中国大规模输氢管网建设元年开启 2030年我国建成输氢管道里程将突破5000公里
随着可再生能源利用技术和装备的持续突破与迭代，可再生电力成本持续下降，促进可再生能源制氢（简称“绿氢”）成本不断下降，绿氢经济性的持续优化推动各领域绿氢应用需求快速扩大。据中国产业发展促进会氢能分会观察分析，巨大的应用潜力将带动绿氢长距离大规模运输需求日趋强烈，低成本稳定的大规模氢储运技术已成为决定绿氢规模化应用进程的关键因素之一。
管道输氢是氢气跨地域长距离运输的有效途径，完善的输氢管道网络是破除绿氢消纳瓶颈，实现可再生能源跨地域调配的必要支撑。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个省级行政区发布了氢能产业发展专项规划或实施意见，其中有27个省级行政区将管道输氢技术与装备研发和开展管道输氢试点示范列入重点工作。据中国产业发展促进会氢能分会分析预测，到2030年，我国各类输氢管道建成总里程将突破5000公里，并将在2035年前达到万公里级别。
1、中国大规模输氢管网建设元年开启
2024年以来我国输氢管道建设喜讯连连，一张覆盖全国的输氢管网建设蓝图正在徐徐展开。其中内蒙古作为全国氢能产业发展与投资的热土，在积极扩大绿氢生产规模的同时，加快推动输氢管网建设。
2024年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（2#-5#阀室）顺利通过验收，项目全线有望在8月底试运行，在10月份实现达产保供目标。该管道全长258公里，掺氢比例可达10%，最大年输氢能力可达1.2亿立方米。2024年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市正式开工，该管道全长125公里。2024年5月16日，总长1145公里，横跨内蒙古、山西省、河北省、北京市和天津市5个省市的全国首个长距离纯氢管道工程-内蒙古乌兰察布市至京津冀地区氢气输送管道工程完成项目安全评价招标。除内蒙古外，全国多个地区输氢管道建设取得积极进展，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了最新进展。
表1 2024年我国输氢管道项目进展汇总
数据来源：中国产业发展促进会氢能分会
2、管道输氢技术加速成熟
氢气管道输送包括纯氢管道和天然气掺氢管道两种，两种技术路线又都包括高压和低压两条路线，不同技术路线之间具有较大差别，且其优缺点和应用场景均有所不同，相比之下低压氢气管道技术更加成熟。
在掺氢输送方面，近年来随着国内掺氢示范应用逐步开展，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，当前国内已建成氢气输送管道设计压力均不高于4MPa，管道材质为L245或20#碳素钢。据中国产业发展促进会氢能分会统计，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过5000公里，我国纯氢管道建设已经逐步向大口径、长距离、大规模输氢转变，部分规划管道已开始采用L360管线钢，设计压力达到6.3MPa，管径达到610毫米，最大输气能力已达10万吨/年级别。
表2 管网输氢不同技术路线对比
注：设计压力低于4MPa，管径小于508mm定义为低压管道，其他定义为高压管道。
数据来源：中国产业发展促进会氢能分会
3、我国管道输氢技术仍然面临多方面挑战
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相对薄弱。
在掺氢设备和氢分离设备开发与应用方面，天然气掺氢设备主要在城燃领域进行应用，目前投产的示范项目流量较小（≤10万标方/天）、压力较低（≤4MPa），大流量掺混系统的工程示范数据不足，大流量掺混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，提高压缩机使用寿命及生产效率，但可靠性与稳定性方面仍有提升空间。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，当前虽取得技术上的突破但国产替代比例上还有待提升。
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的重点，可显著提高管道的输氢能力，国内预计在2030年左右取得突破并进入试用阶段。
4、管道输氢经济性分析
在管道掺氢经济性方面，决定掺氢运输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，管道掺氢输送的成本基本可以忽略不计。对于高压长输管道而言，当掺氢比小于3%时，管道掺氢输送的成本基本可以忽略不计；当掺氢比大于3%时，需对长输管道系统进行评估与改造，其管输费用约为0.5~1.0元/（千标方·公里），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有效降低分离提纯成本，当掺氢比例为10%时，氢气分离提纯成本为2.3~5.7元/标方的，当掺氢比例上升至20%时，氢气分离提纯成本降低至1.4~5.1元/标方。
在纯氢管道经济性方面，提高输送压力可有效降低氢气运输成本。对于低压纯氢管道系统，其运输成本相对较高，约为3.5~10.0元/（千标方·公里），主要构成为工程建设投资，受管道负荷率影响显著。对于高压纯氢管道系统而言，其运输成本将大幅下降，预计成本将在0.5~1.37元/（千标方·公里），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。
5、管网输氢发展趋势展望
管道输氢是实现氢气大规模、网络化运输最具潜力的技术之一，高压力、大口径、长距离的输送技术是未来发展方向。
我国管道输氢技术图谱
中国产业发展促进会氢能分会制图
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近期重点工作。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、泄露、喷射火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，对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近期重点工作。
预计2025年前后，我国将形成完善的天然气管道掺氢输送适用性评价技术，实现2~3个氢气管道示范项目平稳运行，部分天然气管道掺氢量达到5%。预计到2030年，我国各类输氢管道建成总里程将突破5000公里；预计到2035年，天然气管道掺氢输送技术基本具备广泛推广条件，实现“西氢东送”且成本可控，氢气管道（含掺氢天然气管道）总里程达到万公里级别。2050年，高压力大口径长输管道输氢技术成熟且经济可行，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。
来源：中国产业发展促进会氢能分会
