原巴陵-长岭输氢管道，2024年因己内酰胺装置厂区搬迁升级为湖南石化厂际管线。 彭 展 摄
输氢管道建设里程占比
编者按：近日，以“新质加速 氢动全球”为主题的2025国际氢能储存运输产业技术创新大会在河北廊坊举行。大会由中国石油管道局工程有限公司主办，来自氢能储运领域的国内外专家聚焦氢能储运的“卡脖子”难题，共同探讨氢能储运技术的最新进展和产业趋势，旨在打造氢能“制储输运”一体化平台，引领行业持续健康发展。
□本报记者 马 玲
当前，全球能源结构正经历大变革。氢能作为清洁、高效、可再生的二次能源，成为推动全球能源低碳化和构建新型能源体系的关键一环。我国氢能产业化发展虽已初具雏形，在制氢与用氢关键技术上取得突破，实现了小规模应用示范，但氢能大规模储运技术与发达国家相比还有较大差距。氢能储运作为制氢与用氢之间的桥梁和纽带，其能力不足是制约氢能产业规模化的重要因素，对稳步构建氢能储运体系、促进氢能产业持续健康发展至关重要。
地下空间储氢是大规模和长期储氢的最佳选择
盐穴、枯竭油气藏和含水层储氢是我国今后实施大规模储氢的发展方向
随着氢能的不断发展和普及，地下储氢库作为一种具有潜力的储存方式，可以满足未来对氢气大规模使用的需求，实现持续稳定的氢气供应。地下储氢库可作为氢能与其他能源之间的桥梁，平衡能源供需之间的时间差，实现能源高效利用。
我国风能、太阳能等可再生资源丰富，但存在分布不均、利用率低等问题。北京碳中和学会副秘书长冯武军认为，未来氢储能可解决弃风弃电问题。氢的长距离储运将以天然气管道掺氢或新建纯氢管道输氢为主，充分利用汽柴油炼化区域的油气管道网络推进有机液态储运氢，中短距离氢储运则以多种储运技术结合，并因地制宜发展。
储氢需要较大储存空间，具有体积大、可承受高压等优点的深部地下空间是储氢的理想场所。大规模储氢的介质主要分为地上储罐和地下储氢库，地上储罐通常适合小规模和短期储存；地下储氢库具有安全性高、储存空间大、建造运营成本低等优点，地下空间储氢（UHS）是大规模和长期储存氢气的最佳选择。根据氢气的含量可分为掺氢地下储存和纯氢地下储存。根据储氢库的地质结构，可分为盐穴、枯竭油气藏和含水层储氢库。
中国石油大学（华东）教授、山东省油气与新能源储运安全省级重点实验室主任李玉星认为，我国在深部地下空间储能方面积累了丰富经验，但地下储氢技术还处于初步阶段，在流体力学、地质力学及地球化学等方面存在亟须解决的问题。东部沿海地区的油气藏多为规模小、构造缺陷大的油气藏，利用其枯竭油气藏进行地下储氢无法满足大规模储氢的需求，而利用地下盐穴和含水层储氢较为可行。以我国内陆西北地区为例，其沉积盆地众多，面积在1000平方千米以上的盆地有65个，含油气盆地资源丰富，油气成藏条件优越，利用其枯竭油气藏进行地下储氢更为可行。
地下储氢机制涉及氢气在地下岩层中的储存和释放过程，主要依赖地质结构的物理和化学特性，通过结构捕获、残余捕获、溶解捕获、矿物捕获和吸附等机制实现氢气在岩层中的储层与释放。
李玉星认为，目前关于地下空间大规模储氢仍存在许多难题，对地下储氢需要全面分析和深入研究，从微观、介观和宏观不同角度进行总结，推进地下储氢技术创新。
管道输氢是未来大规模输送氢能的首选
管道输氢是点对点规模输送成本最低的输运方式，并能降低道路资源占用
氢气的运输方式主要有车辆运输、管道运输和航海运输，氢能储运是连接上游制氢和下游用氢的桥梁，目前，运输成本占氢能终端售价的比例为40%~50%，是制约绿氢大范围应用的最后一公里。相比其他方式，管道输氢因覆盖范围最广，具有经济性、安全性和可靠性，成为氢能大规模输送的首选。管道输氢分为两种，一种是将氢气提纯后用于燃料电池等的纯氢输送；另一种是掺氢输送，利用现有或新建天然气管道，掺入一定比例的氢气，从而实现氢气的大规模、长距离输送。
我国氢气输送系统建设滞后于国外，现有氢气输送管道总里程仅约400千米，已建项目以化工园区应用为主。2021年以来，随着氢能规模扩大，我国输氢管道建设速度不断加快，现有输氢管道里程接近1000千米，预计到2030年，高压氢气长输管道建设里程将达到3000千米。目前，我国已将天然气管道掺氢纳入氢能产业发展中长期规划，支持开展掺氢天然气管道、纯氢管道等试点示范，稳步构建氢能储运体系。
管道输送虽然前期投入费用较高，但从长远看，能显著降低氢能运输成本、提高输送效率和安全性。冯武军认为，管道是气基能源规模化发展的核心基础设施，管道输送是点对点规模输送成本最低的输运方式，并能降低道路资源占用，最具经济性。纯氢管道通过控制输送环境，可有效避免氢气污染和泄漏等问题，确保输送的氢气质量稳定可靠，输氢经济性有望达到天然气输送成本水平。
绿氢的主要来源是风光等电解水制氢，但风光的波动性与下游市场供应的连续性需求相矛盾。中国石油天然气管道工程有限公司（管道设计院）副总经理李国辉认为，对大规模连续输送而言，长距离管道运输相较长管拖车和液氢槽车运输优势明显，可以解决资源与市场的空间错配问题，但对下游冶金、化工、电子等行业连续性需求不能完全满足，需要在电源侧和储运侧进行调峰设置。
氢气长输管道的造价约为天然气管道的2~3倍，改造现有管道所需投资约为建造1条新管道的10%~30%，将氢气掺入现有天然气管道输送能大幅降低输氢成本。目前，全球纯氢管道主要分布在欧洲和美国。根据欧洲氢气骨干网络（EHB）规划，欧洲将建设覆盖28个欧盟国家的氢气管网，构建形成五大氢能供应走廊，预计总长在2030年达到2.8万千米，到2040年达到5.3万千米，其中60％由现有的天然气管道改造、40％为新建的纯氢管道。在主干线配备压缩系统下，EHB网络能充分满足欧洲2050年约6800万吨的氢能需求。
全球天然气管道总里程约135万千米，我国天然气管道总长约12.4万千米，基本形成贯穿全国的天然气输送系统。2030年，我国氢气管道将达到3000千米。国际上，荷兰、德国、法国等先后开展了系列掺氢天然气管道输送系统应用示范项目，我国天然气掺氢尚处在示范研究阶段。
中国石油天然气管道工程有限公司（管道设计院）工艺专业总工何绍军认为，管道输氢的成本远低于其他方式，基于目前输氢管道的现状及面临的主要问题，应尽快建立输氢管道标准体系，对部分关键问题持续开展研究，并支撑标准持续更新。氢能储运产业发展要在行业龙头带领下，联合高等院校、科研院所、上下游企业和关键设备制造商等聚焦行业“卡脖子”问题，攻关核心技术与关键装备研发，加快完善氢气管输标准体系，战略性统筹规划氢气长输管道建设，大力推动技术创新和工程示范，助力氢经济时代到来。
国家管网集团工程技术创新有限公司新能源工程技术中心主任喻斌认为，我国开展天然气掺氢管道输送研究较晚，虽进行了城燃管道或试验平台掺氢示范应用，但尚未实现天然气长输管道掺氢的实际应用，干线管道掺氢输送评价及改造、掺氢气体分离提纯、管道安全等技术成熟度与国外相比存在差距。我国天然气管道中高钢级管道占比高，干线天然气管道掺氢涉及各类终端用气设备，安全的掺氢比例亟待进行深入系统研究。管道公司应通过企业联盟或联合项目，提出纯氢管网顶层规划，改造管道与新建管道共同构成干线管道主体，加速向大口径、高压力、大输量方向发展。
安全可靠的储运是氢能发展的关键
氢能储运面临长距离输氢成本高、材料与装备国产化率不足等挑战
与天然气相比，氢气具有分子量小、点火能低、燃烧和爆炸极限范围宽、扩散快、燃烧快等特点，在制取、存储、运输及使用过程中，存在性质不稳定易发生泄漏等风险。
中国能源研究会副秘书长宋畅表示，氢能储运面临长距离输氢成本高、材料与装备国产化率不足、国际标准体系尚未统一等挑战，应以开放促创新，构建全球技术协作网络，推动跨学科、跨领域融合，攻克“卡脖子”难题；以标准促联通，与相关机构携手共同制定储运技术国际标准与安全规范，探索建立跨国氢能贸易基础设施网络，为氢能跨境流动提供制度保障；以场景促应用，加速氢能在工业、交通、储能等领域的多场景示范，形成“技术突破-市场驱动-产业升级”的良性循环。
目前，全世界的氢气管道约4500千米，其中美国的输氢管道2600千米，已运行超过25年，已有氢气管道均未发生因氢脆导致的失效事故。加拿大皇家科学院院士、加拿大工程院院士、中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料全国重点实验室首席科学家程玉峰认为，氢脆是一个总体概念，描述进入金属中的氢原子所导致的金属性能退化的各种现象。氢脆现象具有的独特特征，与在高压气相环境下氢原子的生成及在钢材表面的吸附/吸收机制密切相关。理论上，输氢管道在高压氢气环境中会发生气相氢脆，现实中，氢气管道的一些运行状况可抑制或迟滞气相氢脆发生。
何绍军建议研究纯氢、掺氢天然气对我国典型管线钢材料和关键输送设备产生氢脆和氢腐蚀的影响机理，综合分析掺氢天然气与现役管道及设备的相容性；不同掺氢比下，天然气管道及关键设施设备泄漏、积聚、扩散规律，掺氢比对管道安全事故的影响；纯氢、掺氢智能监测和应急修复等保障技术，管道输送风险定量评估、安全性和可靠性评价方法；掺氢天然气管道输送相应设施设备、输送工艺，制定掺氢天然气管道输送技术相关标准规范和安全运行技术体系，出台相应法律法规和政策。
喻斌认为，输送工艺差别较大，亟待研究符合我国国情的高压纯氢及掺氢天然气管道设计技术体系，打通氢能储运的关键环节，促进氢能“制储输用”全产业链健康发展。目前，我国输送工艺方面的关键设计技术存在空白或尚不明确的技术要求，尚未制定氢气质量管理和认证技术规范，现有的管道完整性管理方法主要适用于长输油气管道或常规燃气管道，输氢管道完整性管理缺少系统化研究，亟须形成运行维护全过程的输氢管道完整性关键技术。
济源—洛阳输氢管道线路总长约25千米，管径508毫米，设计压力4兆帕，年输氢量10.04万吨，于2015年建成，是当时我国管径最大、压力最高、输量最多的氢气管道，参与该项目服役管道分析的清华大学材料学院教授、博士生导师陈祥在带领团队对济洛线服役工况下纯氢管线钢的氢脆进行分析后认为，氢脆是由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生塑性下降、断裂或损伤的现象。降低材料中可扩散的氢浓度、控制层错能和相变、降低材料中的应力、改善服役环境等是降低氢脆的方法。天津钢管制造有限公司教授级高工李艳认为，结合实际工况，管道破裂、泄漏、金属损失等最危险，可通过开发氢环境下更有效的评价方法来推动氢能应用。
何绍军认为，根据国内外研究资料和成果，输送掺氢3%~10％的天然气管道，在管道系统影响、设备材料选择、爆炸危险区域的影响、紧急放空、火灾安全等方面的要求基本与天然气管道输送类似。有效防止输氢管材氢致失效，在环境条件（设计压力、氢含量确定）一定的情况下，应从降低壁应力和材料本身的氢脆敏感性两个方面采取措施。
国家管网集团北京管道有限公司科技数字中心副主任王东营认为，在役天然气管道掺氢输送面临的问题主要是混氢输送条件下材料相容性、管输工艺与规范、掺氢管道完整性管理。在役天然气管道掺氢输送适应性评价需要一管一评，长输管道掺氢输送适应性评价的大样本取样要求、评价流程及评价指标需进一步明确。含缺陷管道掺氢输送安全评价标准规范的制修订有待开展，以指导在役天然气管道缺陷评估及长周期安全运行。
宝钢股份中央研究院首席研究员章传国认为，我国高压输氢管道建设尚在探索阶段，纯氢管道体系尚未形成，可借鉴国外做法，对新建管道进行相关氢脆性能评价，积累数据为远期转换成氢管道做好铺垫，考虑管道作为能量载体，要同时具备输氢和储氢的功能。
