中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)融媒體記者 陳雯

根據(jù)IEA（國際能源署）發(fā)布的報(bào)告，2022年氫氣需求達(dá)到歷史新高，但仍集中在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。全球氫氣使用量在2022年達(dá)到9500萬噸，同比增長近3%。除歐洲外，所有主要消費(fèi)地區(qū)的氫氣使用量均有強(qiáng)勁增長。預(yù)計(jì)2050年全球氫氣市場將擴(kuò)張到5-8億噸。

縱觀全球各國在氫能儲(chǔ)運(yùn)方面的布局，大型氫儲(chǔ)運(yùn)項(xiàng)目是氫能源最重要的基礎(chǔ)設(shè)施。

· 液氫路線。

日本和澳大利亞建立了液氫示范項(xiàng)目。2019年12月，日本的首條液化氫運(yùn)輸船Suiso Frontier正式下水。2022年1月，Suiso Frontier搭載澳大利亞制備的液氫首次抵達(dá)日本神戶。這是全球首次通過液化氫大規(guī)模海上運(yùn)輸氫氣。Suiso Frontier運(yùn)輸船全長116米，總噸位約8000噸，船上搭載了特制的儲(chǔ)氣罐，能儲(chǔ)存近1250立方米的液化氫，相當(dāng)于大約75噸液氫。

· 液化有機(jī)氫載體（LOHC）路線。

MCH（甲基環(huán)己烷）是最有潛力的有機(jī)氫載體。

日本和文萊建立了基于MCH的示范項(xiàng)目。2019年11月，文萊的氫化工廠開業(yè)，2020年正式投入運(yùn)營。氫氣在文萊的加氫廠通過化學(xué)反應(yīng)將氫和甲苯轉(zhuǎn)化為MCH。MCH通過海上運(yùn)輸送到日本，在川崎的脫氫工廠，再次轉(zhuǎn)換成氫和甲苯。MCH的主要缺陷是能量損失大，現(xiàn)在使用MCH載氫的能量損失達(dá)到35%-40%。

· 氨路線。

日本和沙特的合作主要以氨為載體。2020年，沙特阿美和沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司合作，向日本輸送了世界首批低碳氨。2022年，沙特阿美和沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司獲得了世界首個(gè)低碳氨的產(chǎn)品認(rèn)證。2023年，日本首相岸田文雄訪問沙特，與沙特王儲(chǔ)穆罕默德·本·薩勒曼舉行會(huì)談，雙方簽署了開發(fā)清潔氫氣、生產(chǎn)氨和再生燃料的協(xié)議。

氨是有潛力的載氫材料。氨比氫氣更容易液化，常壓下氨氣在-33℃可以液化，且同體積的液氨比液氫多至少60%的氫。氨的儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施完善，10000公里的航運(yùn)成本大約可以做到每噸260元。

氨有一個(gè)好處是可以直接使用。氨本身就是一種大宗化工產(chǎn)品，全球氨的產(chǎn)量約2.53億噸，其中八成以上的氨用于生產(chǎn)化肥。如果不把綠氨視為綠氫的載體，而直接視為一種工業(yè)原料，也就不用進(jìn)行“氫-氨-氫”的轉(zhuǎn)換。這種情景下，氨的遠(yuǎn)程運(yùn)輸就變得有經(jīng)濟(jì)性。另外，各國也在研究氨直接燃燒發(fā)電的技術(shù)，從而省去脫氫的成本。

不同于日本，歐洲及周邊地區(qū)本身具備一定的風(fēng)光資源，具備制備綠氫的條件。在北海、波羅的海、北非、中東，都可以實(shí)現(xiàn)較低的綠氫制備成本。北歐地區(qū)有較為豐富的風(fēng)電資源，適合用風(fēng)電制氫；而北非、中東地區(qū)有豐富的光照資源，適合用光伏制氫。

目前全球純氫管道總長度約5000公里。歐洲管道投資規(guī)模預(yù)計(jì)在800億-1430億歐元，在2025-2031年預(yù)計(jì)建成31060公里的氫氣管道。到2040年，歐洲氫管道會(huì)達(dá)到53000公里，其中40%是新建氫氣管道，60%依靠原本天然氣管道的改造。

歐洲使用管道運(yùn)輸氫氣的成本顯著低于液氫、氨和LOHC的方案。以從北非運(yùn)輸為例，從北非運(yùn)輸?shù)轿鞅睔W的運(yùn)輸距離大約3000公里，使用48英寸管道運(yùn)輸，成本大約為每千克0.4-0.5美元。考慮運(yùn)輸成本后，從北非通過管道運(yùn)輸氫氣的成本依然低于每千克3美元，是成本最低的方式。

此外，美國計(jì)劃10年內(nèi)將綠色氫成本降低80%至每千克7元。這一目標(biāo)頗具挑戰(zhàn)，但如果實(shí)現(xiàn)，則以氫代氣具備經(jīng)濟(jì)性。

和歐洲一樣，中國也需要解決氫氣的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸問題，管道運(yùn)輸成為了選擇。

目前中國氫氣管道里程約400公里，在用管道僅有1/4左右，已建成氫氣管道多是用于短距離的工業(yè)用氫傳輸。

新建管道建設(shè)周期長，天然氣管道摻氫可以利用現(xiàn)有管道，更快應(yīng)用于氫氣輸送。中國現(xiàn)有天然氣管道長度達(dá)到11萬公里，使用天然氣摻氫技術(shù)可以充分利用現(xiàn)有的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施，降低氫氣運(yùn)輸成本。

目前，天然氣摻氫的應(yīng)用已經(jīng)在技術(shù)上被初步驗(yàn)證。在民用領(lǐng)域，在低于20%體積分?jǐn)?shù)的摻氫比例下，摻氫天然氣在家用燃?xì)饩咧腥紵狞c(diǎn)火率、火焰穩(wěn)定性與煙氣排放性能全部合格而未發(fā)現(xiàn)安全性問題。在工業(yè)領(lǐng)域，國家電投旗下的荊門綠動(dòng)能源有限公司在2022年9月成功實(shí)現(xiàn)30%摻氫燃燒改造和運(yùn)行。僅荊門一臺(tái)54兆瓦燃機(jī)，在摻氫30%的情況下，每年即可減少二氧化碳排放1.8萬噸以上。

天然氣摻氫的核心是經(jīng)濟(jì)性。氫氣單位體積的熱值大約是天然氣的1/3，理論上只有氫氣的體積成本低于天然氣的1/3，天然氣摻氫才具有經(jīng)濟(jì)性。

當(dāng)前我國居民天然氣有價(jià)格管制，盡管海外LNG價(jià)格在2022-2023年曾一度飆升，但國內(nèi)居民氣價(jià)保持穩(wěn)定。天然氣門站價(jià)格按照2元/立方米估算，假設(shè)居民氣價(jià)上浮20%，需要?dú)錃獬杀镜陀?.8元/立方米（9元/千克）。這遠(yuǎn)低于現(xiàn)階段綠氫大約20元/千克的成本。

· 液氫裝備：快速追趕，有所突破。

中國在液氫裝備技術(shù)上和海外有較大差距。大規(guī)模氫液化裝置都采用氫膨脹循環(huán)制冷工藝。而全球范圍內(nèi)，掌握氫膨脹循環(huán)液化技術(shù)的僅有美國空氣產(chǎn)品公司、德國林德集團(tuán)和法國液化空氣集團(tuán)。中國的液氫設(shè)備主要來自林德和法液空。目前航天六院101所、中科富海等在液氫制取設(shè)備取得了部分技術(shù)成果。中集圣達(dá)因、南京航天晨光等在液氫儲(chǔ)存設(shè)備取得一定進(jìn)展。

中國航天科技集團(tuán)有限公司六院101所研制的中國首套自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氫液化系統(tǒng)2021年調(diào)試成功，包括透平膨脹機(jī)、控制系統(tǒng)、壓縮機(jī)、正仲氫轉(zhuǎn)化器等核心設(shè)備在內(nèi)的90%以上的設(shè)備完全采用國產(chǎn)。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)液氫產(chǎn)量為1.7噸/天，實(shí)測滿負(fù)荷工況產(chǎn)量為2.3噸/天。

中科富海成立于2016年，是以中科院理化所兩代院士、四代人歷經(jīng)六十年形成的大型低溫工程技術(shù)成果為核心而成立。2022年，中科富海首套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氫液化裝置在安徽阜陽調(diào)試成功，順利產(chǎn)出液氫產(chǎn)品。2023年，中科富海液氫裝置成功出海。

另外，中集安瑞科旗下公司中集圣達(dá)因、南京航天晨光已經(jīng)突破了300立方米的球形液氫儲(chǔ)罐。

目前，美國最大的液氫球形儲(chǔ)罐為4700立方米，相比之下，中國還有不小的差距。

· 氫管道：具備成本優(yōu)勢。

管道除了要選擇抗氫脆、高強(qiáng)度的材料外，還需要優(yōu)化焊接工藝，提高成型精度。目前主要參與者為中石油、中石化下屬公司，如中石油寶雞石油鋼管、中石油華油鋼管、巨龍鋼管、渤海裝備等。2023中國國際石油石化技術(shù)裝備展覽會(huì)上，石化機(jī)械也展出了研發(fā)的輸氫管道。

氫管道還有一個(gè)技術(shù)路線是柔性增強(qiáng)塑料管道（FCP），國內(nèi)尚無規(guī)模化應(yīng)用的案例。

· 大型干線壓縮機(jī)：仍然需要進(jìn)口。

氫氣密度比天然氣更小，對(duì)管道的大型壓縮機(jī)提出更高要求。當(dāng)前國內(nèi)主要采用往復(fù)式壓縮機(jī)，主要生產(chǎn)廠商包括美國英格索蘭、瑞士蘇爾壽等。國內(nèi)企業(yè)一方面在布局往復(fù)式壓縮機(jī)國產(chǎn)化，另一方面也在探索離心式壓縮機(jī)的技術(shù)路線。

· 加氫壓縮機(jī)：國產(chǎn)替代正當(dāng)時(shí)。

壓縮機(jī)作為加氫站最為核心的設(shè)備，對(duì)安全性和可靠性要求極高，一度使進(jìn)口壓縮機(jī)占比在70%以上。近年來，隨著國產(chǎn)品牌技術(shù)迭代、產(chǎn)品性價(jià)比，進(jìn)口壓縮機(jī)占比已下降到約50%。（綜合編輯）