德国发布输氢管道网络远景图 超全球当前总长度

高昂的氢气运输成本阻碍了氢能源产业的发展和氢气的大规模利用。为解决这一难题,德国传输系统运营协会FNB gas提出了在德国全国范围建立氢基础设施的计划,其中包括建设总长度达5900公里的输氢管道,以达到降低氢气运输成本,大规模推广使用氢气的目的。目前世界范围内输氢管道总长度不足5000公里,这意味着德国的氢气管道长度将长于全球现有的输氢管道总长度!

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图1 FNB氢气管道建设远景图

值得注意的是,这个管道系统90%的管道将基于现有的天然气管道网络进行建设,这将大幅降低氢气管道的建设成本。FNBgas负责人RalphBahke说道:“传输系统运营商致力于在现有的天然气基础设施运营氢气。我们正在全速研究具体的技术和网络规划解决方案,以确保系统整合成功。”

此前,德国已经启动了在天然气管道中掺入20%氢气的示范项目,这个数值目前被认为是天然气管道运输氢气的安全上限。FNB计划在现有天然气管道上实现氢气管道运输的项目对于氢能产业的发展有着重大意义,能够大幅降低氢能产业基础设施建设成本,将氢能产业发展向前推进一大步!

输氢管道建设难度何在?

管道输送是气体大规模、长距离、低成本运输的方式,然而实现管道输氢气并非易事。除了氢气应用规模较小之外,还有以下三点原因造成了氢气管道建设缓慢:

(1)管道材质问题。由于氢气分子极小,极易渗透到钢管内部,导致钢管发生氢脆、氢致开裂等损伤,其管道运输成本往往大于同能量流率下天然气管道运输的成本;

(2)氢气运营管理问题。氢分子属于易燃易爆气体,其爆炸极限为体积浓度4.0%至75.6%,范围远广于天然气等气体,需要有严格的管理标准与应急方案;

(3)成本问题。有数据显示,在美国,天然气管道的造价仅为12.5万—50万美元/公里,但氢气管道的造价大约为30万—100万美元/公里,是天然气管道造价的2-3倍。

选择合适的钢管材质,确定相应的技术要求,将氢气对钢管的损伤程度降到最低,同时降低氢气的爆炸风险和建设成本成为输氢管道建设的关键。

各国加快氢气管道网络发展速度

目前国内外低压氢气管道运输尚处于初步发展阶段。根据相关数据,到2016年,美国拥有2608公里的输氢管道,欧洲拥有1598公里的输氢管道,我国则仅有100公里输氢管道。全球范围内输氢管道总长度不到5000公里,与总长度达到两百万公里级别油气管道相比是数量级上的差距。出于示范性质与建设成本方面考虑,大多数管道输氢项目采用了天然气管道掺氢的方式。

表1 世界各国氢气管道建设情况

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数据来源:《掺氢天然气管道输送安全技术》氢云链整理

值得注意的是,国际上的氢气管道呈现垄断态势,基本集中在四大气体巨头手中。这与目前氢气主要用于工业生产有密切关系。随着氢气逐渐向能源转换,氢气管道可能将向油气管道公司集中。

表2 企业运营氢气管道长度情况

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数据来源:《掺氢天然气管道输送安全技术》氢云链整理

目前国内已建成多个管道输氢项目,若包括天然气掺氢项目,国内已拥有数百公里的氢气运输管道。随着国内氢能源产业化进度加快,氢气管道网络的建设也将提上日程。

表3 国内部分管道输氢项目

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来源:氢云链整理

国际上近期也加强了对氢气管道项目的研究与实践,以下是部分海外输氢管道项目实践情况。

法国

2019年11月,法国天然气管道运营商表示,从2030年起,法国天然气网络可能会进行改造,以管道输送天然气与20%氢气的混合物。其他运营商则表示,法国网络最初可使用混合了6%氢气的天然气。这些运营商建议政府设定到2030年达到10%的目标,然后再设定20%的目标。

意大利

2019年10月消息,意大利计划将于2019年年底在意大利南部坎帕尼亚的ContursiTerme管网中测试10%的氢气与天然气混合。此前于2019年4月,意大利Snam企业在该地将5%氢气和天然气混合,纳入意大利天然气管网并成功完成输送。

德国

2019年8月,德国天然气网络运营商协会(FNBGas)指出,鉴于德国的天然气基础设施较为完善,氢气适合在德发展,并敦促政府逐年递增天然气管网纳入氢气、甲烷等脱碳气体的比例,如从2021年的1%升至2030年的10%。此前,德国公用事业公司意昂(E.on)启动将更高比例氢气混合物掺入天然气管网的测试项目,计划将天然气管网的掺氢率提至20%。

英国

2019年9月,英国基尔大学开展试验,将20%体积的氢气掺杂至一个由大学运营的内部天然气管网中,向100个家庭和30个教学楼提供混合燃气。资料显示,该试验是为期6年的HyDeploy项目的子项目之一。HyDeploy项目于2017年启动,项目目标是到2023年,氢气生产商可直接向天然气网络中注入氢气。根据计划,HyDeploy项目剩余两项试验将分别于2020年及2021年在英国东北部的NGN网络及西北部的Cadent网络进行。

荷兰

荷兰Ameland曾于2008-2011年开展了有关将风电制氢掺入当地天然气管网的研究。其中2010年年均氢气掺入体积分数达到12%。

韩国

韩国天然气公司计划在2030年前投资40亿美元在韩国建设氢能基础设施,包括25座制氢设施和全长700公里的管道。(来源:氢云链)

2020年2月6日 10:37