《管道保護》編輯部：隨著“雙碳”戰略的深入推進，社會對清潔能源的需求日益增長，氫能作為一種零排放的能源載體，將成為未來國家能源體系的重要組成部分。目前我國摻氫天然氣管道、純氫管道等試點示范已經列入氫能產業發展中長期規劃，氫能與天然氣產業的融合為氫能的規模化輸送與利用提供了新的思路。本期我們特別邀請了北京控股集團北京市煤氣熱力工程設計院有限公司道石研究院副院長兼總工程師王洪建博士做客專家訪談欄目，與讀者一同分享天然氣摻氫與純氫管道輸送技術的最新研究進展。郵箱：guandaobaohu@163.com。

編輯部：王博士您好，國家發展改革委、國家能源局聯合印發的《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》提出，氫能是未來國家能源體系的重要組成部分。請您根據這部規劃介紹一下我國氫能利用的發展目標以及研究重點。

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，可大規模存儲和運輸，氫能的開發利用有利于可再生能源的消納和終端難減排領域的碳中和，對于促進我國低碳能源轉型具有重要意義。氫能目前主要應用在化工和能源領域，未來氫能的應用范圍還會快速拓展，具有極其巨大的發展前景。預計到2050年全球終端能源的18%由氫能承擔，2060年氫在我國終端能源體系占比20%，市場規模提升10～20倍，預計將新增10萬億級新興市場。國內外一些權威研究機構對此做了具體分析（圖 1）。

圖 1 我國終端能源消費結構預測
（來源于2024年中石化技經院《中國能源展望2060》）

《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》明確了氫能的戰略定位、目標和主要任務，提出逐步開展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點示范工作，規劃到2025年建立以工業副產氫和可再生能源制氫為主的氫能供應體系，燃料電池車輛保有量約5萬輛，可再生能源制氫量達到10×104 t/a～20×104t/a。到2030年形成技術創新體系，支撐我國碳達峰目標的實現，到2035年形成氫能利用的交通、儲能、工業產業體系，支撐國民經濟綠色轉型。

氫能儲運在氫能產業鏈中至關重要。目前國內主流的是氣氫運輸，經濟距離約200 km，但氫氣的生產一般遠離城市，運輸成本高，需要盡快解決長距離輸氫的難題。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。經過研究發現，相比其他運輸方式，75%～100%負荷率的管道輸氫是最具經濟性的運輸方式，同時通過控制輸送環境，可以有效避免氫氣污染和泄漏等問題，管道輸氫能夠保證輸送氫氣質量的穩定性和可靠性。

開展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點示范已經列入氫能產業發展中長期規劃。2021年12月，國家能源局、科學技術部發布《“十四五”能源領域科技創新規劃》，提出開展純氫/摻氫天然氣管道及輸送關鍵設備安全可靠性、經濟性、適應性和完整性評價，制定出相應的技術標準和規范，穩步、有序地推進氫能產業和天然氣產業的融合發展，科技部立項開展5%～20%天然氣摻氫示范工程，正在穩步構建氫能儲運體系。

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重點發展方向之一，請您分析一下其技術可行性和經濟性，未來可能面臨哪些挑戰。

王洪建：天然氣摻氫技術對氫能發展意義重大。這項技術的原理是將氫氣與天然氣混合，通過天然氣管網輸送到終端用戶。該技術具有以下優點：一是有利于能源儲存，從而提高可再生能源利用率，通過天然氣摻氫10%，每年可利用300×104 t氫氣/1730×108 kW·h電，如歐洲35%在營或在建的可再生能源制氫項目用于天然氣摻氫；二是有利于能源輸運，充分利用已有的天然氣管網基礎設施，實現氫能大規模、長距離、低成本輸運，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，當摻氫比例達到10%～20%時，可以降低3.5%～7.6%的碳減排，促進實現工業、建筑等領域的深度減碳；四是有利于保障能源安全，氫能作為天然氣資源的補充，可以降低我國天然氣對外依存度。

歐盟、美國、日本、加拿大等從本世紀初就開始了天然氣管道摻氫技術相關應用示范研究，并列入到國家氫能規劃。截至2023年，全球共開展了50多個示范工程，每年有超過3000噸氫氣摻入天然氣管網，天然氣摻氫比例一般為5%～30%，其中多數國家目前的最高摻氫比例為20%，遠期有望逐步達到100%。

我國也非常重視天然氣摻氫的研究和應用示范。今年5月份，國家發展改革委發布了《天然氣利用管理辦法》，指出將終端天然氣摻氫示范項目等高精尖天然氣安全高效利用新業態作為優先支持類方向。此外，國家科技部已經連續三年立項開展天然氣摻氫的全產業鏈技術研究，穩步構建“氫進萬家”示范工程。除了國家層面的政策支持以外，多個地區也制定了相關規劃政策。2021年，山東省濰坊市明確了摻氫天然氣的發展定位和示范項目建設補貼，提出了圍繞摻氫天然氣輸配體系及“氫進萬家”綜合示范等技術方向，貫通基礎前瞻、共性關鍵、工程應用和評估規范環節。北京市提出進行天然氣摻氫適應性評價研究及示范驗證，河北省明確了“天然氣摻氫關鍵技術研發及應用示范”課題方向，內蒙古在2021年自治區科技重大專項申報指南中，明確“中低壓純氫與摻氫燃氣管道輸送及其應用關鍵技術研發”課題方向。國內相關企業也在積極開展天然氣摻氫應用示范，我們參與了如國家電投、北京燃氣、張家口中油金鴻、烏海凱潔燃氣、四川博能燃氣等公司開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，在國家住房和城鄉建設部的支持下，中國城市燃氣協會牽頭、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”大型咨詢課題。在研究中，我們分析了天然氣摻氫輸送技術可行性和經濟性。研究表明，天然氣管道經過微小的改造（色譜儀、球罐等），摻氫比10%是安全可行的，高鋼級管材在高壓下的適應性限制了長輸管道摻氫比的提高，同時要關注壓縮機、流量計、加臭和氣體檢測儀的適應性，并加快研發高摻氫比下的色譜分析和泄漏檢測方案。

關于天然氣摻氫的經濟性，我們通過構建分析模型研究認為，當前在一定條件下，工業副產氫具備經濟可行性，綠氫價格較高，尚不具備經濟可行性，需要國家對綠氫采購或摻氫天然氣銷售等方面給予政策補貼。綠氫價格下降是未來摻氫天然氣規模化發展的必然要求，樂觀情境下，2026年左右開始進入商業化導入階段，2042年進入商業化大規模應用階段。

當前天然氣摻氫技術仍面臨挑戰，還需要加強對能量密度、氫脆、燃燒特性、擴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，其擴散特性比甲烷快3倍，火焰傳播速度大約是甲烷的6～7倍，可能對管網的相容性和完整性產生安全風險。終端使用的灶具、鍋爐以及燃氣輪機是否能保證正常安全使用還有待研究，這些挑戰需要通過技術創新和設備改進來加以克服。

實際上，從城市燃氣的發展歷史來看，“人工煤氣時代”（燃氣1.0），氫氣就已經是城市燃氣的重要組成部分。如1959年北京市開始使用煤氣，煤氣中就含有55%～60%的氫氣。自1987年天然氣進京以后，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氣資源，北京進入了“天然氣時代”（燃氣2.0）。如今，隨著氫能技術的進步和應用的拓展，及社會對綠色燃氣的迫切需求，氫氣有望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的規模化應用，將加快迎來“氫能時代”（燃氣3.0）。

編輯部：目前國際上純氫輸送管道發展比較快，國內也正在積極推進，請您介紹一下這方面的情況。

王洪建：純氫管道是將氣態氫從制氫站輸送到用氫單位的管道。氫氣從制氫站出來后，經過管道進行收集，通過增壓站加壓后進入氫氣長輸管道，輸送到各個末站進行分配。國際上純氫管道運輸已有80余年歷史，目前總里程超過5000 km，基本由法國Air Liquide、美國Air Products、美國Praxair和德國Linde等四大公司建設，大多數由氫氣生產商運營。全球最大的氫氣管網位于墨西哥灣沿岸的美國，全長965 km，輸氫量150×104 Nm³/h。全球最早的輸氫管道在德國，全長240 km，管徑250 mm～300 mm，運行壓力0.2 MPa～2.1 MPa。目前歐洲最長的輸氫管道從法國北部一直延伸至比利時，全長約402 km。

歐洲實施的氫氣骨干管網（EHB）計劃，預計2030年建立一個1.16×104 km 的氫氣網絡，到2040年將建立一個長達5.3×104 km 的氫氣網絡，用于連接21個歐洲國家，其中約60%的純氫管道將由現有天然氣管道改造而成。2022年12月，由西班牙、法國、葡萄牙三國領導人簽署歐盟氫能管道項目H2Med計劃，旨在大規模利用西班牙和葡萄牙的清潔能源，促進歐洲工業脫碳，管道將于2025年開始建設，計劃用時4年。陸上部分自葡萄牙東北部塞洛里庫修至西班牙西北部薩莫拉，全長248 km，修建費用預計為3.5億歐元（1080萬元/km）；海上部分起自西班牙巴塞羅那，沿地中海海底鋪設至法國馬賽，最大深度2600 m，全長455 km，成本約25億歐元（4000萬元/km），每年將輸送200萬噸氫，占歐洲氫氣消耗量的10%，將成為歐洲首個氫能走廊。

我國現有氫氣輸送管道總里程約400 km，已建項目以化工廠區內應用為主。我國自主建設的典型輸氫管道，有2014年建成投產的中國石化巴陵石化—長嶺輸氫管道和2015年建成投產的中國石化洛陽分公司濟源—洛陽輸氫管道。近年輸氫管道建設增多，有2022年建成的上海寶冶冶金輸氫管道，長3.97 km，年最大輸量5040 t。2022年開工的甘肅省玉門油田公司輸氫管道，長度5.77 km，管徑200 mm，設計壓力2.5 MPa，年最大輸量7000 t，是國內首個綠氫純氫管道，輸氫能力1×104 Nm³/h。

隨著氫能需求規模的增加，我國輸氫管道建設開始提速。根據國家氫能產業發展規劃，預計到2030年氫氣輸送管道總里程將近1000 km，高壓氫氣長輸管道建設里程達到3000 km。如中石化京蒙輸氫管道，起于內蒙古自治區烏蘭察布市，終點位于北京市的燕山石化，管道全長超過600 km，2023年底開始建設，管道一期運力10×104 t/a，預留50×104 t/a的遠期提升潛力，是“西氫東送”國內目前規劃建設的距離最長、輸氫量最高的管道。定州—高碑店氫氣管道，全長164.7 km，管徑508 mm，設計壓力4 MPa，最大輸量10×104 t/a，是首條燃料電池的氫氣管道項目。通遼純氫示范應用項目，全長7.8 km，管徑400 mm，設計壓力6.3 MPa，一期10×104 t/a，二期30×104 t/a，該項目利用棄風棄電綠色制氫，項目兼具輸氫與測試功能。

當前純氫管道運輸主要面臨三方面的技術挑戰。一是關鍵技術方面，低成本、高強度抗氫脆材料、高性能氫能管道的設計制造、熱處理工藝等技術還需加強。二是相關裝備國產化方面，大流量壓縮機，氫氣計量的設備閥門、儀表等國產化數量嚴重不足。三是國家標準方面，氫能管道設計、建造、運行、維護等方面的標準還沒有和國際接軌，以流速限制為例，目前國內氫氣管道標準的設計流速為8 m/s～15 m/s，但國際ASME標準規定氫氣壓縮機氫氣管道流速不得超過高峰條件時的侵蝕速度，較為寬松。

輸氫管道是氫能產業發展的關鍵基礎設施，可實現氫能的規模化、低成本輸運，從而將我國“三北地區”的綠氫輸送到東南地區，推動我國能源的綠色低碳轉型。目前氫能產業仍處于產業導入階段，猶如北京冬奧會的氫火炬一樣，雖然氫火炬的火苗很小，但已具燎原之勢，“氫進萬家”未來可期！

編輯部：感謝您接受我們的采訪。