“氫能十解”之三：氫基能源制取之謎
行業(yè)分析2024-02-27
氫基能源規(guī)?；瘍?chǔ)存和運(yùn)輸是氫基能源大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)，高效率、低成本的儲(chǔ)輸方式是降低氫基能源終端應(yīng)用成本的關(guān)鍵因素之一。
當(dāng)前氫氣較成熟的儲(chǔ)存方式主要有氣態(tài)和液態(tài)兩種形式，運(yùn)輸方式主要有長(zhǎng)管拖車(chē)、液氫槽車(chē)和管道運(yùn)輸。氨和甲醇是氫基能源目前主要的衍生品類(lèi)，兩者均為成熟的工業(yè)原料，運(yùn)輸方式比較成熟，一般以液態(tài)形式通過(guò)車(chē)、船、鐵路以及管道等方式進(jìn)行運(yùn)輸。氫基能源的大規(guī)模、長(zhǎng)距離管道運(yùn)輸在國(guó)內(nèi)外均有較為成熟運(yùn)行案例，目前國(guó)內(nèi)正處于氫基能源規(guī)?；l(fā)展的起步階段，預(yù)期為適應(yīng)氫基能源大規(guī)模發(fā)展與應(yīng)用的要求，未來(lái)氫基能源將形成以管道承擔(dān)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，以其他運(yùn)輸方式承擔(dān)中短距離運(yùn)輸?shù)木C合輸運(yùn)系統(tǒng)。
氫基能源儲(chǔ)存技術(shù)
(1)氫儲(chǔ)存技術(shù)
儲(chǔ)氫技術(shù)按照氫的物理形態(tài)可分為氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫三種技術(shù)路線。
高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是氫儲(chǔ)存最直接的方式。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是指通過(guò)高壓將氫氣壓縮到一個(gè)耐高壓的容器或地下儲(chǔ)氣庫(kù)中，其儲(chǔ)氫量與儲(chǔ)存壓力成正比，目前應(yīng)用最多的儲(chǔ)氫容器是儲(chǔ)氣罐和車(chē)載儲(chǔ)氫瓶，壓力最高可達(dá)到70MPa級(jí)。高端碳纖維技術(shù)不夠成熟且復(fù)合材料成本較高，是目前制約國(guó)內(nèi)高壓儲(chǔ)氫發(fā)展的主要因素，未來(lái)高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫還需向輕量化、高壓化、低成本、質(zhì)量穩(wěn)定的方向發(fā)展，低成本的適用于高壓臨氫環(huán)境的新材料是研發(fā)的重點(diǎn)。地下儲(chǔ)氫是指利用地下地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行大規(guī)模的氫存儲(chǔ)，即將氫氣注入鹽穴、枯竭油氣藏或含水層等地下地質(zhì)構(gòu)造中儲(chǔ)存起來(lái)。地下儲(chǔ)氫具有儲(chǔ)存規(guī)模大、儲(chǔ)存周期長(zhǎng)、儲(chǔ)存成本低、安全性高四大優(yōu)勢(shì)，與地面儲(chǔ)氫相比，地下儲(chǔ)存的氫氣不與大氣中的氧氣接觸，爆炸危險(xiǎn)性更低。
液態(tài)儲(chǔ)氫包含低溫液態(tài)儲(chǔ)氫和有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫兩種技術(shù)路線。低溫液態(tài)儲(chǔ)氫基本原理是將氫氣壓縮冷卻至-253℃使其液化，并儲(chǔ)存在低溫絕熱容器中，液氫密度可達(dá)70.78kg/m3。氫氣液化系統(tǒng)和儲(chǔ)氫容器是氫氣低溫液化儲(chǔ)存的關(guān)鍵裝置。低溫液態(tài)儲(chǔ)氫具備儲(chǔ)量大、純度高、占地小、充裝快等優(yōu)勢(shì)，但由于氫氣液化溫度低，使得液化系統(tǒng)能耗高，且對(duì)儲(chǔ)氫容器絕熱要求高。有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫是利用氫氣與有機(jī)介質(zhì)發(fā)生可逆化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)氫的儲(chǔ)存和釋放，烯烴、炔烴、芳烴等不飽和液態(tài)有機(jī)物是目前較為常見(jiàn)的有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫介質(zhì)。有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)具備穩(wěn)定性高、安全性好、儲(chǔ)氫密度大、儲(chǔ)氫介質(zhì)可循環(huán)使用等優(yōu)勢(shì)，但該技術(shù)存在脫氫溫度高、效率低、能耗大等問(wèn)題，目前仍處于研發(fā)示范階段。
固態(tài)儲(chǔ)氫是利用氫元素與載體材料反應(yīng)生成化學(xué)鍵，將氫分子固定在固體化合物中的一種儲(chǔ)氫方式。加氫后的儲(chǔ)氫材料能夠以固態(tài)形式保存氫，從根本上解決了高壓氫氣泄漏和儲(chǔ)氫容器氫脆等安全問(wèn)題，保證了氫儲(chǔ)運(yùn)的安全性。
根據(jù)吸附原理的不同，一般將固態(tài)儲(chǔ)氫材料分為物理吸附儲(chǔ)氫材料和化學(xué)吸附儲(chǔ)氫材料，物理吸附儲(chǔ)氫材料包括碳基材料、無(wú)機(jī)多孔材料和金屬有機(jī)骨架化合物等，由于大多數(shù)物理吸附類(lèi)材料在較低的溫度下才能達(dá)到一定的儲(chǔ)氫密度，常溫常壓下吸氫量很低，因此限制了其應(yīng)用;化學(xué)吸附儲(chǔ)氫材料主要包括金屬氫化物、配位氫化物、化學(xué)氫化物等，目前金屬氫化物研究最為成熟。目前研究較多的化學(xué)吸附儲(chǔ)氫材料包括金屬氫化物和輕質(zhì)金屬化合物，其中，金屬氫化物研究較為成熟。固態(tài)儲(chǔ)氫的體積儲(chǔ)氫密度高、安全性好，是一種有前景的儲(chǔ)氫方式，然而，目前固態(tài)儲(chǔ)氫的缺點(diǎn)在于儲(chǔ)氫材料在室溫下儲(chǔ)氫量過(guò)低，且吸附材料的制備昂貴，導(dǎo)致固態(tài)儲(chǔ)氫商業(yè)化程度較低。
(2)液氨存儲(chǔ)技術(shù)
氨通常以液體形式儲(chǔ)存，其儲(chǔ)存技術(shù)成熟，根據(jù)不同的操作壓力與溫度環(huán)境，液氨儲(chǔ)存可分為壓力儲(chǔ)存、低溫儲(chǔ)存、半冷凍儲(chǔ)存等3種類(lèi)型。壓力儲(chǔ)存是指液氨在常溫加壓條件下儲(chǔ)存，是目前最常用的儲(chǔ)存形式，壓力儲(chǔ)存設(shè)計(jì)壓力一般高于1.8MPa，多采用球罐或水平圓柱形臥罐進(jìn)行存儲(chǔ)，單罐存儲(chǔ)容量一般不超過(guò)2300噸，適用于中小規(guī)模液氨儲(chǔ)存。低溫儲(chǔ)存是指液氨在低溫常壓條件下儲(chǔ)存，低溫儲(chǔ)存設(shè)計(jì)溫度一般低于-33.5℃，多采用雙層結(jié)構(gòu)絕緣圓柱形鋼罐，需設(shè)置保冷以及制冷的系統(tǒng)，單罐存儲(chǔ)容量可達(dá)5萬(wàn)噸。半冷凍儲(chǔ)存結(jié)合了壓力儲(chǔ)存和低溫儲(chǔ)存的特點(diǎn)，儲(chǔ)存條件為較低溫度(4℃以下)和較低壓力(0.3-0.5MPa)。壓力儲(chǔ)存和半冷凍儲(chǔ)存適用于小規(guī)模液氨儲(chǔ)存，低溫儲(chǔ)存主要用于大規(guī)模液氨儲(chǔ)存。
(3)甲醇存儲(chǔ)技術(shù)
甲醇是一種輕質(zhì)、易揮發(fā)、無(wú)色、易燃的有機(jī)化合物，常溫常壓下呈液態(tài)，存儲(chǔ)難度低。工業(yè)上多用儲(chǔ)罐存儲(chǔ)甲醇，甲醇儲(chǔ)罐一般為金屬儲(chǔ)罐，材質(zhì)多選用16MnR普通低合金鋼，從結(jié)構(gòu)形式上區(qū)分，甲醇儲(chǔ)罐有立式、臥式、圓柱形、球形、橢圓形、浮頂罐等。大型的甲醇儲(chǔ)罐多選用內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，單罐容積可達(dá)10000~20000m3，最大儲(chǔ)量可達(dá)1.4萬(wàn)噸。甲醇本身對(duì)碳鋼幾乎沒(méi)有腐蝕性，但是由于甲醇在生產(chǎn)、儲(chǔ)存過(guò)程中容易存在水分及雜質(zhì)，因此在存儲(chǔ)甲醇時(shí)應(yīng)考慮管內(nèi)壁采取防腐涂層進(jìn)行防腐處理。
常規(guī)運(yùn)輸：氫基能源車(chē)船運(yùn)輸
(1)氣態(tài)長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)氫
長(zhǎng)管拖車(chē)是最普遍的氣態(tài)氫運(yùn)輸方式。由于氫氣密度小，儲(chǔ)氫容器自重大，長(zhǎng)管拖車(chē)實(shí)際運(yùn)氫重量?jī)H為總運(yùn)輸重量的1%~2%，因此長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)氫適用于運(yùn)輸距離短且輸氫量較低的場(chǎng)景。
目前我國(guó)以20MPa氣態(tài)長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)氫方式為主，20MPa長(zhǎng)管拖車(chē)單車(chē)運(yùn)氫量約350千克，單輛長(zhǎng)管拖車(chē)造價(jià)約120萬(wàn)元，百公里運(yùn)氫成本約10元/千克;隨著運(yùn)距的增加，長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)氫成本將進(jìn)一步上升，當(dāng)運(yùn)距超過(guò)300公里時(shí)，長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)氫經(jīng)濟(jì)性不佳。
壓力對(duì)長(zhǎng)管拖車(chē)的輸氫成本有較大影響。預(yù)計(jì)到2030年，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)管拖車(chē)的工作壓力可以達(dá)到35MPa，單車(chē)運(yùn)氫量可達(dá)到700千克，單車(chē)造價(jià)約130萬(wàn)元，百公里運(yùn)氫成本約8元/千克;到2050年，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)管拖車(chē)的工作壓力可以達(dá)到50MPa，單車(chē)運(yùn)氫量可達(dá)到1200千克，單車(chē)造價(jià)約140萬(wàn)元，百公里運(yùn)氫成本約6元/千克。
(2)液氫車(chē)船運(yùn)輸
由于液態(tài)氫的密度遠(yuǎn)高于氣態(tài)氫，液氫運(yùn)輸適用于運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)、輸氫量較高的場(chǎng)景。目前國(guó)內(nèi)多采用槽車(chē)運(yùn)輸液氫，液氫槽車(chē)運(yùn)輸方式相較于20MPa氣態(tài)長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)氫方式，可使單車(chē)運(yùn)氫重量提高約9倍，裝卸時(shí)間減少約1倍，且液氫槽車(chē)運(yùn)輸在液化過(guò)程還能提高氫氣純度，一定程度上節(jié)省了提純成本。液氫槽車(chē)單位運(yùn)氫成本主要與載氫量有關(guān)，目前液氫槽車(chē)單車(chē)載氫量可達(dá)4000千克，液氫槽車(chē)運(yùn)氫成本約13.5元/千克。遠(yuǎn)距離運(yùn)輸條件下，液氫槽車(chē)運(yùn)氫成本優(yōu)勢(shì)較為明顯。
液氫運(yùn)輸在美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)家和地區(qū)已實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的應(yīng)用，2022年由日本川崎重工業(yè)公司制造的全球第一艘液化氫運(yùn)輸船，并成功將澳大利亞液氫運(yùn)抵日本。根據(jù)川崎重工的規(guī)劃，該公司將在2030年建造2艘商業(yè)規(guī)模的液化氫船，每年能夠進(jìn)口22.5萬(wàn)噸氫燃料;到2050年將液化氫船數(shù)量將達(dá)到80艘，每年能夠進(jìn)口900萬(wàn)噸氫燃料。
(3)氨與甲醇車(chē)船運(yùn)輸
氨通常以液體形式運(yùn)輸，運(yùn)輸技術(shù)非常成熟，液氨的運(yùn)輸方式包括水路船運(yùn)、公路罐車(chē)、鐵路罐車(chē)以及管道運(yùn)輸。中短距離液氨運(yùn)輸通常為公路和鐵路罐車(chē)方式，大多數(shù)采用全壓式常溫槽罐。遠(yuǎn)洋海上液氨運(yùn)輸一般采用冷凍型液氨運(yùn)輸船，船上配備制冷設(shè)施用來(lái)處理蒸發(fā)氣。一輛液氨槽罐車(chē)載氨量可達(dá)30噸(換算載氫量約5.29噸)，載氫量較長(zhǎng)管拖車(chē)(載氫量約0.4噸)提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此運(yùn)氨成本也較運(yùn)氫成本呈數(shù)量級(jí)降低。
甲醇常態(tài)下為液態(tài)，其運(yùn)輸方式包括水路船運(yùn)、公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸和和管道運(yùn)輸。一輛甲醇槽罐車(chē)載重量可達(dá)30噸(換算載氫量約為5.64噸)，運(yùn)輸成本與液氨相當(dāng)，甲醇也可作為一種高密度儲(chǔ)氫材料，實(shí)現(xiàn)氫的安全高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸。
規(guī)模化運(yùn)輸：氫基能源管道運(yùn)輸
相比于車(chē)船運(yùn)輸?shù)瘸Ｒ?guī)運(yùn)輸方式，管網(wǎng)運(yùn)輸是實(shí)現(xiàn)氫基能源大規(guī)模、長(zhǎng)距離輸送最經(jīng)濟(jì)、最節(jié)能的方案。
(1)天然氣管道摻氫運(yùn)輸
天然氣管道摻氫運(yùn)輸是指將氫氣以一定體積比例摻入天然氣中形成摻氫天然氣(HCNG)，并通過(guò)現(xiàn)有天然氣管道進(jìn)行輸送。相關(guān)研究利用華白數(shù)、燃燒勢(shì)、AGA指數(shù)判定，加以爆炸極限計(jì)算、擴(kuò)散性安全分析，結(jié)果表明摻混氫氣的體積小于24%時(shí)，摻混氣與天然氣基準(zhǔn)氣具有互換性。雖然國(guó)際上與中國(guó)部分區(qū)域已開(kāi)展了天然氣摻氫的相關(guān)示范工作，但現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)的大規(guī)模摻氫仍面臨諸多困難，需要逐步予以解決。
(2)純氫管道運(yùn)輸
國(guó)內(nèi)已建輸氫管道目前普遍采用低鋼級(jí)(20號(hào)鋼、L245N)管道，中低壓力(≤4MPa)運(yùn)行，研究表明輸送氫氣壓力越高，管線鋼材的氫脆敏感性越大。近年，國(guó)外開(kāi)始研制大口徑的X60及以上鋼級(jí)抗氫管道，目前管材已經(jīng)研制成功，通過(guò)了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)最大壓力和100%氫氣條件下的測(cè)試。美國(guó)投運(yùn)的輸氫管道最高運(yùn)行壓力已達(dá)到10.3MPa，已經(jīng)達(dá)到了目前我國(guó)天然氣西氣東輸?shù)墓歉晒艿缐毫Φ燃?jí)(10MPa~12MPa)。
我國(guó)已建氫氣輸送管道有金陵-揚(yáng)子氫氣管道、巴陵-長(zhǎng)嶺氫氣提純及輸送管線、濟(jì)源-洛陽(yáng)氫氣管道、玉門(mén)油田輸氫管道等，管道里程約100公里，管道運(yùn)行壓力均在4MPa以下，管徑從200mm~500mm不等。雖然我國(guó)在氫氣管道的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行及維護(hù)方面積累了一定經(jīng)驗(yàn)，但是相較國(guó)外先進(jìn)水平仍有不小的差距。
目前設(shè)計(jì)壓力在6.3MPa、管徑D610mm的純氫管道示范項(xiàng)目已處于工程建設(shè)階段，輸氫量級(jí)可達(dá)50萬(wàn)噸/年。設(shè)計(jì)壓力6.3MPa、管徑D813mm的純氫管道處于前期設(shè)計(jì)階段，具備應(yīng)用條件后，輸氫量級(jí)可達(dá)100萬(wàn)噸/年。未來(lái)隨著抗氫脆管材、設(shè)備及技術(shù)的突破，國(guó)內(nèi)純氫管道設(shè)計(jì)壓力將可能達(dá)到10MPa級(jí)，管徑達(dá)到D1016mm以上，相應(yīng)輸氫量級(jí)達(dá)到200萬(wàn)噸/年以上。
目前國(guó)內(nèi)外深遠(yuǎn)海風(fēng)電開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)性普遍不強(qiáng)，海上純氫管道輸送處于起步階段。雖然已有少數(shù)海上純氫管道服務(wù)于石油化工行業(yè)，但總體上國(guó)內(nèi)外海上純氫管道研究較少，相比于陸上純氫管道，海上管道材質(zhì)和施工均會(huì)造成一定成本增加，據(jù)估算，海上純氫管道輸送成本將比陸上純氫管道高出一倍左右。
(3)液氨管道運(yùn)輸
氨通常以液體形式儲(chǔ)存，非常適合用管道進(jìn)行運(yùn)輸。液氨管道運(yùn)輸不易受天氣和交通條件影響，效率較高。液氨管道運(yùn)輸工藝一般分為低溫低壓運(yùn)輸與常溫中壓運(yùn)輸，其中港口、合成氨廠與儲(chǔ)罐區(qū)之間的短距離液氨管道及內(nèi)部液氨流程工藝管道普遍采用低溫低壓輸送工藝，港口與氨廠之間以及兩者到下游客戶的長(zhǎng)距離液氨管道則普遍采用常溫中壓輸送工藝，少數(shù)長(zhǎng)距離氨管道也采用常溫高壓輸送工藝。
國(guó)際上液氨管道輸送在美國(guó)和俄羅斯有較大規(guī)模的應(yīng)用。美國(guó)輸氨管網(wǎng)始建于1960年，目前已建管道總里程約5000公里，其中最長(zhǎng)的一條是由NustarEnergy經(jīng)營(yíng)的海灣中央管道系統(tǒng)，長(zhǎng)度約3100公里，管道設(shè)計(jì)管徑為150~250mm，收集支線連接了7座氨合成廠，分配支線連接了36座大型中轉(zhuǎn)儲(chǔ)庫(kù)，最大操作壓力為9.8MPa，運(yùn)輸能力達(dá)225萬(wàn)噸/年。俄羅斯液氨管道始建于1978年，總里程約2400公里，用于連接俄羅斯大型氨生產(chǎn)基地與烏克蘭黑海港口敖德薩，實(shí)現(xiàn)氨的出口貿(mào)易，設(shè)計(jì)管徑350mm，設(shè)計(jì)輸送能力約250萬(wàn)噸/年。此外，德國(guó)、英國(guó)、西班牙、波蘭等多個(gè)國(guó)家均建有中短距離液氨管道，這些管道長(zhǎng)度多在10公里以下，主要用于港口、儲(chǔ)罐及附近用戶間的液氨輸送。
中國(guó)液氨管道總里程較短，目前共建有4條液氨管道，總長(zhǎng)度不超過(guò)200公里，總輸量不足100萬(wàn)噸/年。1990年，我國(guó)第一條長(zhǎng)距離液氨管道在秦皇島建成并投產(chǎn)運(yùn)行，該管道至今仍為國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)液氨管道。整個(gè)管道系統(tǒng)包括82.5千米的主管線、三個(gè)供氨站、一個(gè)加壓站、一個(gè)終端計(jì)量站及7個(gè)隔斷閥室，設(shè)計(jì)輸量10.5萬(wàn)噸/年，設(shè)計(jì)壓力3.92MPa，最高運(yùn)行壓力2.45MPa，全線采用20號(hào)無(wú)縫鋼管埋地敷設(shè)。
我國(guó)液氨管道輸送起步晚、規(guī)模較小，管輸工藝及安全技術(shù)有待突破，設(shè)計(jì)建設(shè)和運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)空白。據(jù)石油化工相關(guān)企業(yè)展望，借鑒已成熟油氣管網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)長(zhǎng)距離液氨輸送管道有望實(shí)現(xiàn)壓力6.3MPa，管徑D356mm~D406mm，運(yùn)輸量級(jí)達(dá)到150萬(wàn)噸/年;隨后進(jìn)一步突破達(dá)到壓力6.3兆帕，管徑D457mm~D559mm，運(yùn)輸量級(jí)達(dá)到300萬(wàn)噸/年。
(4)甲醇管道運(yùn)輸
甲醇因同時(shí)可作為化工原料及能源載體而得到廣泛應(yīng)用，目前我國(guó)的甲醇輸送方式主要是船運(yùn)及汽運(yùn)，運(yùn)輸能力不足及運(yùn)輸費(fèi)用過(guò)高的問(wèn)題已日益凸顯，管道運(yùn)輸方式或可成為未來(lái)長(zhǎng)距離輸送甲醇的有效解決方案。
從國(guó)際來(lái)看，加拿大已有兩個(gè)甲醇長(zhǎng)輸管道成功運(yùn)營(yíng)的案例，且均能保證甲醇長(zhǎng)周期、安全穩(wěn)定的輸送，其中一個(gè)管道是由原油輸送管道改造而來(lái)，管道全長(zhǎng)1146公里，甲醇輸送能力為4000噸/日;另一個(gè)管道是由原液化石油氣輸送管道改造而來(lái)，管道全長(zhǎng)3000公里，甲醇輸送能力為4000噸/日。
從國(guó)內(nèi)來(lái)看，2021年5月10日，中煤鄂能化100萬(wàn)甲醇技改項(xiàng)目配套管線工程一次安全投產(chǎn)成功，管線工程線路全長(zhǎng)約52公里，設(shè)計(jì)壓力2.5MPa，管道規(guī)格為D355.6mm，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)長(zhǎng)距離管道輸送甲醇的空白。
甲醇管道需要借鑒成熟油氣管道的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前尚未形成統(tǒng)一的甲醇管道運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。據(jù)石油化工相關(guān)企業(yè)展望，借鑒已成熟油氣管網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)長(zhǎng)距離甲醇輸送管道有望實(shí)現(xiàn)壓力6.3MPa，管徑D356mm~D406mm，運(yùn)輸量級(jí)達(dá)到150萬(wàn)噸/年;隨后進(jìn)一步突破達(dá)到壓力6.3兆帕，管徑D457mm~D559mm，運(yùn)輸量級(jí)達(dá)到300萬(wàn)噸/年。
氫基能源規(guī)?；\(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性
管道運(yùn)輸是未來(lái)氫基能源大規(guī)模、長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)闹饕绞?。根?jù)不同規(guī)格管道造價(jià)及輸送能力預(yù)測(cè)，按照8%資本金內(nèi)部收益率要求，我院依據(jù)各類(lèi)管道發(fā)展路徑展望下的不同時(shí)期技術(shù)參數(shù)，測(cè)算得到現(xiàn)狀、中期及長(zhǎng)期三個(gè)不同階段氫、氨、甲醇管道輸送距離與管輸成本之間的關(guān)系。
現(xiàn)狀階段氫基能源短距離管輸價(jià)格與輸送距離的關(guān)系圖
中期階段氫基能源長(zhǎng)距離管輸價(jià)格與輸送距離的關(guān)系圖
長(zhǎng)期階段氫基能源長(zhǎng)距離管輸價(jià)格與輸送距離的關(guān)系圖
“西氫東輸”氫能骨干管網(wǎng)展望
由于我國(guó)水風(fēng)光等可再生能源主要布在西部和北部的資源稟賦，綠氫制備與需求之間呈現(xiàn)典型的逆向分布特征，需要通過(guò)有效的運(yùn)輸途徑將西部和北部可再生能源制備的綠氫輸送到中東部的用能中心。為解決綠氫的長(zhǎng)距離運(yùn)輸問(wèn)題，我院初步規(guī)劃布局了“西氫東輸”的新格局，即在西部及北部(新疆、青海、內(nèi)蒙、西藏等地)利用大型新能源基地配套大型制氫基地，進(jìn)行大規(guī)模制氫，再利用純氫管道將氫輸往中部以及東部區(qū)域進(jìn)行消納。
根據(jù)我院研究，為實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)，未來(lái)全國(guó)綠氫年需求將達(dá)到1.2億噸，相應(yīng)需配套約26億千瓦風(fēng)光資源與12億千瓦制氫設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)氫能長(zhǎng)距離經(jīng)濟(jì)輸運(yùn)，構(gòu)建以“西氫東輸”為主的全國(guó)高標(biāo)準(zhǔn)骨干氫網(wǎng)，總投資超過(guò)10萬(wàn)億元人民幣，管道總長(zhǎng)度約9.3萬(wàn)公里，承載約7900萬(wàn)噸/年的輸氫能力(相當(dāng)于2.7億噸原油的熱值，約占我國(guó)原油年使用量的35%左右;或相當(dāng)于3.9億噸標(biāo)煤的熱值，年可減少二氧化碳排放約10億噸)。“西氫東輸”主要布局三條管線流向：蒙東/蒙西→京津冀;新疆/青海→陜西/甘肅/寧夏/湖北/川渝→山東/河南/江浙滬皖/閩贛湘;西藏→云南/貴州→廣東/廣西。
預(yù)計(jì)全國(guó)氫能骨干管網(wǎng)基本建成后，終端用氫成本將大幅下降，全國(guó)范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)以管道運(yùn)輸為主，交通運(yùn)輸為輔的綜合氫能運(yùn)輸系統(tǒng)，終端綠氫價(jià)格將低于25元/千克，促進(jìn)氫能的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力大幅提升，助力我國(guó)新型能源體系的順利構(gòu)建。
(作者：易躍春 姜海 余官培，作者單位：水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院)
評(píng)論