氫能市場觀察：純氫管道運輸成本及前景分析

大規(guī)模、低成本輸氫運氫正在成為我國氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的阻礙。當前，我國氫能產(chǎn)業(yè)處于起步階段，全產(chǎn)業(yè)鏈關鍵核心技術自主可控是我國氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關鍵。儲運環(huán)節(jié)是制約當前我國氫能發(fā)展的瓶頸之一，安全高效的輸氫技術是氫能大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展的前提。

在大規(guī)模輸送下，管道輸氫具備明顯成本優(yōu)勢。純氫管道輸氫成本為百公里1.3元/公斤-1.5元/公斤，管道輸氫的成本遠低于同等運輸距離下長管拖車輸氫及低溫液態(tài)輸氫成本。

目前，國內(nèi)正在加緊開發(fā)純氫管道的建設。今年4月，中國石化表示，“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)”建設實施方案》，我國首個純氫長輸管道項目啟動。

該管道起于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市，終點位于北京市的燕山石化，全長400多公里，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，大力緩解我國綠氫供需錯配的問題，助力能源轉(zhuǎn)型升級。

建設難：成本及技術成“兩座大山”

目前，純氫管道投資建設每公里大約為500-600萬元。按照國內(nèi)10萬噸輸氫規(guī)模計算，管道直徑為DN500，造價為600萬元，其中包括前期設計費用、管材、施工、征地、設備維護、壓縮機、控制系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等各項投資。

由于前期初始性投資較大，所以我國也在純氫管道輸氫基礎上另辟蹊徑——天然氣摻氫管道運輸。對于天然氣摻氫而言，節(jié)約初始投資建設成本，但在末端需要進行天然氣和氫氣分離，成本將會增加3~5元/公斤。

除成本較高外，管道本身的材料問題也不容忽視。我國目前的天然氣管網(wǎng)受制于鋼材材料影響，無法直接運輸純氫。現(xiàn)有管道直接輸氫將會出現(xiàn)“氫脆”問題，破壞管道材料。

氫進入金屬材料內(nèi)部易導致材料力學性能下降，管輸工況下，由于內(nèi)外應力綜合影響，易出現(xiàn)氫鼓泡、氫致裂紋、延性降低等損傷，大大增加管材失效可能性。

研究開發(fā)高強度或耐氫脆管材，加快實現(xiàn)氫氣管輸系統(tǒng)降本增效，是滿足當前規(guī)?；瘹鋬\需求的重要途徑，國內(nèi)外在這方面已開展大量研究，包括氫致金屬材料損傷機理、氫與管材相容性、氫對焊縫性能影響、焊接工藝，以及新型非金屬管材開發(fā)等。

穩(wěn)突破：純氫管道加速建設

近日，我國首次高壓力純氫管道試驗在國家管網(wǎng)集團管道斷裂控制試驗場完成6.3兆帕管道充氫測試和9.45兆帕管道爆破測試并取得圓滿成功。標志我國在大規(guī)模輸氫及純氫管道技術創(chuàng)新上取得顯著成績，為未來大規(guī)模輸氫運氫提供了技術支持和方向。

據(jù)悉，本次試驗是國內(nèi)首次對輸氫非金屬管道進行的高壓在線測試，也是國內(nèi)首次對非金屬管道進行高壓純氫爆破試驗。此次試驗依托的國家管網(wǎng)集團管道斷裂控制試驗場，是繼英國、意大利之后全球第三個管道斷裂控制試驗場。

純氫管道建設亟需技術支撐和創(chuàng)新突破，我國首次高壓力純氫爆破測試的成功對于氫儲運產(chǎn)業(yè)鏈而言可謂是里程碑事件。

目前國內(nèi)現(xiàn)有氫氣輸送管道總里程約400公里，其中由我國自主建設的較長距離的典型純氫輸送管道有3條，總里程不足100公里。2015年建成的濟源—洛陽氫氣管道工程是國內(nèi)目前已建管徑最大、壓力最高、輸量最高的氫氣管道，全長25km，年輸氫量達10.04萬噸。此外，目前正規(guī)劃建設中國第一條長距離、高輸量、燃料電池級氫氣管道，即定州—高碑店氫氣管道，全長164.7km，設計壓力4.0MPa，最大輸量可達10萬噸/年。

有機構(gòu)預計，僅氫氣儲運環(huán)節(jié)就有潛力構(gòu)成一個千億規(guī)模市場，在未來終端氫氣售價中的30%將用于儲運成本。從“西氫東送”這一龐大藍圖可以預見，未來我國各地區(qū)對于氫能的利用將成為能源利用中一大部分，而長距離、低成本、高輸量將成為氫氣輸送的常見模式。