《管道保護(hù)》編輯部：隨著“雙碳”戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，社會(huì)對(duì)清潔能源的需求日益增長(zhǎng)，氫能作為一種零排放的能源載體，將成為未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分。目前我國(guó)摻氫天然氣管道、純氫管道等試點(diǎn)示范已經(jīng)列入氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃，氫能與天然氣產(chǎn)業(yè)的融合為氫能的規(guī)模化輸送與利用提供了新的思路。本期我們特別邀請(qǐng)了北京控股集團(tuán)北京市煤氣熱力工程設(shè)計(jì)院有限公司道石研究院副院長(zhǎng)兼總工程師王洪建博士做客專(zhuān)家訪談欄目，與讀者一同分享天然氣摻氫與純氫管道輸送技術(shù)的最新研究進(jìn)展。郵箱：guandaobaohu@163.com。

編輯部：王博士您好，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）》提出，氫能是未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分。請(qǐng)您根據(jù)這部規(guī)劃介紹一下我國(guó)氫能利用的發(fā)展目標(biāo)以及研究重點(diǎn)。

王洪建：氫能是一種清潔、靈活、零碳的二次能源，取之于水，還之于水，可大規(guī)模存儲(chǔ)和運(yùn)輸，氫能的開(kāi)發(fā)利用有利于可再生能源的消納和終端難減排領(lǐng)域的碳中和，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)低碳能源轉(zhuǎn)型具有重要意義。氫能目前主要應(yīng)用在化工和能源領(lǐng)域，未來(lái)氫能的應(yīng)用范圍還會(huì)快速拓展，具有極其巨大的發(fā)展前景。預(yù)計(jì)到2050年全球終端能源的18%由氫能承擔(dān)，2060年氫在我國(guó)終端能源體系占比20%，市場(chǎng)規(guī)模提升10～20倍，預(yù)計(jì)將新增10萬(wàn)億級(jí)新興市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)外一些權(quán)威研究機(jī)構(gòu)對(duì)此做了具體分析（圖 1）。

圖 1 我國(guó)終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)
（來(lái)源于2024年中石化技經(jīng)院《中國(guó)能源展望2060》）

《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）》明確了氫能的戰(zhàn)略定位、目標(biāo)和主要任務(wù)，提出逐步開(kāi)展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點(diǎn)示范工作，規(guī)劃到2025年建立以工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫為主的氫能供應(yīng)體系，燃料電池車(chē)輛保有量約5萬(wàn)輛，可再生能源制氫量達(dá)到10×104 t/a～20×104t/a。到2030年形成技術(shù)創(chuàng)新體系，支撐我國(guó)碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，到2035年形成氫能利用的交通、儲(chǔ)能、工業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)綠色轉(zhuǎn)型。

氫能儲(chǔ)運(yùn)在氫能產(chǎn)業(yè)鏈中至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)主流的是氣氫運(yùn)輸，經(jīng)濟(jì)距離約200 km，但氫氣的生產(chǎn)一般遠(yuǎn)離城市，運(yùn)輸成本高，需要盡快解決長(zhǎng)距離輸氫的難題。管道輸氫具有很大潛力，包括天然氣管道摻氫輸送和純氫管道輸送。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，相比其他運(yùn)輸方式，75%～100%負(fù)荷率的管道輸氫是最具經(jīng)濟(jì)性的運(yùn)輸方式，同時(shí)通過(guò)控制輸送環(huán)境，可以有效避免氫氣污染和泄漏等問(wèn)題，管道輸氫能夠保證輸送氫氣質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。

開(kāi)展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點(diǎn)示范已經(jīng)列入氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃。2021年12月，國(guó)家能源局、科學(xué)技術(shù)部發(fā)布《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》，提出開(kāi)展純氫/摻氫天然氣管道及輸送關(guān)鍵設(shè)備安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性和完整性評(píng)價(jià)，制定出相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，穩(wěn)步、有序地推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)和天然氣產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展，科技部立項(xiàng)開(kāi)展5%～20%天然氣摻氫示范工程，正在穩(wěn)步構(gòu)建氫能儲(chǔ)運(yùn)體系。

編輯部：從您的介紹可以看出，天然氣管道摻氫輸送是今后氫能技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展方向之一，請(qǐng)您分析一下其技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性，未來(lái)可能面臨哪些挑戰(zhàn)。

王洪建：天然氣摻氫技術(shù)對(duì)氫能發(fā)展意義重大。這項(xiàng)技術(shù)的原理是將氫氣與天然氣混合，通過(guò)天然氣管網(wǎng)輸送到終端用戶(hù)。該技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是有利于能源儲(chǔ)存，從而提高可再生能源利用率，通過(guò)天然氣摻氫10%，每年可利用300×104 t氫氣/1730×108 kW·h電，如歐洲35%在營(yíng)或在建的可再生能源制氫項(xiàng)目用于天然氣摻氫；二是有利于能源輸運(yùn)，充分利用已有的天然氣管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)氫能大規(guī)模、長(zhǎng)距離、低成本輸運(yùn)，輸送成本約為0.003元/kg·km～0.008元/kg·km；三是有利于降低碳排放，當(dāng)摻氫比例達(dá)到10%～20%時(shí)，可以降低3.5%～7.6%的碳減排，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)工業(yè)、建筑等領(lǐng)域的深度減碳；四是有利于保障能源安全，氫能作為天然氣資源的補(bǔ)充，可以降低我國(guó)天然氣對(duì)外依存度。

歐盟、美國(guó)、日本、加拿大等從本世紀(jì)初就開(kāi)始了天然氣管道摻氫技術(shù)相關(guān)應(yīng)用示范研究，并列入到國(guó)家氫能規(guī)劃。截至2023年，全球共開(kāi)展了50多個(gè)示范工程，每年有超過(guò)3000噸氫氣摻入天然氣管網(wǎng)，天然氣摻氫比例一般為5%～30%，其中多數(shù)國(guó)家目前的最高摻氫比例為20%，遠(yuǎn)期有望逐步達(dá)到100%。

我國(guó)也非常重視天然氣摻氫的研究和應(yīng)用示范。今年5月份，國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布了《天然氣利用管理辦法》，指出將終端天然氣摻氫示范項(xiàng)目等高精尖天然氣安全高效利用新業(yè)態(tài)作為優(yōu)先支持類(lèi)方向。此外，國(guó)家科技部已經(jīng)連續(xù)三年立項(xiàng)開(kāi)展天然氣摻氫的全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)研究，穩(wěn)步構(gòu)建“氫進(jìn)萬(wàn)家”示范工程。除了國(guó)家層面的政策支持以外，多個(gè)地區(qū)也制定了相關(guān)規(guī)劃政策。2021年，山東省濰坊市明確了摻氫天然氣的發(fā)展定位和示范項(xiàng)目建設(shè)補(bǔ)貼，提出了圍繞摻氫天然氣輸配體系及“氫進(jìn)萬(wàn)家”綜合示范等技術(shù)方向，貫通基礎(chǔ)前瞻、共性關(guān)鍵、工程應(yīng)用和評(píng)估規(guī)范環(huán)節(jié)。北京市提出進(jìn)行天然氣摻氫適應(yīng)性評(píng)價(jià)研究及示范驗(yàn)證，河北省明確了“天然氣摻氫關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用示范”課題方向，內(nèi)蒙古在2021年自治區(qū)科技重大專(zhuān)項(xiàng)申報(bào)指南中，明確“中低壓純氫與摻氫燃?xì)夤艿垒斔图捌鋺?yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”課題方向。國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)也在積極開(kāi)展天然氣摻氫應(yīng)用示范，我們參與了如國(guó)家電投、北京燃?xì)�、張家口中油金鴻、烏海凱潔燃?xì)�、四川博能燃�(xì)獾裙�司開(kāi)展的天然氣示范工程的論證與示范工程，摻氫比例為5%～20%。

2023年，在國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的支持下，中國(guó)城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)牽頭、北京煤熱院作為主編單位完成了“天然氣管道摻氫輸送及終端利用研究”大型咨詢(xún)課題。在研究中，我們分析了天然氣摻氫輸送技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性。研究表明，天然氣管道經(jīng)過(guò)微小的改造（色譜儀、球罐等），摻氫比10%是安全可行的，高鋼級(jí)管材在高壓下的適應(yīng)性限制了長(zhǎng)輸管道摻氫比的提高，同時(shí)要關(guān)注壓縮機(jī)、流量計(jì)、加臭和氣體檢測(cè)儀的適應(yīng)性，并加快研發(fā)高摻氫比下的色譜分析和泄漏檢測(cè)方案。

關(guān)于天然氣摻氫的經(jīng)濟(jì)性，我們通過(guò)構(gòu)建分析模型研究認(rèn)為，當(dāng)前在一定條件下，工業(yè)副產(chǎn)氫具備經(jīng)濟(jì)可行性，綠氫價(jià)格較高，尚不具備經(jīng)濟(jì)可行性，需要國(guó)家對(duì)綠氫采購(gòu)或摻氫天然氣銷(xiāo)售等方面給予政策補(bǔ)貼。綠氫價(jià)格下降是未來(lái)?yè)綒涮烊粴庖?guī)模化發(fā)展的必然要求，樂(lè)觀情境下，2026年左右開(kāi)始進(jìn)入商業(yè)化導(dǎo)入階段，2042年進(jìn)入商業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用階段。

當(dāng)前天然氣摻氫技術(shù)仍面臨挑戰(zhàn)，還需要加強(qiáng)對(duì)能量密度、氫脆、燃燒特性、擴(kuò)散特性等方面的研究。由于氫的能量密度僅為甲烷1/3的熱值，其擴(kuò)散特性比甲烷快3倍，火焰?zhèn)鞑ニ俣却蠹s是甲烷的6～7倍，可能對(duì)管網(wǎng)的相容性和完整性產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。終端使用的灶具、鍋爐以及燃?xì)廨啓C(jī)是否能保證正常安全使用還有待研究，這些挑戰(zhàn)需要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)備改進(jìn)來(lái)加以克服。

實(shí)際上，從城市燃?xì)獾陌l(fā)展歷史來(lái)看，“人工煤氣時(shí)代”（燃?xì)?.0），氫氣就已經(jīng)是城市燃?xì)獾闹匾�組成部分。如1959年北京市開(kāi)始使用煤氣，煤氣中就含有55%～60%的氫氣。自1987年天然氣進(jìn)京以后，由于資源和成本的原因，天然氣逐漸替代人工煤氣成為主要的燃?xì)赓Y源，北京進(jìn)入了“天然氣時(shí)代”（燃?xì)?.0）。如今，隨著氫能技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用的拓展，及社會(huì)對(duì)綠色燃?xì)獾钠惹行枨螅瑲錃庥型�再次成為城市能源的重要組成部分，特別是天然氣摻氫技術(shù)的規(guī)�；瘧�(yīng)用，將加快迎來(lái)“氫能時(shí)代”（燃?xì)?.0）。

編輯部：目前國(guó)際上純氫輸送管道發(fā)展比較快，國(guó)內(nèi)也正在積極推進(jìn)，請(qǐng)您介紹一下這方面的情況。

王洪建：純氫管道是將氣態(tài)氫從制氫站輸送到用氫單位的管道。氫氣從制氫站出來(lái)后，經(jīng)過(guò)管道進(jìn)行收集，通過(guò)增壓站加壓后進(jìn)入氫氣長(zhǎng)輸管道，輸送到各個(gè)末站進(jìn)行分配。國(guó)際上純氫管道運(yùn)輸已有80余年歷史，目前總里程超過(guò)5000 km，基本由法國(guó)Air Liquide、美國(guó)Air Products、美國(guó)Praxair和德國(guó)Linde等四大公司建設(shè)，大多數(shù)由氫氣生產(chǎn)商運(yùn)營(yíng)。全球最大的氫氣管網(wǎng)位于墨西哥灣沿岸的美國(guó)，全長(zhǎng)965 km，輸氫量150×104 Nm³/h。全球最早的輸氫管道在德國(guó)，全長(zhǎng)240 km，管徑250 mm～300 mm，運(yùn)行壓力0.2 MPa～2.1 MPa。目前歐洲最長(zhǎng)的輸氫管道從法國(guó)北部一直延伸至比利時(shí)，全長(zhǎng)約402 km。

歐洲實(shí)施的氫氣骨干管網(wǎng)（EHB）計(jì)劃，預(yù)計(jì)2030年建立一個(gè)1.16×104 km 的氫氣網(wǎng)絡(luò)，到2040年將建立一個(gè)長(zhǎng)達(dá)5.3×104 km 的氫氣網(wǎng)絡(luò)，用于連接21個(gè)歐洲國(guó)家，其中約60%的純氫管道將由現(xiàn)有天然氣管道改造而成。2022年12月，由西班牙、法國(guó)、葡萄牙三國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人簽署歐盟氫能管道項(xiàng)目H2Med計(jì)劃，旨在大規(guī)模利用西班牙和葡萄牙的清潔能源，促進(jìn)歐洲工業(yè)脫碳，管道將于2025年開(kāi)始建設(shè)，計(jì)劃用時(shí)4年。陸上部分自葡萄牙東北部塞洛里庫(kù)修至西班牙西北部薩莫拉，全長(zhǎng)248 km，修建費(fèi)用預(yù)計(jì)為3.5億歐元（1080萬(wàn)元/km）；海上部分起自西班牙巴塞羅那，沿地中海海底鋪設(shè)至法國(guó)馬賽，最大深度2600 m，全長(zhǎng)455 km，成本約25億歐元（4000萬(wàn)元/km），每年將輸送200萬(wàn)噸氫，占?xì)W洲氫氣消耗量的10%，將成為歐洲首個(gè)氫能走廊。

我國(guó)現(xiàn)有氫氣輸送管道總里程約400 km，已建項(xiàng)目以化工廠區(qū)內(nèi)應(yīng)用為主。我國(guó)自主建設(shè)的典型輸氫管道，有2014年建成投產(chǎn)的中國(guó)石化巴陵石化—長(zhǎng)嶺輸氫管道和2015年建成投產(chǎn)的中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司濟(jì)源—洛陽(yáng)輸氫管道。近年輸氫管道建設(shè)增多，有2022年建成的上海寶冶冶金輸氫管道，長(zhǎng)3.97 km，年最大輸量5040 t。2022年開(kāi)工的甘肅省玉門(mén)油田公司輸氫管道，長(zhǎng)度5.77 km，管徑200 mm，設(shè)計(jì)壓力2.5 MPa，年最大輸量7000 t，是國(guó)內(nèi)首個(gè)綠氫純氫管道，輸氫能力1×104 Nm³/h。

隨著氫能需求規(guī)模的增加，我國(guó)輸氫管道建設(shè)開(kāi)始提速。根據(jù)國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2030年氫氣輸送管道總里程將近1000 km，高壓氫氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)里程達(dá)到3000 km。如中石化京蒙輸氫管道，起于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市，終點(diǎn)位于北京市的燕山石化，管道全長(zhǎng)超過(guò)600 km，2023年底開(kāi)始建設(shè)，管道一期運(yùn)力10×104 t/a，預(yù)留50×104 t/a的遠(yuǎn)期提升潛力，是“西氫東送”國(guó)內(nèi)目前規(guī)劃建設(shè)的距離最長(zhǎng)、輸氫量最高的管道。定州—高碑店氫氣管道，全長(zhǎng)164.7 km，管徑508 mm，設(shè)計(jì)壓力4 MPa，最大輸量10×104 t/a，是首條燃料電池的氫氣管道項(xiàng)目。通遼純氫示范應(yīng)用項(xiàng)目，全長(zhǎng)7.8 km，管徑400 mm，設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa，一期10×104 t/a，二期30×104 t/a，該項(xiàng)目利用棄風(fēng)棄電綠色制氫，項(xiàng)目兼具輸氫與測(cè)試功能。

當(dāng)前純氫管道運(yùn)輸主要面臨三方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。一是關(guān)鍵技術(shù)方面，低成本、高強(qiáng)度抗氫脆材料、高性能氫能管道的設(shè)計(jì)制造、熱處理工藝等技術(shù)還需加強(qiáng)。二是相關(guān)裝備國(guó)產(chǎn)化方面，大流量壓縮機(jī)，氫氣計(jì)量的設(shè)備閥門(mén)、儀表等國(guó)產(chǎn)化數(shù)量嚴(yán)重不足。三是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方面，氫能管道設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、維護(hù)等方面的標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有和國(guó)際接軌，以流速限制為例，目前國(guó)內(nèi)氫氣管道標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)流速為8 m/s～15 m/s，但國(guó)際ASME標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氫氣壓縮機(jī)氫氣管道流速不得超過(guò)高峰條件時(shí)的侵蝕速度，較為寬松。

輸氫管道是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)氫能的規(guī)�；�、低成本輸運(yùn)，從而將我國(guó)“三北地區(qū)”的綠氫輸送到東南地區(qū)，推動(dòng)我國(guó)能源的綠色低碳轉(zhuǎn)型。目前氫能產(chǎn)業(yè)仍處于產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入階段，猶如北京冬奧會(huì)的氫火炬一樣，雖然氫火炬的火苗很小，但已具燎原之勢(shì)，“氫進(jìn)萬(wàn)家”未來(lái)可期！

編輯部：感謝您接受我們的采訪。