随着可再生能源利用技术和装备的持续突破，以及绿氢经济性的持续优化，近年我国绿氢应用需求迅速扩大。近期，中国产业发展促进会氢能分会研究显示，巨大的应用潜力将带动绿氢运输需求日趋强烈，预计到2030年我国各类输氢管道建成总里程将突破5000千米。受经济性等因素影响，“高大远”成为输氢管道未来发展方向。
各地加快推动输氢管网建设——2030年建成总里程将超5000千米
据中国产业发展促进会氢能分会统计，截至目前，全国已有29个省份发布氢能产业发展专项规划或实施意见，其中27个省份将管道输氢技术装备研发和开展管道输氢试点示范列入重点。特别是2024年以来，我国输氢管道建设连获进展，一张覆盖全国的建设蓝图正徐徐铺开。
其中，内蒙古成为输氢管网建设的“热土”。8月2日，国内首条具备掺氢输送能力的长距离高压管道项目包头—临河输气管道工程通过验收，有望在10月实现达产保供目标。7月11日，具备掺氢能力20%的固阳—白云鄂博输气管道在包头开工。5月16日，总长1145千米，横跨内蒙古、山西、河北、北京和天津5个省市的全国首个长距离纯氢管道工程——内蒙古乌兰察布至京津冀地区氢气输送管道工程完成安全评价招标。除内蒙古外，多个地区输氢管道建设也加快推进。据中国产业发展促进会氢能分会统计，2024年以来全国已有10个输氢管道项目公布最新进展。预计到2030年，我国各类输氢管道建成总里程将突破5000千米；到2035年，天然气管道掺氢输送技术基本具备广泛推广条件，将实现“西氢东送”且成本可控，总里程有望达到万千米级别。
优缺点和应用场景均有不同——管道输氢技术面临多重挑战
据了解，氢气管道输送包括纯氢管道和天然气掺氢管道两种，两种类型又都包括高压和低压两条路线，优缺点和应用场景均有不同。
在掺氢输送方面，近年随着国内掺氢示范应用逐步展开，掺氢比例已从5%逐渐增长至24%，但示范应用仍集中于下游城燃领域。现有干线管道多采用X70、X80管材，易发生氢脆，因此尚未开展掺氢示范应用；在建干线管道已具备20%掺氢能力。
在纯氢输送方面，当前国内已建成管道设计压力均不高于4MPa，管道材质为L245或20#碳素钢。据统计，截至2024年7月，我国各地区规划建设的纯氢管道总长度已超5000千米，部分规划管道已开始采用L360管线钢，设计压力达6.3MPa，管径达610毫米，最大输气能力已达10万吨/年级别。
中国产业发展促进会氢能分会表示，目前我国管道输氢技术仍面临多重挑战。
在低压管道掺氢输送方面，管道掺氢输送及随动掺氢技术已基本成熟，但仍需进一步明确下游用户的适应范围并开展安全性分析。目前国内关于掺氢天然气对管道影响的研究涉及氢含量较低，且样本数量较少，尚处于数据积累阶段，尤其对站场管、弯管、压缩机等装备材料的相容性研究数据积累薄弱。
在掺氢设备和氢分离设备开发应用方面，天然气掺氢设备主要在城燃领域进行应用，目前投产示范项目流量较小（≤10万标准立方米/天）、压力较低（≤4MPa），大流量掺混系统的工程示范数据不足，相关工艺与装置有待进一步研发。
在高压氢气管道装备开发方面，近几年通过对压缩机氢气进出口合理设置缓冲器等优化设计，有效地消除了压缩机工作振动，提高了使用寿命及生产效率，但可靠性与稳定性仍有提升空间。此外，大流量离心式压缩机组的设计、制造仍处于研究阶段。
在管道计量系统方面，主要包括体积计量和能量计量两种，当前虽取得技术突破，但国产替代比例有待提升。
在高压输氢管道材料开发方面，高钢级抗氢管材及阻氢涂层技术是当前管材开发重点，可显著提高管道输氢能力，国内预计在2030年左右取得突破并进入试用阶段。
掺氢比例和管道压力决定经济性——高压力、大口径、长距离是未来方向
决定管道输氢经济性的关键，在于掺氢比例和管道压力。
对于低压管网掺氢而言，掺氢输送成本基本可忽略不计。对于高压长输管道而言，当掺氢比小于3%时，掺氢输送成本基本可忽略不计；当掺氢比大于3%时，需对长输管道系统进行评估与改造，管输费用约为0.5~1.0元/千标准立方米·千米，包括改造费用以及压缩机运行功耗增加造成的成本上升等。此外，提高掺氢比例可降低分离提纯成本，当掺氢比例为10%时，氢气分离提纯成本为2.3~5.7元/标准立方米，当掺氢比例上升至20%时，氢气分离提纯成本降至1.4~5.1元/标准立方米。
对纯氢管道而言，提高输送压力可有效降低运输成本。低压纯氢管道系统运输成本相对较高，约为3.5~10元/千标准立方米·千米，主要构成为工程建设投资，受管道负荷率影响显著。高压纯氢管道运输成本较低，预计成本可在0.5~1.37元/千标准立方米·千米，主要构成为工程建设投资、压气站运行费用等，受管道负荷率影响同样显著。
因此，未来高压力、大口径、长距离是输氢管道未来发展方向。
中国产业发展促进会氢能分会表示，对于纯氢管道，在材料与工艺方面，开发适用于高压输氢管道的高钢级抗氢管材、非金属管材及阻氢涂层技术，探索满足高压氢气环境服役要求的焊材及合适的焊接工艺，研究管体、管体焊缝及环焊缝临氢环境服役性能评价方法，提出临氢环境管材氢脆敏感性、断裂韧性等关键指标将是重点。在核心装备方面，开展大输量、高压力压缩机组，大口径、高压力阀门等装备的研发，是保障高压氢气管道工程的顺利实施的关键。同时，开展管道断裂控制技术及全尺寸试验验证，并针对典型失效模式，如爆炸、泄漏等开展失效后果研究，建立高压氢气泄漏扩散特性及模型，将为高压氢气管道安全运行提供保障。
对于掺氢管道，就现役天然气管材及设备进行相容性评价，开展高掺氢比例下管材性能劣化与损伤机理研究，完善天然气掺氢管道缺陷适用性评价方法将是重点。
中国产业发展促进会氢能分会预计，到2050年在线配资，高压力、大口径、长输管道输氢技术成熟且经济可行，将完成覆盖全国范围的纯氢管道及掺氢天然气管道系统建设。
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