张莎 李文柱 刘姝玮 梁美茹 张天一

摘要：当前我国氢能产业正在快速发展，众多企业全力争取在氢能时代占据更大的市场份额。目前我国氢能技术研究与产业发展已取得许多重大突破，但主要集中在上游制氢及下游氢能使用领域。本文以输氢为切入点，对国内输氢技术及产业发展现状进行总结分析，并对国内现行相关标准规范归类总结，以期进一步推进国内对输氢技术发展的重视，为国内输氢产业发展提供一定的参考意义。

关键词：氢能输氢技术产业发展标准规范

Current Situation Analysis of Hydrogen Transmission Technology and Overview of Industrial Development

ZHANG ShaLI WenzhuLIU Shuwei LIANG MeiruZHANG Tianyi

（China Nuclear Seventh Research and Design Institute Co.， Ltd.， Taiyuan， Shanxi Province， 030012China）

Abstract： At present， China's hydrogen energy industry is developing rapidly， and many enterprises are striving to occupy a larger market share in the era of hydrogen energy. At present， many breakthroughs have been made in the research and industrial development of hydrogen energy in China， but they are mainly in the fields of upstream hydrogen production and downstream hydrogen energy use. This article takes hydrogen transportation as the starting point， summarizes and analyzes the status quo of domestic hydrogen transportation technology and industry development， and categorizes and summarizes existing domestic standards and regulations， with a view to further promoting domestic attention to the development of hydrogen transportation technology， and provide a certain reference for the development of the domestic hydrogen transportation industry.

Key Words： Hydrogen energy， Hydrogen transport technology，Industrial development， Standard specification

发展氢能产业是我国实现“碳达峰、碳中和”的重要路径，是我国大规模储能需要的重要手段，也是我国建设以新能源为主体的新型能源系统、提高能源安全的重要举措。可以预见，氢能作为重要的二次能源载体和化工原材料，在未来将在更大程度上地参与到国民经济中。据不完全统计，截至2021年11月，已有41个省市（地方）陆续发布氢能产业专项规划，部分地市还出台了区级氢能规划。

在我国氢能产业链主要包括制氢、氢储运及加注氢[1]。其中，氢储运对技术及基础设施要求较高，是目前产业链发展的重要问题，需要进一步加强技术攻关及基础建设。

1 输氢技术现状及分析

输氢方式主要有气态、液态与固体3种[2]。其中，气态和液态是目前国内实现规模运输的输氢方式，固体储氢输氢方式仍处于实验室阶段。

1.1 气态输运

气态输氢可分为长管拖车输运和管道输运两种方式。长管拖车技术较为成熟，主要由高压储氢瓶组放置在拖车上组成。该技术是国内氢气近距离输运的重要方式，加氢站外进氢气均采用长管拖车输运。国内长管拖车以20MPa运氢为主，国外则已普遍发展到45MPa纤维全缠绕高压氢瓶長管拖车[3]。

长输管道输氢能够实现大规模、长距离运输，运输压力通常为1.0～4.0MPa。管道输氢主要有两种方式，天然气掺氢输运与纯氢输运，我国氢网尚未规模化建设。管道输运因“氢脆”现象所需的管材特殊性，导致建设初期成本较高，且需获得相关部门许可。

1.2 液态输送

将氢气深冷成液态后，利用多种运输工具实现液氢运输。液氢输运可大大提高运输效率，但对液化设备要求高，投资大、能耗高。国内液氢主要应用在航天和军事领域，运输方式以槽罐车为主，民用液氢相关配套设置尚未成熟，但国外液氢槽罐车已成为加氢站的重要外进氢气来源。液氢还可利用双层绝热套管管道运输，国内目前只用于短距离输送。

液体储氢运输是实现液态输送的一种新型技术方式，利用催化剂与加热等实现储氢载体的加氢、放氢过程。储氢载体主要有有机液体、液氨及甲醇等，其中有机液体储氢的研究最为广泛，已逐步向工业化推进。

1.3 固体输送

利用轻质储氢材料作为载体，放入特定货车的随车低压高密度固态储罐来实现固体氢运输，这种输氢方式能够增加单车运氢量，提高运氢安全性。主要的固体储氢方式有金属氢化物储氢、碳纳米管/纳米炭纤维储氢、活性炭吸附储氢及玻璃微球储氢等[4]。国内固态储氢主要通过金属氢化物进行，但迄今尚未实现固态氢气输送规模化使用。

1.4 小结及分析

氢能产业初期发展阶段，输氢方式将主要以45MPa长管拖车、低温液氢、管道（示范）输运等为主。长输管道一次性投资大、灵活性差，但建成后运输成本最低。在氢管网建成之前，利用天然气管网掺氢运输也是可行的技术路线。液氢槽罐车也适用于长距离输运，但目前液化成本较高，在未来突破技术和经济瓶颈后，将成为氢输运的重要方式。

2 输氢产业发展现状

2.1输氢产业总体概况

目前我国液氢运输的基础尚不成熟，主要应用在航天和军事领域，尚未达到民用水平;液氢管道运输只应用在特殊场合。国外液氢运输已进入规模化使用，液氢槽罐车已成为加氢站外进氢气重要来源。

国内主流输氢方式仍为高压气态输运，所需长管拖车运输设备技术也相对成熟，已发展成长了一批相关企业。但随车储氢罐压力等级和储氢量与国际通用水平还存在一定差距。

我国氢气运输管道建设仍处于起步阶段。全球范围内输氢管道近5000km，其中欧洲氢气长输管道总长约1770km，美国总长超过2600km，国内输氢管道仅有约100 km。按照《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》[5]预计，国内氢气管网建设到2030年将总计3000km。

2.2 国内参与输氢业务的主要企业

氢能目前已经是继储能之后能源领域的新热点，各大能源类企业纷纷布局氢能。2021年7月16日，国资委在国务院新闻发布会上提到，目前全国超过1/3的中央企业已经在制定包括制氢、储氢、加氢、用氢等全产业链的布局。以输氢产业为例，中石油、中石化、宝武集团、国家能源集团、国家电投集团、三峡集团等央企已在该领域发展成长。国内主要氢储运企业下表1所示。

2.3 输氢产业前沿水平

国外通常采用45MPa纤维全缠绕高压氢瓶长管拖车运氢，运氢量最高可达700kg/车。国内长管拖车气瓶公称压力规定为10～30MPa，氢气长管拖车仍以20MPa为主，运氢量300 kg/车左右。

澳大利亚2021年试点启动天然气管道改造成纯氢运输管道项目。德国Avacon公司将在萨克森·安哈尔特州的天然气管网中掺约20%的氢。国内目前已建管径最大、压力最高、输量最高的济源-洛阳氢气管道，全长25m，管徑508mm，设计压力4.0MPa。河北定州至高碑店氢气长输管道可行性研究项目是现有规划建设最长的氢气管道，全长约145km。国内近些年先后开展了朝阳天然气掺氢示范工程、宁夏天然气掺氢降碳示范化工程中试项目及广东海底掺氢管道项目等。

欧美日等国家的液氢储运已进入规模化应用。俄罗斯的液氢储罐容量最大可至437m3，储氢量约100.59t。美国NASA建造有液氢用大型驳船，储存容量可达1000m3。德国针对12万m3大型液氢驳船已展开研究。我国液氢主要应用在航天领域，民用领域发展还不成熟。2020年鸿达兴业建成国内首条民用液氢生产线，2021年完成国内首次民用液氢超长距离运输，填补了民用液氢的空白。

固态储氢已在国外燃料电池潜艇中投入商用，在规模储氢中进行示范应用，国内固态/液态储氢技术也已有示范案例，但储氢运输技术尚未达到商业化使用。

2.4 输氢行业现行标准规范

2.4.1 非长输管道输氢相关标准

目前，国内输氢方式主要以短距离高压长管拖车为主。国内液氢运输也有一定的应用，集中在航天与军事领域。表2与表3为国内外非长输管道输氢的相关标准汇总表。

2.4.2 长输管道输氢标准

国内氢气管道建设量较少，管道直径和设计压力较低，相关标准体系仍不完善，目前国内仍没有适用于氢气长输管道的设计标准。仅与国标《输气管道工程设计规范》《工业金属管道设计规范》《氢气站设计规范》等[6]标准相对临近，但其中介质不包括氢气，只起到参考作用。2021年中国标准化协会加大了推进力度，相关标准编制正在逐步开展。输氢管道目前仅有国外标准《氢气管道和管线》《氢气管路和管道》《氢气管道和管道系统用STP-PT-006设计指南》等供参考。

3 结语

在国家能源安全及环境问题的助推下，氢能的开发利用成为解决能源矛盾的重要方式之一。对比国外成熟的氢能输运技术，国内的输氢技术在经济性和安全性上还存在一定的问题，亟需畅通氢能产业链的可持续循环。此外，需进一步充实与完善氢气长输管道的相关标准体系，为我国氢网的大规模建设提供支撑。国内相关研究人员及单位应进一步加强对输氢领域的重视，以促进输氢技术与产业的高质量可持续发展。

参考文献

[1]张扬军，彭杰，钱煜平，等.氢能航空的关键技术与挑战[J].航空动力，2021（1）：20-23.

[2]刘自亮，熊思江，郑津洋，等.氢气管道与天然气管道的对比分析[J].压力容器，2020，37（2）：56-63.

[3]曹军文，覃祥富，耿嘎，等.氢气储运技术的发展现状与展望[J].石油学报（石油加工），2021，37（6）：1461-1478.

[4]陈东，陈廉.21世纪先进氢能载体材料产业化前景——质子交换膜燃料电池（PEMFC）最佳氢燃料源[J].新材料产业，2002（10）：31-34.

[5]凌文，刘玮，李育磊，等.中国氢能基础设施产业发展战略研究[J].中国工程科学，2019，21（3）：76-83.

[6]张有渝，李平利，袁勇，等.输气管道与工业管道技术上的区别和对策[J].天然气与石油，2020，38（2）：32-38.