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打通氢气运输关键环节,氢能储运即将走上试点示范道路

  日期:2023-07-09 16:31:20  浏览量:557   移动端
导读:6月25日,我国首次高压力纯氢管道试验,在国家管网集团管道断裂控制试验场取得成功,这为我国今后实现大规模、低成本的远距离纯氢运输提供技术支撑。在哈密国家管网集团管道断裂控制试验场,工作人员完成了6.3兆帕管道充氢测试和9.45兆帕管道爆破测

6月25日,我国首次高压力纯氢管道试验,在国家管网集团管道断裂控制试验场取得成功,这为我国今后实现大规模、低成本的远距离纯氢运输提供技术支撑。


在哈密国家管网集团管道断裂控制试验场,工作人员完成了6.3兆帕管道充氢测试和9.45兆帕管道爆破测试,各项结果均达到预期。


国家管网集团西部管道公司技术专家 邱姝娟:我们利用为期一个月的试验,包括(管道的)充氢测试和(纯氢)爆破两个阶段,来验证管道设备的氢气相容性、阻隔性以及设备连接处的密封性。

本次试验是国内首次对输氢非金属管道进行的高压在线测试,也是国内首次对非金属管道进行高压纯氢爆破试验。

此次试验依托的国家管网集团管道断裂控制试验场,是继英国、意大利之后全球第三个管道断裂控制试验场。


国家管网集团西部管道公司科技信息服务中心工艺所所长杨明:我们将加快推进氢气、二氧化碳等多种介质储运前沿技术攻关,推动传统油气管输业务与新能源储运业务融合发展,助力氢能“制储输用”全链条产业建设。


氢能储运是氢能行业发展必不可少的一环
据悉,本次试验是国内首次对输氢非金属管道进行的高压在线测试,也是国内首次对非金属管道进行高压纯氢爆破试验。

此次试验依托的国家管网集团管道断裂控制试验场,是继英国、意大利之后全球第三个管道断裂控制试验场。


氢能产业链分为上游制氢、中游储运氢及下游氢能应用,涉及环节较多、应用领域广泛,其中储运环节是连接上游供给及下游需求的关键,是整个产业链环节中的必不可少的一环。


随着氢能需求的快速增加,2030年全球氢气产量有望达到17998万吨,氢能市场的持续扩张将推动中游氢能储运的快速发展。

同时目前储运氢环节约占氢气总成本的30%-40%,未来随着降本诉求的不断提升,储运环节将成为氢能降本的关键环节之一。


中游环节压缩机设备需求有望迎来高速增长
长期来看,管道运输成本最低,未来随着大规模、长距离运氢成为趋势,管道运氢将成为主流选择。


氢气压缩机主要作用为通过提高氢气储存密度和压力将氢气压缩成高压氢气。

压缩机在整个氢能产业链中应用广泛,氢气生产环节中制氢厂需将氢气压缩至相应的储氢瓶中;在管道运输中,需要在运输途中使用氢压机为氢气提供动力;氢气送至加氢站及下游应用端后,需要经过压缩机进行再次压缩储存。


华安证券指出,随着氢能需求的不断提升,中游环节压缩机设备需求有望迎来高速增长,2023-2025年我国氢气压缩机市场规模将达到38.5/48.5/65.4亿元,CAGR为30.3%,2023-2025年全球氢气压缩机市场规模将达到143.8/178.1/229.2亿元,CAGR为26.2%。

管道输氢仍面临政策和技术障碍
一方面,管道输氢总体规划缺失。

虽然《规划》提出要开展掺氢天然气管道、纯氢管道试点示范,但国家层面对管道输氢仍缺乏统筹安排。

“双碳”目标背景下,可再生能源制氢亟待大规模发展。

但目前可再生能源制氢成本降不下去,下游大规模应用承担不起,中游大规模、低成本管道输送方式发展不起来,陷入**循环。

管道建设投资大、回收周期长、对气量要求高,需要国家加强统筹,适时适地推进试点示范,破解可再生能源制氢规模化应用困局。


另一方面,管道输氢标准体系尚未建立。

在管道建设标准方面,国内尚无氢气长输管道相关设计规范。

现有氢气管道的规划和建设主要参照国外规范以及适用于输送天然气和煤气的《输气管道工程设计规范》等。

例如,济源至洛阳纯氢管道的路由选线参照了美国机械工程师学会发布的《氢气管输和管线标准》。


此外,天然气管道掺氢技术亟待突破。

目前,纯氢管道技术相对成熟,选择合适的管材可有效应对氢脆等问题。

天然气管道掺氢输送仍面临材料、安全监测和设备等技术问题。

一是掺氢管道基体和焊缝材料出现氢渗透、氢脆等管道失效问题的作用机理和规律尚待进一步研究,特别是高钢级管道长期掺氢运行的影响仍需实验论证。

二是如何搭建可及时防范、发现和应对掺氢后管道失效问题的安全监测系统尚待研究。

三是用于天然气掺氢的混气撬、压缩机组等专用设备还需进一步研发。


宜尽快开展管道输氢试点示范
“双碳”目标背景下,氢能的重要性日益凸显,国际上日益关注中国氢能发展,领先国家已着手加强对我国的“规锁”,我国宜尽快开展管道输氢试点示范,破解储运瓶颈,加快氢能规模化发展步伐,不断提升产业链安全水平和国际竞争力。


首先,统筹做好顶层设计,分阶段分区域推动管道输氢试点示范。

建议遵循“纯掺同步、由低到高、由短到长、由点及面”的推进思路,支持有条件的地方和企业开展输氢管道项目试点示范。

2022-2025年,优先开展中低压纯氢管道试点,在适宜地区建设短距离点到点示范管线,同时开展干线管道掺氢研究论证。

在低压城市燃气管道进行掺氢试验研发以及前期论证。

2026-2030年,推动建设多条长距离纯氢管道,逐步形成纯氢管网,拓展城市燃气管道掺氢范围,稳步推进中高压干线天然气管道掺氢输送。

2030年以后,推动纯氢管道由线到网规模化发展,同时推动天然气掺氢管道在全国范围内布局。

稳步推进气态、液态等多种管道输氢技术路线,鼓励各地积极探索经济、高效的输氢模式,条件成熟的进行试点示范。

近期,可在保障安全前提下,选择钢级较低、压力不高的长输管道开展试验论证,兼顾上游氢源、下游用户掺烧等因素,适时开展管道输氢示范。

同时,探索将液氨或甲醇作为储氢介质,直接利用现有油气管道输氢,将管道利用效率最大化,大幅降低管道改造和新建成本。

发展合成氨与氨脱氢、合成甲醇与甲醇脱氢等新型工艺和技术,适时推动试点示范。

其次,选择制用规模大、有管道建设条件的示范场景。

管道输氢衔接供需,疏通制用两端,需要量的支撑。

在氢气制备端,要衔接氢气资源充足的地区,尤其是大规模可再生能源制氢基地、工业副产氢等氢资源优势地区;在应用端,要连接钢铁、化工、冶金、高品位热源等工业领域,重卡、物流、航运等交通领域,以及居民供暖、储能、调峰等建筑和发电领域,拓展应用场景。

具体来说,一是开展“工业副产氢+钢铁化工基地”试点示范。

结合碳捕获、利用与封存技术(CCUS)的工业副产氢作为过渡氢源已初具经济性,钢铁、化工基地用氢量大且较为集中,可将工业副产氢作为短期重要氢源,开拓工业脱碳应用场景,率先开展示范。

二是开展“可再生能源制氢+子母站”试点示范。

将规模化可再生能源制氢基地作为氢源,利用管道将可再生能源制取的氢气集中输送至“母站”,再通过长管拖车分送至“子站”,以满足周边分散的交通物流、居民供暖、储能等用氢需求,有效降低终端应用成本。


再次,加强氢气管道技术攻关、工艺设备研发与标准体系建设。

在技术研发方面,重点围绕管道输氢安全及监测技术、氢气与天然气管道相容发展技术、掺氢天然气低浓度氢气高效提纯技术、管道焊接技术、管道改造及检测技术等,开展系统深入研究。

在工艺设备方面,集中开展专用掺氢设备、储输材料、氢泄漏及氢燃爆危险检测设备等研发,完善氢气输送工艺、设备材料选型等。

在标准建设方面,尽快填补国内氢气长输管道领域标准体系空白,完善管道输氢安全检测标准以及掺氢比例、运行参数安全边界等标准,组织研发纯氢及掺氢燃气管道评估软件等。


此外,要加强政策保障及支持。

建议国家尽快确定一批管道输氢试点示范工程项目,配套出台支持政策,促进管道输氢技术攻关,降低企业运营成本,推动商业化应用。

加大技术创新支持力度,鼓励地方政府、大型央企、地方企业、科研机构等产学研协同开展天然气管道掺氢技术研发和运营探索。

强化财税优惠政策扶持,参考现有天然气管道政策,对输氢管道建设采取较宽松的折旧政策、更灵活便利的负荷率等,并提供一定的财政补贴和信贷优惠政策,推动管道输氢的规模化发展和可持续运营。


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