●我国首条跨省区、大规模、长距离的“西氢东送”纯氢输送管道项目引发广泛关注
●氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，被誉为“21世纪的终极能源”
●氢气运输是制约氢能产业发展的“瓶颈”，输氢管道建设或将为此提供理想解决方案
“西氢东送”来啦
■赵 旺 赵 辉
甘肃玉门输氢管道。资料图片
我国已成为世界上最大的制氢国
70兆帕的高压储运氢气瓶、以绿氢为燃料的概念客机、工业用大型绿氢生产厂……在4月举行的德国汉诺威工业博览会上，一系列绿色氢能新技术、新产品，成为各方关注的焦点。今年，有大约800家中国企业线下参展，成为除东道主德国以外最大的参展团体。中国制造的系列制氢装备和氢能储运装备，吸引了众多国际客商的目光。
氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，被誉为“21世纪的终极能源”。
在全球应对气候变化的大背景下，氢能正在逐渐成为全球新的战略竞争焦点、各国培育新兴产业的重要方向、推动能源生产消费绿色低碳转型的重要抓手。国际氢能委员会预计，到2050年,氢能可以满足全球能源总需求的18%，或全球一次能源总需求的12%。届时，相关市场规模将超过2.5万亿美元。
在碳达峰、碳中和的双碳目标推动下，我国氢能行业发展按下了加速键。目前，我国已成为世界上最大的制氢国，年制氢产量约3300万吨，其中，达到工业氢气质量标准的约1200万吨。2022年，我国贡献了全球可再生能源总容量新增部分的约48%，在全球能源转型和促进可持续发展方面发挥着关键作用。
根据我国《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，到2025年，将初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系。燃料电池车辆保有量约5万辆，部署建设一批加氢站。可再生能源制氢量每年能达到10万吨至20万吨，成为新增氢能消费的重要组成部分，实现二氧化碳减排每年100万吨至200万吨。
“随风潜入夜，润物细无声。”如今，氢能产业已悄无声息地走近了我们，日常生活中处处可以看到它们的“身影”——
在京津冀、长三角、珠三角等氢能示范城市群，已经可以看到一批氢能公交车行驶在道路上。今年2月，广东省广州市南沙区，“南沙氢跑”公共出行服务项目正式启动。只排放水、不产生二氧化碳的氢燃料电池乘用车，为市民提供出行便利。
据最新数据，我国氢能重卡已经超过了3000台。在一些港口和工业园区，氢能重卡已经替代了原来的柴油重卡运输货物，成为低碳大背景下一道亮丽的风景线。
截至目前，我国已建成加氢站超过350座，为过往的氢能汽车提供加氢服务，国内“氢能走廊”初见雏形……
相信在不久的将来，氢能将最终纳入我国终端能源体系，成为推进我国能源清洁低碳转型的重要手段。
绿色氢能要发展，氢气运输需先行
氢气是世界上最轻的气体。这也就意味着，由于氢气体积能量密度极低且液化困难，其运输成本远远超过石油和天然气等燃料。
氢气的来源具有非均匀分布的特点，这就需要将氢气运输到“需要的地方”。然而，氢气的运输成本占据总成本的三分之一，已经成为氢能产业发展必须解决的关键问题之一。
氢气运输的方式多种多样，目前主要有高压气氢运输、低温液氢运输和管道运输等几种运输手段。
高压气氢运输，就是把氢气压缩后储存在压力容器中，由长管拖车运输。这是目前运用最普遍、技术最为成熟的运氢方式。通常使用的储氢容器自重较大，导致拖车运输时氢气重量只能占到总运输重量的1%～2%。受到人工费与油费影响，高压气氢运输成本随距离增加逐渐上升。因此，这种方式仅适用于运输距离不超过200公里的场景。
低温液氢运输是将氢气液化后，装入专用的低温绝热槽管，通过公路、水路等方式运输。氢气经过液化后，体积能量密度更高、占用空间体积更小，运输效率更高。这种运氢方式，运输成本受距离影响较小，适用于长距离运输。但是液氢罐车运输缺点也很明显，那就是制取液氢的能耗较高，对液氢储罐的材料和工艺要求高，安全防护技术非常复杂。目前我国主要将该方式用于航天领域，而其他领域鲜少涉及。
管道运输，即在制氢工厂与氢气站、用氢单位等之间建设管道，氢气以气态形式进行运输。管道运输是实现氢气大规模、长距离、低成本运输的重要方式。然而，氢气管道的成本依然是制约管道运输的重要因素。利用现有天然气管道掺氢运输，或者改造天然气管道以解决管道建设高成本等，是近年来氢气管道运输的研究热点。而建设专用纯氢气运输管道，则是输氢管道建设的“终极形态”。
除此之外，也有专家提出了固态存氢运输方式。固态存氢运输是通过物理或化学方式使氢气与储氢材料结合，实现氢气的存储和运输。常见储氢材料有金属合金、碳材料等。固态存氢运输具有体积储氢率高、放氢纯度高、储氢压力低、安全性好等优势。然而，当前主流金属储氢材料仍存在质量储氢率较低、循环性能较差等问题，尚处于技术攻关及示范应用阶段。
输氢管道建设或成“破局”关键
“西氢东送”来了！4月10日，据新华社报道，我国首条跨省区、大规模、长距离的“西氢东送”纯氢输送管道示范工程，被纳入《石油天然气“全国一张网”建设实施方案》。
这条管道从内蒙古出发，到达燕山石化，全长400多公里。管道预计每天的输送量为270多吨，足以满足近2万辆氢能公交车的使用需求。管道建成后，一期运力预计达到每年10万吨，还预留了每年50万吨的远期提升潜力。这标志着我国氢气长距离输送管道进入新发展阶段。
放眼世界，氢气管道运输已有80多年历史，是一种较为成熟的方案。目前，全球氢气输送管道总里程已超过5000公里。美国和欧洲起步较早，美国的氢气输送管道已经超过2700公里，位居世界第一。欧洲的氢气输送管道也已达到1770公里，并在不断加快建设进度。
去年12月，西班牙、法国和葡萄牙三国领导人，在欧盟地中海国家集团领导人会议期间，启动了欧盟首条大型绿氢输送走廊H2Med建设计划。这一绿氢输送走廊起自葡萄牙，途经西班牙，穿过地中海，修至法国马赛，然后连接欧洲其他国家。项目分海上和陆上两部分。陆上部分全长248公里，海上部分全长455公里，拟于2030年前投入运营。西班牙政府估算，H2Med管道每年将供应约200万吨氢，占欧盟氢需求总量的10%。
“远帆如不动，原树竞相高。”我国也正在加快氢气管道建设。按照现在公布规划的氢气管道建设项目，规划总长度预计超过1500公里。整体看，输氢管道已迈入快速发展期，当前建设发展重点是尽快突破技术难关和制约瓶颈。
首先要重点攻克的是抗氢脆材料技术。氢气与管道长期接触，氢会侵入到材料内部，导致材料出现韧性下降、裂纹扩张速度加快等氢脆现象，进而导致管道受损。有研究表明，氢气压力、纯净度、环境温度、管道强度水平、变形速率、微观组织等因素，均会影响管道的损伤程度。尽快研制出低成本、高强度的抗氢脆材料，是实现大规模、低成本管道输氢的前提。
另外，氢气无色无味、易散逸、泄漏后难以发觉，且点火能量低、燃烧范围宽，对管道密封技术、监测与测试技术、安全技术要求更高。因此，高性能输氢管道设计制造、管道运行控制以及应急安全维护等相关技术亟待突破。与输氢管道配套使用的大流量压缩机、氢气计量设备阀门、仪表等相关装备研制进度也需加快。
与此同时，输氢管道相关标准也需要加以规范。我国虽然已建成部分输氢管道，积累了一定管道设计、施工、运行和维护经验，但目前国内还没有成体系的输氢管道标准。建立输氢管道相关标准，可以更好地指导输氢管道的选材用料、设计建造、运行维护、监测检查和风险评估。
从“西气东输” 到“西氢东送”，两字之变蕴含着国家能源建设发展格局的深刻变化。
我国是全球最大的能源贸易进口国，石油和天然气高度对外依赖对国家能源安全构成潜在威胁。为应对挑战，多年来我国不断增加海外能源输入来源和方式，加大国内产能开发，并且逐步建立起石油战略储备，着力维护国家能源安全。从长期看，发展和运用好清洁、低碳、高效和安全的氢能，对维护国家能源安全有重要意义。
近年来，欧洲国家为摆脱能源依赖，加快推进输氢管网基础设施建设，将氢能更便捷高效地输送至需求端，已经初步验证了大规模应用氢能、降低能源进口依赖的可行性。在此背景下，推进输氢管道建设，逐步构建高密度、低成本、大规模的氢能运输网络，无疑对释放我国氢能供给端巨大潜力、加速推进我国能源清洁低碳转型、促进形成多元互补现代能源供应体系具有重要意义。
