題的2025國(guó)際氫能儲(chǔ)存運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新大會(huì)在河北廊坊舉行。大會(huì)由中國(guó)石油管道局工程有限公司主辦，來(lái)自氫能儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外專家聚焦氫能儲(chǔ)運(yùn)的“卡脖子”難題，共同探討氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的最新進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，旨在打造氫能“制儲(chǔ)輸運(yùn)”一體化平臺(tái)，引領(lǐng)行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。
□本報(bào)記者 馬 玲
當(dāng)前，全球能源結(jié)構(gòu)正經(jīng)歷大變革。氫能作為清潔、高效、可再生的二次能源，成為推動(dòng)全球能源低碳化和構(gòu)建新型能源體系的關(guān)鍵一環(huán)。我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展雖已初具雛形，在制氫與用氫關(guān)鍵技術(shù)上取得突破，實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模應(yīng)用示范，但氫能大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大差距。氫能儲(chǔ)運(yùn)作為制氫與用氫之間的橋梁和紐帶，其能力不足是制約氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)?；闹匾蛩兀瑢?duì)穩(wěn)步構(gòu)建氫能儲(chǔ)運(yùn)體系、促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展至關(guān)重要。
輸氫管道建設(shè)里程占比
地下空間儲(chǔ)氫是大規(guī)模和長(zhǎng)期儲(chǔ)氫的最佳選擇
鹽穴、枯竭油氣藏和含水層儲(chǔ)氫是我國(guó)今后實(shí)施大規(guī)模儲(chǔ)氫的發(fā)展方向
隨著氫能的不斷發(fā)展和普及，地下儲(chǔ)氫庫(kù)作為一種具有潛力的儲(chǔ)存方式，可以滿足未來(lái)對(duì)氫氣大規(guī)模使用的需求，實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的氫氣供應(yīng)。地下儲(chǔ)氫庫(kù)可作為氫能與其他能源之間的橋梁，平衡能源供需之間的時(shí)間差，實(shí)現(xiàn)能源高效利用。
我國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生資源豐富，但存在分布不均、利用率低等問(wèn)題。北京碳中和學(xué)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)馮武軍認(rèn)為，未來(lái)氫儲(chǔ)能可解決棄風(fēng)棄電問(wèn)題。氫的長(zhǎng)距離儲(chǔ)運(yùn)將以天然氣管道摻氫或新建純氫管道輸氫為主，充分利用汽柴油煉化區(qū)域的油氣管道網(wǎng)絡(luò)推進(jìn)有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫，中短距離氫儲(chǔ)運(yùn)則以多種儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)結(jié)合，并因地制宜發(fā)展。
儲(chǔ)氫需要較大儲(chǔ)存空間，具有體積大、可承受高壓等優(yōu)點(diǎn)的深部地下空間是儲(chǔ)氫的理想場(chǎng)所。大規(guī)模儲(chǔ)氫的介質(zhì)主要分為地上儲(chǔ)罐和地下儲(chǔ)氫庫(kù)，地上儲(chǔ)罐通常適合小規(guī)模和短期儲(chǔ)存；地下儲(chǔ)氫庫(kù)具有安全性高、儲(chǔ)存空間大、建造運(yùn)營(yíng)成本低等優(yōu)點(diǎn)，地下空間儲(chǔ)氫（UHS）是大規(guī)模和長(zhǎng)期儲(chǔ)存氫氣的最佳選擇。根據(jù)氫氣的含量可分為摻氫地下儲(chǔ)存和純氫地下儲(chǔ)存。根據(jù)儲(chǔ)氫庫(kù)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，可分為鹽穴、枯竭油氣藏和含水層儲(chǔ)氫庫(kù)。
中國(guó)石油大學(xué)（華東）教授、山東省油氣與新能源儲(chǔ)運(yùn)安全省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李玉星認(rèn)為，我國(guó)在深部地下空間儲(chǔ)能方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，但地下儲(chǔ)氫技術(shù)還處于初步階段，在流體力學(xué)、地質(zhì)力學(xué)及地球化學(xué)等方面存在亟須解決的問(wèn)題。東部沿海地區(qū)的油氣藏多為規(guī)模小、構(gòu)造缺陷大的油氣藏，利用其枯竭油氣藏進(jìn)行地下儲(chǔ)氫無(wú)法滿足大規(guī)模儲(chǔ)氫的需求，而利用地下鹽穴和含水層儲(chǔ)氫較為可行。以我國(guó)內(nèi)陸西北地區(qū)為例，其沉積盆地眾多，面積在1000平方千米以上的盆地有65個(gè)，含油氣盆地資源豐富，油氣成藏條件優(yōu)越，利用其枯竭油氣藏進(jìn)行地下儲(chǔ)氫更為可行。
地下儲(chǔ)氫機(jī)制涉及氫氣在地下巖層中的儲(chǔ)存和釋放過(guò)程，主要依賴地質(zhì)結(jié)構(gòu)的物理和化學(xué)特性，通過(guò)結(jié)構(gòu)捕獲、殘余捕獲、溶解捕獲、礦物捕獲和吸附等機(jī)制實(shí)現(xiàn)氫氣在巖層中的儲(chǔ)層與釋放。
李玉星認(rèn)為，目前關(guān)于地下空間大規(guī)模儲(chǔ)氫仍存在許多難題，對(duì)地下儲(chǔ)氫需要全面分析和深入研究，從微觀、介觀和宏觀不同角度進(jìn)行總結(jié)，推進(jìn)地下儲(chǔ)氫技術(shù)創(chuàng)新。
管道輸氫是未來(lái)大規(guī)模輸送氫能的首選
管道輸氫是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)規(guī)模輸送成本最低的輸運(yùn)方式，并能降低道路資源占用
氫氣的運(yùn)輸方式主要有車輛運(yùn)輸、管道運(yùn)輸和航海運(yùn)輸，氫能儲(chǔ)運(yùn)是連接上游制氫和下游用氫的橋梁，目前，運(yùn)輸成本占?xì)淠芙K端售價(jià)的比例為40%~50%，是制約綠氫大范圍應(yīng)用的最后一公里。相比其他方式，管道輸氫因覆蓋范圍最廣，具有經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性，成為氫能大規(guī)模輸送的首選。管道輸氫分為兩種，一種是將氫氣提純后用于燃料電池等的純氫輸送；另一種是摻氫輸送，利用現(xiàn)有或新建天然氣管道，摻入一定比例的氫氣，從而實(shí)現(xiàn)氫氣的大規(guī)模、長(zhǎng)距離輸送。
我國(guó)氫氣輸送系統(tǒng)建設(shè)滯后于國(guó)外，現(xiàn)有氫氣輸送管道總里程僅約400千米，已建項(xiàng)目以化工園區(qū)應(yīng)用為主。2021年以來(lái)，隨著氫能規(guī)模擴(kuò)大，我國(guó)輸氫管道建設(shè)速度不斷加快，現(xiàn)有輸氫管道里程接近1000千米，預(yù)計(jì)到2030年，高壓氫氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)里程將達(dá)到3000千米。目前，我國(guó)已將天然氣管道摻氫納入氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃，支持開(kāi)展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點(diǎn)示范，穩(wěn)步構(gòu)建氫能儲(chǔ)運(yùn)體系。
管道輸送雖然前期投入費(fèi)用較高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，能顯著降低氫能運(yùn)輸成本、提高輸送效率和安全性。馮武軍認(rèn)為，管道是氣基能源規(guī)?；l(fā)展的核心基礎(chǔ)設(shè)施，管道輸送是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)規(guī)模輸送成本最低的輸運(yùn)方式，并能降低道路資源占用，最具經(jīng)濟(jì)性。純氫管道通過(guò)控制輸送環(huán)境，可有效避免氫氣污染和泄漏等問(wèn)題，確保輸送的氫氣質(zhì)量穩(wěn)定可靠，輸氫經(jīng)濟(jì)性有望達(dá)到天然氣輸送成本水平。
綠氫的主要來(lái)源是風(fēng)光等電解水制氫，但風(fēng)光的波動(dòng)性與下游市場(chǎng)供應(yīng)的連續(xù)性需求相矛盾。中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司（管道設(shè)計(jì)院）副總經(jīng)理李國(guó)輝認(rèn)為，對(duì)大規(guī)模連續(xù)輸送而言，長(zhǎng)距離管道運(yùn)輸相較長(zhǎng)管拖車和液氫槽車運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)明顯，可以解決資源與市場(chǎng)的空間錯(cuò)配問(wèn)題，但對(duì)下游冶金、化工、電子等行業(yè)連續(xù)性需求不能完全滿足，需要在電源側(cè)和儲(chǔ)運(yùn)側(cè)進(jìn)行調(diào)峰設(shè)置。
氫氣長(zhǎng)輸管道的造價(jià)約為天然氣管道的2~3倍，改造現(xiàn)有管道所需投資約為建造1條新管道的10%~30%，將氫氣摻入現(xiàn)有天然氣管道輸送能大幅降低輸氫成本。目前，全球純氫管道主要分布在歐洲和美國(guó)。根據(jù)歐洲氫氣骨干網(wǎng)絡(luò)（EHB）規(guī)劃，歐洲將建設(shè)覆蓋28個(gè)歐盟國(guó)家的氫氣管網(wǎng)，構(gòu)建形成五大氫能供應(yīng)走廊，預(yù)計(jì)總長(zhǎng)在2030年達(dá)到2.8萬(wàn)千米，到2040年達(dá)到5.3萬(wàn)千米，其中60％由現(xiàn)有的天然氣管道改造、40％為新建的純氫管道。在主干線配備壓縮系統(tǒng)下，EHB網(wǎng)絡(luò)能充分滿足歐洲2050年約6800萬(wàn)噸的氫能需求。
全球天然氣管道總里程約135萬(wàn)千米，我國(guó)天然氣管道總長(zhǎng)約12.4萬(wàn)千米，基本形成貫穿全國(guó)的天然氣輸送系統(tǒng)。2030年，我國(guó)氫氣管道將達(dá)到3000千米。國(guó)際上，荷蘭、德國(guó)、法國(guó)等先后開(kāi)展了系列摻氫天然氣管道輸送系統(tǒng)應(yīng)用示范項(xiàng)目，我國(guó)天然氣摻氫尚處在示范研究階段。
中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司（管道設(shè)計(jì)院）工藝專業(yè)總工何紹軍認(rèn)為，管道輸氫的成本遠(yuǎn)低于其他方式，基于目前輸氫管道的現(xiàn)狀及面臨的主要問(wèn)題，應(yīng)盡快建立輸氫管道標(biāo)準(zhǔn)體系，對(duì)部分關(guān)鍵問(wèn)題持續(xù)開(kāi)展研究，并支撐標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)更新。氫能儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展要在行業(yè)龍頭帶領(lǐng)下，聯(lián)合高等院校、科研院所、上下游企業(yè)和關(guān)鍵設(shè)備制造商等聚焦行業(yè)“卡脖子”問(wèn)題，攻關(guān)核心技術(shù)與關(guān)鍵裝備研發(fā)，加快完善氫氣管輸標(biāo)準(zhǔn)體系，戰(zhàn)略性統(tǒng)籌規(guī)劃氫氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)，大力推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和工程示范，助力氫經(jīng)濟(jì)時(shí)代到來(lái)。
國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)工程技術(shù)創(chuàng)新有限公司新能源工程技術(shù)中心主任喻斌認(rèn)為，我國(guó)開(kāi)展天然氣摻氫管道輸送研究較晚，雖進(jìn)行了城燃管道或試驗(yàn)平臺(tái)摻氫示范應(yīng)用，但尚未實(shí)現(xiàn)天然氣長(zhǎng)輸管道摻氫的實(shí)際應(yīng)用，干線管道摻氫輸送評(píng)價(jià)及改造、摻氫氣體分離提純、管道安全等技術(shù)成熟度與國(guó)外相比存在差距。我國(guó)天然氣管道中高鋼級(jí)管道占比高，干線天然氣管道摻氫涉及各類終端用氣設(shè)備，安全的摻氫比例亟待進(jìn)行深入系統(tǒng)研究。管道公司應(yīng)通過(guò)企業(yè)聯(lián)盟或聯(lián)合項(xiàng)目，提出純氫管網(wǎng)頂層規(guī)劃，改造管道與新建管道共同構(gòu)成干線管道主體，加速向大口徑、高壓力、大輸量方向發(fā)展。
安全可靠的儲(chǔ)運(yùn)是氫能發(fā)展的關(guān)鍵
氫能儲(chǔ)運(yùn)面臨長(zhǎng)距離輸氫成本高、材料與裝備國(guó)產(chǎn)化率不足等挑戰(zhàn)
與天然氣相比，氫氣具有分子量小、點(diǎn)火能低、燃燒和爆炸極限范圍寬、擴(kuò)散快、燃燒快等特點(diǎn)，在制取、存儲(chǔ)、運(yùn)輸及使用過(guò)程中，存在性質(zhì)不穩(wěn)定易發(fā)生泄漏等風(fēng)險(xiǎn)。
中國(guó)能源研究會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)宋暢表示，氫能儲(chǔ)運(yùn)面臨長(zhǎng)距離輸氫成本高、材料與裝備國(guó)產(chǎn)化率不足、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系尚未統(tǒng)一等挑戰(zhàn)，應(yīng)以開(kāi)放促創(chuàng)新，構(gòu)建全球技術(shù)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域融合，攻克“卡脖子”難題；以標(biāo)準(zhǔn)促聯(lián)通，與相關(guān)機(jī)構(gòu)攜手共同制定儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與安全規(guī)范，探索建立跨國(guó)氫能貿(mào)易基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，為氫能跨境流動(dòng)提供制度保障；以場(chǎng)景促應(yīng)用，加速氫能在工業(yè)、交通、儲(chǔ)能等領(lǐng)域的多場(chǎng)景示范，形成“技術(shù)突破-市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)-產(chǎn)業(yè)升級(jí)”的良性循環(huán)。
目前，全世界的氫氣管道約4500千米，其中美國(guó)的輸氫管道2600千米，已運(yùn)行超過(guò)25年，已有氫氣管道均未發(fā)生因氫脆導(dǎo)致的失效事故。加拿大皇家科學(xué)院院士、加拿大工程院院士、中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋關(guān)鍵材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家程玉峰認(rèn)為，氫脆是一個(gè)總體概念，描述進(jìn)入金屬中的氫原子所導(dǎo)致的金屬性能退化的各種現(xiàn)象。氫脆現(xiàn)象具有的獨(dú)特特征，與在高壓氣相環(huán)境下氫原子的生成及在鋼材表面的吸附/吸收機(jī)制密切相關(guān)。理論上，輸氫管道在高壓氫氣環(huán)境中會(huì)發(fā)生氣相氫脆，現(xiàn)實(shí)中，氫氣管道的一些運(yùn)行狀況可抑制或遲滯氣相氫脆發(fā)生。
何紹軍建議研究純氫、摻氫天然氣對(duì)我國(guó)典型管線鋼材料和關(guān)鍵輸送設(shè)備產(chǎn)生氫脆和氫腐蝕的影響機(jī)理，綜合分析摻氫天然氣與現(xiàn)役管道及設(shè)備的相容性；不同摻氫比下，天然氣管道及關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備泄漏、積聚、擴(kuò)散規(guī)律，摻氫比對(duì)管道安全事故的影響；純氫、摻氫智能監(jiān)測(cè)和應(yīng)急修復(fù)等保障技術(shù)，管道輸送風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估、安全性和可靠性評(píng)價(jià)方法；摻氫天然氣管道輸送相應(yīng)設(shè)施設(shè)備、輸送工藝，制定摻氫天然氣管道輸送技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和安全運(yùn)行技術(shù)體系，出臺(tái)相應(yīng)法律法規(guī)和政策。
喻斌認(rèn)為，輸送工藝差別較大，亟待研究符合我國(guó)國(guó)情的高壓純氫及摻氫天然氣管道設(shè)計(jì)技術(shù)體系，打通氫能儲(chǔ)運(yùn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，促進(jìn)氫能“制儲(chǔ)輸用”全產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展。目前，我國(guó)輸送工藝方面的關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)存在空白或尚不明確的技術(shù)要求，尚未制定氫氣質(zhì)量管理和認(rèn)證技術(shù)規(guī)范，現(xiàn)有的管道完整性管理方法主要適用于長(zhǎng)輸油氣管道或常規(guī)燃?xì)夤艿?，輸氫管道完整性管理缺少系統(tǒng)化研究，亟須形成運(yùn)行維護(hù)全過(guò)程的輸氫管道完整性關(guān)鍵技術(shù)。
濟(jì)源—洛陽(yáng)輸氫管道線路總長(zhǎng)約25千米，管徑508毫米，設(shè)計(jì)壓力4兆帕，年輸氫量10.04萬(wàn)噸，于2015年建成，是當(dāng)時(shí)我國(guó)管徑最大、壓力最高、輸量最多的氫氣管道，參與該項(xiàng)目服役管道分析的清華大學(xué)材料學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師陳祥在帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對(duì)濟(jì)洛線服役工況下純氫管線鋼的氫脆進(jìn)行分析后認(rèn)為，氫脆是由于氫和應(yīng)力的共同作用而導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生塑性下降、斷裂或損傷的現(xiàn)象。降低材料中可擴(kuò)散的氫濃度、控制層錯(cuò)能和相變、降低材料中的應(yīng)力、改善服役環(huán)境等是降低氫脆的方法。天津鋼管制造有限公司教授級(jí)高工李艷認(rèn)為，結(jié)合實(shí)際工況，管道破裂、泄漏、金屬損失等最危險(xiǎn)，可通過(guò)開(kāi)發(fā)氫環(huán)境下更有效的評(píng)價(jià)方法來(lái)推動(dòng)氫能應(yīng)用。
何紹軍認(rèn)為，根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究資料和成果，輸送摻氫3%~10％的天然氣管道，在管道系統(tǒng)影響、設(shè)備材料選擇、爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的影響、緊急放空、火災(zāi)安全等方面的要求基本與天然氣管道輸送類似。有效防止輸氫管材氫致失效，在環(huán)境條件（設(shè)計(jì)壓力、氫含量確定）一定的情況下，應(yīng)從降低壁應(yīng)力和材料本身的氫脆敏感性兩個(gè)方面采取措施。
國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北京管道有限公司科技數(shù)字中心副主任王東營(yíng)認(rèn)為，在役天然氣管道摻氫輸送面臨的問(wèn)題主要是混氫輸送條件下材料相容性、管輸工藝與規(guī)范、摻氫管道完整性管理。在役天然氣管道摻氫輸送適應(yīng)性評(píng)價(jià)需要一管一評(píng)，長(zhǎng)輸管道摻氫輸送適應(yīng)性評(píng)價(jià)的大樣本取樣要求、評(píng)價(jià)流程及評(píng)價(jià)指標(biāo)需進(jìn)一步明確。含缺陷管道摻氫輸送安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制修訂有待開(kāi)展，以指導(dǎo)在役天然氣管道缺陷評(píng)估及長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。
寶鋼股份中央研究院首席研究員章傳國(guó)認(rèn)為，我國(guó)高壓輸氫管道建設(shè)尚在探索階段，純氫管道體系尚未形成，可借鑒國(guó)外做法，對(duì)新建管道進(jìn)行相關(guān)氫脆性能評(píng)價(jià)，積累數(shù)據(jù)為遠(yuǎn)期轉(zhuǎn)換成氫管道做好鋪墊，考慮管道作為能量載體，要同時(shí)具備輸氫和儲(chǔ)氫的功能。
鏈接
●氫脆：氫脆是一個(gè)總體概念，描述進(jìn)入金屬中的氫原子所導(dǎo)致的金屬性能退化的各種現(xiàn)象。管道中觀察到的氫脆現(xiàn)象具有一些獨(dú)特特征，這些特征與在高壓氣相環(huán)境下氫原子的生成以及在鋼材表面的吸附/吸收機(jī)制密切相關(guān)。
●氫鼓泡：常見(jiàn)于低強(qiáng)度、高塑性金屬。
●氫輔助開(kāi)裂：氫原子與應(yīng)力協(xié)同作用下導(dǎo)致的金屬開(kāi)裂，也稱為氫應(yīng)力開(kāi)裂。
●氫致塑性與韌性降低：氫原子導(dǎo)致金屬脆化，對(duì)其強(qiáng)度影響較小。
我國(guó)長(zhǎng)距離輸氫管道建設(shè)情況
