●我國首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長距離的“西氫東送”純氫輸送管道項目引發(fā)廣泛關(guān)注
●氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，被譽為“21世紀(jì)的終極能源”
●氫氣運輸是制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，輸氫管道建設(shè)或?qū)榇颂峁├硐虢鉀Q方案
“西氫東送”來啦
甘肅玉門輸氫管道。資料圖片
我國已成為世界上最大的制氫國
70兆帕的高壓儲運氫氣瓶、以綠氫為燃料的概念客機、工業(yè)用大型綠氫生產(chǎn)廠……在4月舉行的德國漢諾威工業(yè)博覽會上，一系列綠色氫能新技術(shù)、新產(chǎn)品，成為各方關(guān)注的焦點。今年，有大約800家中國企業(yè)線下參展，成為除東道主德國以外最大的參展團體。中國制造的系列制氫裝備和氫能儲運裝備，吸引了眾多國際客商的目光。
氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，被譽為“21世紀(jì)的終極能源”。
在全球應(yīng)對氣候變化的大背景下，氫能正在逐漸成為全球新的戰(zhàn)略競爭焦點、各國培育新興產(chǎn)業(yè)的重要方向、推動能源生產(chǎn)消費綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要抓手。國際氫能委員會預(yù)計，到2050年,氫能可以滿足全球能源總需求的18%，或全球一次能源總需求的12%。屆時，相關(guān)市場規(guī)模將超過2.5萬億美元。
在碳達(dá)峰、碳中和的雙碳目標(biāo)推動下，我國氫能行業(yè)發(fā)展按下了加速鍵。目前，我國已成為世界上最大的制氫國，年制氫產(chǎn)量約3300萬噸，其中，達(dá)到工業(yè)氫氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的約1200萬噸。2022年，我國貢獻(xiàn)了全球可再生能源總?cè)萘啃略霾糠值募s48%，在全球能源轉(zhuǎn)型和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
根據(jù)我國《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》，到2025年，將初步建立以工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫就近利用為主的氫能供應(yīng)體系。燃料電池車輛保有量約5萬輛，部署建設(shè)一批加氫站。可再生能源制氫量每年能達(dá)到10萬噸至20萬噸，成為新增氫能消費的重要組成部分，實現(xiàn)二氧化碳減排每年100萬噸至200萬噸。
“隨風(fēng)潛入夜，潤物細(xì)無聲。”如今，氫能產(chǎn)業(yè)已悄無聲息地走近了我們，日常生活中處處可以看到它們的“身影”——
在京津冀、長三角、珠三角等氫能示范城市群，已經(jīng)可以看到一批氫能公交車行駛在道路上。今年2月，廣東省廣州市南沙區(qū)，“南沙氫跑”公共出行服務(wù)項目正式啟動。只排放水、不產(chǎn)生二氧化碳的氫燃料電池乘用車，為市民提供出行便利。
據(jù)最新數(shù)據(jù)，我國氫能重卡已經(jīng)超過了3000臺。在一些港口和工業(yè)園區(qū)，氫能重卡已經(jīng)替代了原來的柴油重卡運輸貨物，成為低碳大背景下一道亮麗的風(fēng)景線。
截至目前，我國已建成加氫站超過350座，為過往的氫能汽車提供加氫服務(wù)，國內(nèi)“氫能走廊”初見雛形……
相信在不久的將來，氫能將最終納入我國終端能源體系，成為推進(jìn)我國能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的重要手段。
綠色氫能要發(fā)展，氫氣運輸需先行
氫氣是世界上最輕的氣體。這也就意味著，由于氫氣體積能量密度極低且液化困難，其運輸成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過石油和天然氣等燃料。
氫氣的來源具有非均勻分布的特點，這就需要將氫氣運輸?shù)?ldquo;需要的地方”。然而，氫氣的運輸成本占據(jù)總成本的三分之一，已經(jīng)成為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須解決的關(guān)鍵問題之一。
氫氣運輸?shù)姆绞蕉喾N多樣，目前主要有高壓氣氫運輸、低溫液氫運輸和管道運輸?shù)葞追N運輸手段。
高壓氣氫運輸，就是把氫氣壓縮后儲存在壓力容器中，由長管拖車運輸。這是目前運用最普遍、技術(shù)最為成熟的運氫方式。通常使用的儲氫容器自重較大，導(dǎo)致拖車運輸時氫氣重量只能占到總運輸重量的1%～2%。受到人工費與油費影響，高壓氣氫運輸成本隨距離增加逐漸上升。因此，這種方式僅適用于運輸距離不超過200公里的場景。
低溫液氫運輸是將氫氣液化后，裝入專用的低溫絕熱槽管，通過公路、水路等方式運輸。氫氣經(jīng)過液化后，體積能量密度更高、占用空間體積更小，運輸效率更高。這種運氫方式，運輸成本受距離影響較小，適用于長距離運輸。但是液氫罐車運輸缺點也很明顯，那就是制取液氫的能耗較高，對液氫儲罐的材料和工藝要求高，安全防護(hù)技術(shù)非常復(fù)雜。目前我國主要將該方式用于航天領(lǐng)域，而其他領(lǐng)域鮮少涉及。
管道運輸，即在制氫工廠與氫氣站、用氫單位等之間建設(shè)管道，氫氣以氣態(tài)形式進(jìn)行運輸。管道運輸是實現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長距離、低成本運輸?shù)闹匾绞健Ｈ欢瑲錃夤艿赖某杀疽廊皇侵萍s管道運輸?shù)闹匾蛩亍＠矛F(xiàn)有天然氣管道摻氫運輸，或者改造天然氣管道以解決管道建設(shè)高成本等，是近年來氫氣管道運輸?shù)难芯繜狳c。而建設(shè)專用純氫氣運輸管道，則是輸氫管道建設(shè)的“終極形態(tài)”。
除此之外，也有專家提出了固態(tài)存氫運輸方式。固態(tài)存氫運輸是通過物理或化學(xué)方式使氫氣與儲氫材料結(jié)合，實現(xiàn)氫氣的存儲和運輸。常見儲氫材料有金屬合金、碳材料等。固態(tài)存氫運輸具有體積儲氫率高、放氫純度高、儲氫壓力低、安全性好等優(yōu)勢。然而，當(dāng)前主流金屬儲氫材料仍存在質(zhì)量儲氫率較低、循環(huán)性能較差等問題，尚處于技術(shù)攻關(guān)及示范應(yīng)用階段。
輸氫管道建設(shè)或成“破局”關(guān)鍵
“西氫東送”來了!4月10日，據(jù)新華社報道，我國首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長距離的“西氫東送”純氫輸送管道示范工程，被納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設(shè)實施方案》。
這條管道從內(nèi)蒙古出發(fā)，到達(dá)燕山石化，全長400多公里。管道預(yù)計每天的輸送量為270多噸，足以滿足近2萬輛氫能公交車的使用需求。管道建成后，一期運力預(yù)計達(dá)到每年10萬噸，還預(yù)留了每年50萬噸的遠(yuǎn)期提升潛力。這標(biāo)志著我國氫氣長距離輸送管道進(jìn)入新發(fā)展階段。
放眼世界，氫氣管道運輸已有80多年歷史，是一種較為成熟的方案。目前，全球氫氣輸送管道總里程已超過5000公里。美國和歐洲起步較早，美國的氫氣輸送管道已經(jīng)超過2700公里，位居世界第一。歐洲的氫氣輸送管道也已達(dá)到1770公里，并在不斷加快建設(shè)進(jìn)度。
去年12月，西班牙、法國和葡萄牙三國領(lǐng)導(dǎo)人，在歐盟地中海國家集團領(lǐng)導(dǎo)人會議期間，啟動了歐盟首條大型綠氫輸送走廊H2Med建設(shè)計劃。這一綠氫輸送走廊起自葡萄牙，途經(jīng)西班牙，穿過地中海，修至法國馬賽，然后連接歐洲其他國家。項目分海上和陸上兩部分。陸上部分全長248公里，海上部分全長455公里，擬于2030年前投入運營。西班牙政府估算，H2Med管道每年將供應(yīng)約200萬噸氫，占?xì)W盟氫需求總量的10%。
“遠(yuǎn)帆如不動，原樹競相高。”我國也正在加快氫氣管道建設(shè)。按照現(xiàn)在公布規(guī)劃的氫氣管道建設(shè)項目，規(guī)劃總長度預(yù)計超過1500公里。整體看，輸氫管道已邁入快速發(fā)展期，當(dāng)前建設(shè)發(fā)展重點是盡快突破技術(shù)難關(guān)和制約瓶頸。
首先要重點攻克的是抗氫脆材料技術(shù)。氫氣與管道長期接觸，氫會侵入到材料內(nèi)部，導(dǎo)致材料出現(xiàn)韌性下降、裂紋擴張速度加快等氫脆現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致管道受損。有研究表明，氫氣壓力、純凈度、環(huán)境溫度、管道強度水平、變形速率、微觀組織等因素，均會影響管道的損傷程度。盡快研制出低成本、高強度的抗氫脆材料，是實現(xiàn)大規(guī)模、低成本管道輸氫的前提。
另外，氫氣無色無味、易散逸、泄漏后難以發(fā)覺，且點火能量低、燃燒范圍寬，對管道密封技術(shù)、監(jiān)測與測試技術(shù)、安全技術(shù)要求更高。因此，高性能輸氫管道設(shè)計制造、管道運行控制以及應(yīng)急安全維護(hù)等相關(guān)技術(shù)亟待突破。與輸氫管道配套使用的大流量壓縮機、氫氣計量設(shè)備閥門、儀表等相關(guān)裝備研制進(jìn)度也需加快。
與此同時，輸氫管道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也需要加以規(guī)范。我國雖然已建成部分輸氫管道，積累了一定管道設(shè)計、施工、運行和維護(hù)經(jīng)驗，但目前國內(nèi)還沒有成體系的輸氫管道標(biāo)準(zhǔn)。建立輸氫管道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以更好地指導(dǎo)輸氫管道的選材用料、設(shè)計建造、運行維護(hù)、監(jiān)測檢查和風(fēng)險評估。
從“西氣東輸” 到“西氫東送”，兩字之變蘊含著國家能源建設(shè)發(fā)展格局的深刻變化。
我國是全球最大的能源貿(mào)易進(jìn)口國，石油和天然氣高度對外依賴對國家能源安全構(gòu)成潛在威脅。為應(yīng)對挑戰(zhàn)，多年來我國不斷增加海外能源輸入來源和方式，加大國內(nèi)產(chǎn)能開發(fā)，并且逐步建立起石油戰(zhàn)略儲備，著力維護(hù)國家能源安全。從長期看，發(fā)展和運用好清潔、低碳、高效和安全的氫能，對維護(hù)國家能源安全有重要意義。
近年來，歐洲國家為擺脫能源依賴，加快推進(jìn)輸氫管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，將氫能更便捷高效地輸送至需求端，已經(jīng)初步驗證了大規(guī)模應(yīng)用氫能、降低能源進(jìn)口依賴的可行性。在此背景下，推進(jìn)輸氫管道建設(shè)，逐步構(gòu)建高密度、低成本、大規(guī)模的氫能運輸網(wǎng)絡(luò)，無疑對釋放我國氫能供給端巨大潛力、加速推進(jìn)我國能源清潔低碳轉(zhuǎn)型、促進(jìn)形成多元互補現(xiàn)代能源供應(yīng)體系具有重要意義。
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