长距离大规模管道输氢之路在何方？

　　近期，随着国内氢能的快速发展，作为各种运输方式中较为高效且低能耗、低成本的长距离氢能管道运输逐渐被提上议事日程。虽然在国际上已有成功示范，国内也不乏相关设施建设，但输氢管道的发展并未与氢能的发展同步。那么，长距离输氢管道的建设存在哪些问题？距离大规模氢能运输还有多远的路要走？记者就此进行了采访。

　　氢能长输管道建设箭在弦上

　　中国工程院院士韩恩厚在近日召开的第八届中国国际管道会议（CIPC）上做主旨报告时谈道，氢能是全球公认的二次清洁能源，发展十分迅速。在中国，管道输氢的重要性不言而喻。

　　首先，从氢能产业链结构图来看，分上游制氢、中游输运氢和下游用氢三部分。其中上游制氢涉及煤制氢、工业副产氢、天然气制氢、电解水制氢和其他工艺制氢，氢能来源极为广泛，需要纯化与液化。下游用氢方面，分为加氢和氢能综合应用两方面。氢能通过加氢站及压缩机等设备，可以被大量用于交通如氢燃料电池车，工业如原材料、供电供热，建筑如掺氢燃烧、发电等领域。制氢与用氢过程中都存在设备材料的氢损伤问题。

　　其次，根据中国资源禀赋，清洁能源生产基地主要分布于中西部和东北地区，能源消费端主要集中于东部及东南沿海地区。因此，构建现代化能源体系，尤其是建设大型能源通道（特高压输电、管网等）始终是提高我国能源供给保障能力的基础。

　　韩恩厚介绍说，根据国外报道的结果，在不同氢能运输方式下的成本对比中，管道气态输氢的运输能力为100吨/小时，船舶为1000吨/船；管道输氢总成本在0.1美元～1美元/千克·100千米，低于其他运输方式；效率为99.2%/100千米，而船舶输氢是99.7%/天。

　　国家管网研究总院新能源中心主任王维斌博士介绍说，自成立起，国家管网集团就加快推进天然气“全国一张网”建设，目前已经开始布局氢能等新兴领域。当前全球能源格局正经历深刻变革，也处于转型关键期，促进油气管道与新能源深度融合，将有利于推动管道行业迈向高质量发展新阶段。

“我们的‘全国一张网’建设与高速公路的性质相同，布局氢能等新能源领域，建立四通八达的氢气运输管道就是为了搭建有如高速公路一般的运输网络，在更高的平台上便捷联通多个地区，更有效地串联起氢能产业链的上游生产和下游需求。”王维斌说，目前国家管网集团正在建设其第一条纯氢输送管道——中能建石家庄鹿泉商用绿氢输送管道。管道总长49.5千米，年输氢量4800吨，服务于石家庄鹿泉区的工业用氢需求‌。该管道起于石家庄市鹿泉区石井乡鹿泉制氢基地，止于石家庄市鹿泉区经开区中国电科十三所信息产业园（一期）和普兴电子二厂（二期），旨在将鹿泉制氢基地所产氢气输送到园区和电子厂，生产半导体置换器等产品。目前制约氢能产业发展的堵点，就在于如何更高效地联通氢能的产运销用产业链。相较于船运、槽罐车液体输送，长距离大规模的管网输氢最为经济实惠，有利于通过低成本和大运输量更好地解决氢能产运销用贯通问题，从而促进氢能上下游的协同健康发展。

　　大规模管网建设存技术卡点

　　尽管我国已经规划了乌兰察布到燕山、康保到曹妃甸、霍尔果斯到连云港等氢能长输管道，但不可否认的是，由于氢能运输管网建设的滞后，从中西部氢能生产到东南部需求之间还难以实现真正的匹配。那么大规模长距离氢能输送管网建设的卡点在哪儿呢？

　　韩恩厚谈道，管道输氢的优势与挑战并存。优点是：连续运输、运量大、成本低、效率高；但挑战是技术尚不成熟，安全风险高。

　　同样是输氢管道，专属输氢管道与天然气管道掺氢的优势和问题也有所不同。在常温高压下，专属输氢管道的优势是：连续运输、运输量大、运输过程能耗低，但问题是前期投资高，审批困难，且需确保上游氢源充足。天然气管道掺氢运输的优势是：可利用现有西气东输管道，减少前期投资成本，也可连线运输，且运输量大；问题是掺氢输运的机理研究尚显不足、难以跟上输氢的迫切需求，相关操作参数如掺氢比等不确定，氢气的掺入可能会降低管道的安全性。

　　韩恩厚说，其团队目前已经开展了多项相关研究工作，比如研发出了多因素耦合作用下的渗氢扩散与氢失效测试技术与装备；证实了外腐蚀与内氢协同作用增加了管线钢的氢脆敏感性，因此在役天然气管道输氢应充分预评估；利用第一性原理计算获得了氢分子在滑移台阶易解离—吸附—扩散，明确了管道的局部塑性形变会促进氢分子解离和扩散；建立了金属管材和焊缝的氢促失效数据库；制定了纯氢/掺氢埋地钢质管道在氢与外腐蚀耦合下的慢应变速率试验方法（测试标准）。特别是通过理论计算和实验证明，微量氧和一氧化碳可以抑制氢的解离、渗透和氢脆，并建立了相应的模型，该结果有望成为保障输氢管道安全的重要措施。

   “但未来仍将面临一些挑战。”韩恩厚强调说。

　　首先，关于气态氢下的管线钢材料氢脆机理不明。尽管现有氢脆机理多，但是目前在管道输氢上的争议较大。这是由于不同材料体系间的多因素耦合作用所致。

　　第二，理论计算不深。目前计算结果较少，现代计算技术提供了良好机遇，需要进一步深入研究并进行一系列理论计算。

　　第三，缺乏先进试验研究技术。虽然团队发明了一些测试装备并形成了发明专利，但目前的检测和表征手段难以直接观察到氢在管线钢基体中的扩散路径和分布特征。高通量试验技术也较少。目前需要高通量且快速的试验技术，但这些需要长期的研究，花费的时间长，代价大。

　　第四，多因素耦合作用机理和规律研究有待进一步加强。包括内外腐蚀之间的作用、应力的促进作用以及气体参数影响也有待进一步澄清。

　　“此外，很多临氢材料和焊缝的氢损伤数据严重缺乏，如果不注意脆化韧性降低问题，一旦发生事故，后果不堪设想；掺氢/纯氢输运管线钢的输运参数选择尚不明确，缺乏科学依据；管道的掺氢/纯氢输运的风险评估技术缺乏、尚未形成安全评价标准；而且在役检查技术仍有待深入研发，如缺乏基于机理的检查技术；掺氢/纯氢输运管道的寿命预测理论目前尚未形成，缺乏氢损伤动力学数据与规律。针对上述一系列问题，亟需加大研发投入。”韩恩厚表示。

　　推进管网建设需标准先行

　　在第八届中国国际管道会议（CIPC）上，国家石油天然气管网集团有限公司党委书记、董事长张伟指出，在大口径、高压力氢能管道输送成套技术上，国家管网已经完成我国首次大尺度天然气长输管道掺氢燃爆工业验证试验，形成天然气管道掺氢和纯氢输送成套技术及标准；同时牵头编制了《天然气管道掺氢输送技术要求》《输氢管道完整性管理》2项国家标准以及《在役天然气管道适应性评价方法》《气相氢环境管道断裂韧性评估方法》2项ISO标准，为全球氢能管输产业发展贡献管网智慧。

　　“我们受委托制定了氢失效测试技术行业标准，全称为《金属和合金的腐蚀 纯氢/掺氢埋地钢质管道在氢与外腐蚀耦合下的慢应变速率试验方法》，预计今年正式发布。”韩恩厚说。

中国石油管道局工程有限公司一级工程师王亮告诉记者，他们帮助张家口海泰氢能科技有限公司规划的康保—曹妃甸氢气长输管道项目已经河北省发改委批复并开始设计，主要是利用张北风光发电制绿氢，通过管道运送至曹妃甸工业园，两地之间相距近1000千米。

“就氢能等新能源产业良性发展而言，中游储运端的作用变得越来越关键，但是中游的发展还需要政策的推动，单纯依靠企业无法解决所有问题。此前，氢气输送管道建设并无明确标准依据，2024年12月25日新发布了由中国石油管道局工程有限公司主编的《输氢管道工程设计规范》，将于2025年的6月份开始实施，为中游氢能运输端打通了标准政策通道。”王亮说，目前其实行业内对输氢管道的认识不同、说法不一。有的人觉得应该对输氢管道的可靠性设计制定更高的标准、有更高的要求，比如说环焊缝根部缺欠的容许范围，也有人认为其与天然气运输管道没有太大区别，可以按照天然气管道相关标准建设。目前，国内尚无长距离管道输氢的具体实践，因此，行业需要做的工作还很多。