管道輸氫是降低氫能儲(chǔ)運(yùn)成本、推動(dòng)氫能規(guī)?;瘧?yīng)用的重要途徑。在“雙碳”目標(biāo)推動(dòng)下,當(dāng)前正是開展管道輸氫示范的大好時(shí)機(jī)。不過(guò),總體規(guī)劃缺失、標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立、天然氣摻氫技術(shù)有待突破,以及試點(diǎn)示范缺乏頂層設(shè)計(jì)等問(wèn)題亟待解決。
2022年3月,國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》),明確氫能戰(zhàn)略定位,部署產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)任務(wù),提出構(gòu)建“1+N”政策體系。一年多來(lái),產(chǎn)業(yè)發(fā)展按下快進(jìn)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(zhǎng)400公里“西氫東送”純氫管道示范工程納入《石油天然氣“全國(guó)一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》。中石油寧東天然氣摻氫管道示范項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)24%摻氫比例,且運(yùn)行安全穩(wěn)定。住建部委托中國(guó)城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)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(wú)論從技術(shù)可行性還是經(jīng)濟(jì)可行性看,天然氣摻氫技術(shù)均具備規(guī)模化推廣應(yīng)用條件,可有效解決氫能的規(guī)模化儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題,助力行業(yè)降低碳排放。
管道輸氫是氫能規(guī)?;l(fā)展的關(guān)鍵之一
與我國(guó)其他能源相似,氫氣的生產(chǎn)和消費(fèi)也存在空間錯(cuò)配問(wèn)題。氫氣產(chǎn)地,特別是綠氫的潛在產(chǎn)地主要分布在“三北”地區(qū),但氫氣的負(fù)荷中心主要位于東部和東南沿海。目前,儲(chǔ)運(yùn)成本在氫氣終端售價(jià)中的比重高達(dá)40%-50%,成為氫能規(guī)模化發(fā)展的掣肘。打通行業(yè)堵點(diǎn),關(guān)鍵要加快構(gòu)建安全、穩(wěn)定、高效的氫能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò),通過(guò)開展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點(diǎn)示范,構(gòu)建高密度、輕量化、低成本、多元化的氫能儲(chǔ)運(yùn)體系。
氫氣有望成為重要能源品種。IEA發(fā)布的《全球氫能回顧2021》認(rèn)為,未來(lái)十年,氫能將確立其在全球清潔能源轉(zhuǎn)型中的重要地位。預(yù)計(jì)到2030年,氫能在全球能源消費(fèi)中的比重為2%,2050年將進(jìn)一步升至10%,達(dá)到5.3億噸?!吨袊?guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》預(yù)測(cè),在2060年碳中和情景下,我國(guó)氫氣年需求量將達(dá)1.3億噸左右,在終端能源消費(fèi)中的占比約為20%?!兑?guī)劃》首次明確了氫氣的能源屬性,作為一種來(lái)源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源,氫能將在交通、儲(chǔ)能、發(fā)電、工業(yè)等領(lǐng)域逐步實(shí)現(xiàn)多元化應(yīng)用,為助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)發(fā)揮重要作用。
管道輸氫是降低氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本、推動(dòng)氫能規(guī)?;瘧?yīng)用的重要途徑。目前,國(guó)內(nèi)氫氣儲(chǔ)運(yùn)主要通過(guò)高壓長(zhǎng)管拖車解決,規(guī)模小、效率低,單車載氫量為300-400公斤,經(jīng)濟(jì)半徑在150-200公里以內(nèi)。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(yè)化條件。管道輸氫是大幅降低氫能成本、支撐氫能大規(guī)模和多場(chǎng)景應(yīng)用的必然選擇?!兑?guī)劃》發(fā)布后,氫能項(xiàng)目加快落地,一些示范城市已出現(xiàn)缺氫現(xiàn)象。管道輸氫在產(chǎn)業(yè)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(diǎn)供應(yīng)氫氣管網(wǎng),不僅可解示范城市氫源之憂,還能通過(guò)規(guī)?;斔蛿偙?chǔ)運(yùn)成本。同時(shí),也有利于形成統(tǒng)一的氫能價(jià)格體系,推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)整體降本提效和推廣應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)外管道輸氫已有較多實(shí)踐,管道輸氫已有80余年歷史。近幾年,主要發(fā)達(dá)國(guó)家開始加快對(duì)輸氫管網(wǎng)的布局,預(yù)計(jì)歐洲2040年將建成4萬(wàn)公里輸氫管道。目前全球輸氫管道總長(zhǎng)度為5000多公里,以純氫為主,90%以上在美國(guó)和歐洲,主要為封閉的供應(yīng)系統(tǒng),由大型氫氣公司供應(yīng)大型工業(yè)中心。同時(shí),歐美國(guó)家加快推進(jìn)天然氣管道摻氫。荷蘭2008年開展了“可持續(xù)的埃姆蘭”項(xiàng)目,在低熱量天然氣中注入20%的氫。法國(guó)GRHYD項(xiàng)目于2018年開始向天然氣管網(wǎng)摻入6%的氫氣,2019年摻混率達(dá)到20%。英國(guó)《國(guó)家氫能戰(zhàn)略》提出,將于2022年開始建設(shè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輸氫管道;2025年開始建設(shè)小型集群管網(wǎng);2030年代中期以后形成區(qū)域或國(guó)家網(wǎng)絡(luò)。我國(guó)長(zhǎng)度為25公里的濟(jì)源-洛陽(yáng)線、長(zhǎng)度為42公里的巴陵-長(zhǎng)嶺線均屬純氫管道。摻氫管道方面,長(zhǎng)度為223.8公里的烏海-銀川管道曾實(shí)現(xiàn)正常輸送焦?fàn)t煤氣(含氫10%-60%),后因上游煉焦廠環(huán)保問(wèn)題(非技術(shù)原因)停運(yùn)。
管道輸氫仍面臨政策和技術(shù)障礙
一方面,管道輸氫總體規(guī)劃缺失。雖然《規(guī)劃》提出要開展摻氫天然氣管道、純氫管道試點(diǎn)示范,但國(guó)家層面對(duì)管道輸氫仍缺乏統(tǒng)籌安排。“雙碳”目標(biāo)背景下,可再生能源制氫亟待大規(guī)模發(fā)展。但目前可再生能源制氫成本降不下去,下游大規(guī)模應(yīng)用承擔(dān)不起,中游大規(guī)模、低成本管道輸送方式發(fā)展不起來(lái),陷入死循環(huán)。管道建設(shè)投資大、回收周期長(zhǎng)、對(duì)氣量要求高,需要國(guó)家加強(qiáng)統(tǒng)籌,適時(shí)適地推進(jìn)試點(diǎn)示范,破解可再生能源制氫規(guī)?;瘧?yīng)用困局。
另一方面,管道輸氫標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立。在管道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)方面,國(guó)內(nèi)尚無(wú)氫氣長(zhǎng)輸管道相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范?,F(xiàn)有氫氣管道的規(guī)劃和建設(shè)主要參照國(guó)外規(guī)范以及適用于輸送天然氣和煤氣的《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》等。例如,濟(jì)源至洛陽(yáng)純氫管道的路由選線參照了美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)發(fā)布的《氫氣管輸和管線標(biāo)準(zhǔn)》。
此外,天然氣管道摻氫技術(shù)亟待突破。目前,純氫管道技術(shù)相對(duì)成熟,選擇合適的管材可有效應(yīng)對(duì)氫脆等問(wèn)題。天然氣管道摻氫輸送仍面臨材料、安全監(jiān)測(cè)和設(shè)備等技術(shù)問(wèn)題。一是摻氫管道基體和焊縫材料出現(xiàn)氫滲透、氫脆等管道失效問(wèn)題的作用機(jī)理和規(guī)律尚待進(jìn)一步研究,特別是高鋼級(jí)管道長(zhǎng)期摻氫運(yùn)行的影響仍需實(shí)驗(yàn)論證。二是如何搭建可及時(shí)防范、發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對(duì)摻氫后管道失效問(wèn)題的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)尚待研究。三是用于天然氣摻氫的混氣撬、壓縮機(jī)組等專用設(shè)備還需進(jìn)一步研發(fā)。
宜盡快開展管道輸氫試點(diǎn)示范
“雙碳”目標(biāo)背景下,氫能的重要性日益凸顯,國(guó)際上日益關(guān)注中國(guó)氫能發(fā)展,領(lǐng)先國(guó)家已著手加強(qiáng)對(duì)我國(guó)的“規(guī)鎖”,我國(guó)宜盡快開展管道輸氫試點(diǎn)示范,破解儲(chǔ)運(yùn)瓶頸,加快氫能規(guī)?;l(fā)展步伐,不斷提升產(chǎn)業(yè)鏈安全水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
首先,統(tǒng)籌做好頂層設(shè)計(jì),分階段分區(qū)域推動(dòng)管道輸氫試點(diǎn)示范。建議遵循“純摻同步、由低到高、由短到長(zhǎng)、由點(diǎn)及面”的推進(jìn)思路,支持有條件的地方和企業(yè)開展輸氫管道項(xiàng)目試點(diǎn)示范。2022-2025年,優(yōu)先開展中低壓純氫管道試點(diǎn),在適宜地區(qū)建設(shè)短距離點(diǎn)到點(diǎn)示范管線,同時(shí)開展干線管道摻氫研究論證。在低壓城市燃?xì)夤艿肋M(jìn)行摻氫試驗(yàn)研發(fā)以及前期論證。2026-2030年,推動(dòng)建設(shè)多條長(zhǎng)距離純氫管道,逐步形成純氫管網(wǎng),拓展城市燃?xì)夤艿罁綒浞秶€(wěn)步推進(jìn)中高壓干線天然氣管道摻氫輸送。2030年以后,推動(dòng)純氫管道由線到網(wǎng)規(guī)?;l(fā)展,同時(shí)推動(dòng)天然氣摻氫管道在全國(guó)范圍內(nèi)布局。穩(wěn)步推進(jìn)氣態(tài)、液態(tài)等多種管道輸氫技術(shù)路線,鼓勵(lì)各地積極探索經(jīng)濟(jì)、高效的輸氫模式,條件成熟的進(jìn)行試點(diǎn)示范。近期,可在保障安全前提下,選擇鋼級(jí)較低、壓力不高的長(zhǎng)輸管道開展試驗(yàn)論證,兼顧上游氫源、下游用戶摻燒等因素,適時(shí)開展管道輸氫示范。同時(shí),探索將液氨或甲醇作為儲(chǔ)氫介質(zhì),直接利用現(xiàn)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(fā)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(shù),適時(shí)推動(dòng)試點(diǎn)示范。
其次,選擇制用規(guī)模大、有管道建設(shè)條件的示范場(chǎng)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(qū),尤其是大規(guī)??稍偕茉粗茪浠亍⒐I(yè)副產(chǎn)氫等氫資源優(yōu)勢(shì)地區(qū);在應(yīng)用端,要連接鋼鐵、化工、冶金、高品位熱源等工業(yè)領(lǐng)域,重卡、物流、航運(yùn)等交通領(lǐng)域,以及居民供暖、儲(chǔ)能、調(diào)峰等建筑和發(fā)電領(lǐng)域,拓展應(yīng)用場(chǎng)景。具體來(lái)說(shuō),一是開展“工業(yè)副產(chǎn)氫+鋼鐵化工基地”試點(diǎn)示范。結(jié)合碳捕獲、利用與封存技術(shù)(CCUS)的工業(yè)副產(chǎn)氫作為過(guò)渡氫源已初具經(jīng)濟(jì)性,鋼鐵、化工基地用氫量大且較為集中,可將工業(yè)副產(chǎn)氫作為短期重要?dú)湓?,開拓工業(yè)脫碳應(yīng)用場(chǎng)景,率先開展示范。二是開展“可再生能源制氫+子母站”試點(diǎn)示范。將規(guī)?;稍偕茉粗茪浠刈鳛闅湓?,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(guò)長(zhǎng)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(chǔ)能等用氫需求,有效降低終端應(yīng)用成本。
再次,加強(qiáng)氫氣管道技術(shù)攻關(guān)、工藝設(shè)備研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。在技術(shù)研發(fā)方面,重點(diǎn)圍繞管道輸氫安全及監(jiān)測(cè)技術(shù)、氫氣與天然氣管道相容發(fā)展技術(shù)、摻氫天然氣低濃度氫氣高效提純技術(shù)、管道焊接技術(shù)、管道改造及檢測(cè)技術(shù)等,開展系統(tǒng)深入研究。在工藝設(shè)備方面,集中開展專用摻氫設(shè)備、儲(chǔ)輸材料、氫泄漏及氫燃爆危險(xiǎn)檢測(cè)設(shè)備等研發(fā),完善氫氣輸送工藝、設(shè)備材料選型等。在標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面,盡快填補(bǔ)國(guó)內(nèi)氫氣長(zhǎng)輸管道領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)體系空白,完善管道輸氫安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)以及摻氫比例、運(yùn)行參數(shù)安全邊界等標(biāo)準(zhǔn),組織研發(fā)純氫及摻氫燃?xì)夤艿涝u(píng)估軟件等。
此外,要加強(qiáng)政策保障及支持。建議國(guó)家盡快確定一批管道輸氫試點(diǎn)示范工程項(xiàng)目,配套出臺(tái)支持政策,促進(jìn)管道輸氫技術(shù)攻關(guān),降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本,推動(dòng)商業(yè)化應(yīng)用。加大技術(shù)創(chuàng)新支持力度,鼓勵(lì)地方政府、大型央企、地方企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等產(chǎn)學(xué)研協(xié)同開展天然氣管道摻氫技術(shù)研發(fā)和運(yùn)營(yíng)探索。強(qiáng)化財(cái)稅優(yōu)惠政策扶持,參考現(xiàn)有天然氣管道政策,對(duì)輸氫管道建設(shè)采取較寬松的折舊政策、更靈活便利的負(fù)荷率等,并提供一定的財(cái)政補(bǔ)貼和信貸優(yōu)惠政策,推動(dòng)管道輸氫的規(guī)模化發(fā)展和可持續(xù)運(yùn)營(yíng)。
來(lái)源:中國(guó)能源報(bào) 作者:景春梅 王成仁兩位作者均供職于中國(guó)國(guó)際經(jīng)濟(jì)交流中心能源政策研究部。該中心劉夢(mèng)、何七香對(duì)本文亦有貢獻(xiàn)
評(píng)論