氢能工业现状、技术进展、挑战及前景

在中国实现“碳达峰、碳中和”战略目标的要求下,作为一种可再生清洁高效二次能源,氢气能源得益于资源丰富、来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染、利用形式多样、可作为储能介质及安全性好等优点,将成为助力能源、交通、石化等多个领域实现深度脱碳的现实途径,也将成为我国构建现代清洁能源体系重要的接替能源,加快氢能发展步伐已成为全球共识。为了给氢能相关产业加快发展和能源公司加速转型提供理论支持,并为构建“氢能中国”提供依据和参考,阐述了氢产业链中制备、储运、应用等重点环节主要关键技术进展,分析了氢能工业化现状与发展趋势,探讨了氢工业发展所面临的挑战,展望了氢能产业的发展与未来。综合研究认为：(1)我国的氢能技术将走向成熟并进入产业化之路,氢能工业全产业链体系正在逐步形成,将逐渐实现由灰氢、蓝氢到绿氢的跨越式发展;(2)加快推进制氢、储氢、运氢、氢燃料电池、加氢站及其他用氢场景等氢能全产业链整体发展,注重与油气工业深入融合协同,将有效推进氢气工业体系快速高质量发展;(3)推进和实施“北氢东输”“西氢东输”“海氢上岸”等重大工程,利用加油气站等基础设施,可以在产氢、加氢等产业链节点发挥油气公司的先天优势,实...     

油气管网改革的未来

1959年我国第一条长输管道——新疆克拉玛依油田至独山子炼油厂147公里原油外输管道投产以来,经过55年的发展,现已建成长输油气管网10.6万公里.其中,天然气管道6万公里、原油管道2.6万公里、成品油管道2万公里,超过铁路在役运营里程和高速公路里程,与全国已建成的约25万公里城市配套的燃气管网,形成了横跨东西、纵贯南北、连通海外的油气管网新格局.     

掺氢天然气管道输送研究进展

可再生能源发电制氢被认为是解决弃电消纳问题的一条有效途径,将氢气以一定的比例掺入天然气中,利用现有的天然气管道或管网进行输送,有可能是当前实现大规模氢气输送的最佳方式。为此,围绕掺氢天然气管道输送中的若干关键问题,通过文献调研的方式回顾和分析了近年来国内外掺氢天然气管道输送的主要研究进展。研究结果表明:(1)天然气管道允许的掺氢比上限仍不明晰,需重点揭示掺氢天然气对典型管材氢脆和氢腐蚀的影响,建立典型管材关键力学性能数据库和相容性评价体系;(2)要探究掺氢天然气的泄漏、积聚、燃烧和爆炸等安全事故特征和演化规律的变化,需明确掺氢对安全事故产生的新影响,发展缺陷在线智能监测和应急修复技术;(3)目前掺氢天然气管输风险评估和可靠性评价方法研究不足,需要开展考虑掺氢影响的天然气管输完整性评价和智能管理;(4)进一步完善掺氢天然气管输配套设备、输送工艺、掺氢及氢分离工艺等,并尽快制订掺氢天然气管输技术标准和安全运行技术体系。结论认为,该研究成果可以为掺氢天然气管道输送关键技术的研究和推广应用提供有益的参考。     

油气管网改革的未来

<正>我国油气管网的混合所有制改革障碍非常多,要想"混得好"需多种因素配合。1959年我国第一条长输管道——新疆克拉玛依油田至独山子炼油厂147公里原油外输管道投产以来,经过55年的发展,现已建成长输油气管网10.6万公里。其中,天然气管道6万公里、原油管道2.6万公里、成品油管道2万公里,超过铁路在役运营里程和高速公路里程,与全国已建成的约25万公里城市配套的燃气管网,形成了横跨东西、纵贯南北、连通海外的油气管网新格局。     

石化企业新建供氢中心高压氢气管道试验方案探讨

基于某石化企业内新建供氢中心的工程案例，比较了国内相关氢能设计标准规范(GB 50177,GB/T 50156,GB/T 50516和Q/SH 0770)的适用范围和针对氢气管道试验的要求。针对该项目设计压力为25 MPa的高压氢气管道，采用ASME PCC-2规范计算采用气压试验时管道储存的能量并预估最小安全距离。计算结果表明：因需要较大的安全防护距离，将气压试验作为压力试验方案难以实施。提出了高压氢气管道的(强度)压力试验、气体泄漏性试验和泄漏量试验方案，总结了高压氢气管道试验应关注的其他因素，主要包括水压试验氯离子浓度的控制、水压试验温度、管道坡度设置以及试压过程管道的周向应力和轴向应力校核等。     

液体有机氢载体储氢体系筛选及应用场景分析

储运成本偏高已经成为制约氢能产业发展的瓶颈和挑战。在多种氢储运技术中,液体有机氢载体(LOHC)储氢被认为是最具发展潜力的方向之一,有望在氢能社会中发挥重要的作用。对几种LOHC体系进行了比较,认为甲基环己烷体系、N-乙基咔唑和二苄基甲苯体系目前相对成熟,正在走向商业化。对包括氢气跨洋运输与国际氢供应链、大宗氢气储运、可再生能源储能、基于LOHC储氢的站内制氢加氢站等未来能源体系中几种新型应用场景进行了分析,梳理了目前LOHC储氢研究面临的难题和研究方向,并提出了研究建议。     

氢气储运技术的发展现状与展望

随着世界能源危机和环境污染的不断加剧,推动清洁能源革命已成为世界能源产业未来发展的重要趋势。近年来,中国对新能源产业的发展日益重视,尤其是对氢能产业的开发力度日益增大。在未来,氢能有望在推动中国能源结构改革、保障国家能源安全等方面扮演越来越重要的角色,并可能在能源、化工、交通等领域引起一系列变革。在氢能产业发展过程中,高效、低成本的氢气储运技术是实现大规模用氢的必要保障。目前,氢气的典型储运方式主要包括高压气态储运、低温液态储运、有机液态储运和固态储运技术等。综述了各储氢技术的研究现状,并在对不同氢气储运技术进行综合对比分析的基础上,对中国未来氢气储运技术的发展方向做出展望。     

世界氢能产业与技术发展现状及趋势分析

氢作为一种来源广、零污染、零碳排的绿色能源,是推动传统化石能源清洁利用和促进可再生能源规模发展的理想能源载体。美国、欧洲和日本等发达国家和地区十分重视氢能产业与技术创新发展,纷纷出台政策和投入资金,加快氢能产业与技术研发布局,重点推动燃料电池汽车量产和加氢站基础设施建设。世界氢能技术创新十分活跃,氢气绿色制取、高效储运进展显著,氢能产业已进入商业化发展前期。中国氢能技术研发和产业发展布局近年取得积极进展,氢能上中下游产业集群已具雏形。石油公司具有较好的产业基础和资源市场等优势,应谋划产业布局,加快推进氢能发展战略研究和试验示范;通过构建创新联合体、构筑产业联盟,加快氢能科技创新,推进氢能与传统油气业务一体化融合发展,积极培育氢能新兴产业,坚定迈向综合性能源公司。     

国内外氢能产业政策与技术经济性分析

氢能作为21世纪人类可持续发展最具潜力的二次清洁能源,受到全球范围的高度重视。分析了国内外氢能产业政策、技术与经济性等发展现状：当前国外主要发达国家结合自身禀赋,形成了深度脱碳、能源独立和资源出口等“氢经济”战略模式,并加速电解水制氢、高密度气液固储氢、大规模地下储氢和长寿命氢燃料电池等氢能核心技术的布局;我国氢能产业发展尚处于初期阶段,上游制氢以灰氢为主,中游的氢储运技术与经济性存在瓶颈,下游氢能应用产业刚刚起步,需要结合不同地区资源状况与产业特点推动氢能差异化和多元化发展,通过研究机构与龙头企业联手引领突破技术与经济壁垒和政府出台政策引导扶持,加快构建具有中国特色的氢能“制-储-运-加-用”产业链与规模化发展。     

如何迈进“氢能社会”

日本氢能发展世界领先,我国应在制定氢能标准和规划、人才队伍和国际合作方面进一步加强。由于化石能源几乎完全依靠进口,多年以来,发展氢能是日本能源转型的首选,福岛核事故以后更是加快了氢能替代的步伐。目前已经在燃料电池汽车、家庭热电联供等领域取得一定的成效,并首次推出了"氢能社会"的概念。如今,日本的氢能源车已经到了量产的阶段,加氢站目前已建成160座,计划到2030年建成900座加氢站,实现氢能发电商业化。     

氢能源的生产储备及国内外氢经济的发展对比和前景

氢能源是现代能源发展的一个新趋势,是取代化石能源的重要研究方向。如何制备氢气以及如何储存氢能是氢能源开发所面临的最大问题,生物质分解制氢法和新储氢材料的开发是最有经济效益和环境效益的方法。本文还概述了国内外对氢能源开发的研究进展,最后对国内氢能源的发展现状和改善方法进行了阐述。     

河西走廊——中国的油气管廊

河西走廊是我国古代丝绸之路的咽喉,东起乌鞘岭,西至古玉门关,南北介于南山（祁连山和阿尔金山）和北山（马鬃山、合黎山和龙首山）之间,东西长约1000公里,南北宽数十公里,为西北至东南走向的狭长平地,形如走廊,称甘肃走廊,因位于黄河以西,又称河西走廊.河西走廊不仅是内地通往西部的交通要道,也是我国将西部油气资源输往内地的重要能源通道.与河西走廊相关的大型油气管道包括：已建成的西气东输、西部原油管道、西部成品油管道、西气东输二线,施工中的西气东输三线,设计中的西气东输四线,前期论证中的西气东输五线、新粤浙天然气管道等8条油气管道.     

长输管道交叉施工风险探讨

长输干线管道是国家的能源大动脉,防控形势日趋严峻。长输干线管道担负着我国现有70%石油和99%天然气的运输。据资料统计,全国长输油气管道总里程已经达到八万公里,"十二五"规划末期将超过10万公里。随着经济建设的高速发展,纵横交错     

氢气长输管道钢管选材研究

氢气长输管道在钢管选材方面与天然气管道存在一定的差别。通过对氢气长输管道常见的氢致失效形式及机理的研究,以及合金元素、显微组织及夹杂物、带状组织等对氢致失效影响的深入分析,最终确定出氢气长输管道在钢管管型、钢级及交货热处理状态方面的选材要求。在满足工程需要及安全的前提下,可选择API SPEC 5L A、B、X42、X46、X52(PSL2级)等无缝钢管、直缝埋弧焊管和高频电阻焊管。对于较低钢级无缝钢管,建议选用形变正火态;对于相对较高钢级无缝钢管,建议选用淬火+回火态;对于直缝钢管,建议选用形变热处理态。     

基于质子交换膜燃料电池车用氢气产品质量标准GB/T 37244的探讨

目的质子交换膜燃料电池车用氢燃料是连通氢能产业上游制氢环节和下游应用场景的核心介质,针对现行产品标准GB/T 37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气》中涉及的杂质含量限值和分析方法,对其进行研究探讨。 方法梳理国内氢燃料产品质量标准的演进历程,对比国外相关的氢气产品指标及分析方法标准,调研国内氢源现状衍生的杂质组分情况和实际分析需求现状。 结果氢燃料中关键杂质以及其他杂质的组成要求应根据实际研究结果完善限值指标。建议针对氢燃料来源多样导致引入杂质组分的不同,采用关键组分核查与型式检验、出厂检验相结合的检测方式。 结论在满足国内氢燃料质量要求和国际标准ISO 14687:2019《Hydrogen fuel quality-Product specification》的前提下修订现行的产品质量标准,完善健全氢燃料质量分析方法标准体系和溯源链条,以保证分析的准确性和提高分析效率。      

天然气管道掺氢对天然气分析计量的影响

天然气管道掺氢输送是现阶段实现氢气长距离输送、规模化使用的有效手段之一，也是天然气工业向“碳中和”目标迈进的重要途径。氢气与天然气中其他常量组分物性差异较大，天然气管道掺氢将影响天然气的物性参数分析计量标准和设备适用性。为此，以3种典型天然气为例，系统分析了天然气物性参数随掺氢浓度的变化趋势，并讨论了天然气管道掺氢对天然气分析计量和相关设备的影响。研究结果表明：(1)当掺氢浓度达40%时，不同天然气的高位发热量、相对密度、沃泊指数、黏度、体积能量密度（10 MPa、20℃）分别下降约27%、35%、10%、20%和40%，压缩因子、声速（10 MPa、20℃）分别上升18%和34%左右；(2)现行天然气产品标准规定的指标限制了天然气掺氢浓度的范围，现有天然气分析计量标准、设备适用的氢气浓度较低，不利于掺氢天然气的准确分析和计量。(3)建议综合各参数确定技术经济性合理的掺氢浓度，修订《天然气：GB 17820—2018》和《进入天然气长输管道的气体质量要求：GB/T 37124—2018》，并开展实验及优化研究拓展分析计量方法、标准和设备的适用范围，合理选用天然气物性参数计算标准。结论认...     

氢能长距离输送的经济性研究

为了研究长距离输送氢能的经济性,选取两种不同输送方式进行经济性评估。一种方式是将可再生能源转化为电能,通过高压直流电力电缆传输,最终在用户端电解水制氢;另一种方式是先将可再生能源转化为氢气,再通过天然气管道将氢气输送给用户。分组对比了海上电缆、陆上电缆、海上管道、陆上管道四组传输方式,汇总数据分析传输距离、容量因数、传输容量等因素在四种传输方式中对氢的平准化度电成本（LCOE）的影响。结果表明：在4 000 km的传输距离下,通过管道输送氢能的最低平准化度电成本为7美元/kg;通过电缆输送电能再转化为氢能输送方式的最低平准化度电成本为9美元/kg。通过提高输送容量系数和传输规模可以进一步降低氢能的输送成本。     

基于MILP模型的氢气供应链路径优化

随着中国对可再生能源重视程度的日益增加，氢能需求量可能会呈大幅度增长趋势。促进氢能产业的发展，首先需要考虑实现高效、经济的氢气供应运输途径。为此，综合考虑氢气需求量、制氢厂产量、供应链运输能力、不同方式运输费率、新建基础设施投资等因素，以氢气供应链系统运行总费用最小为目标函数，建立了混合整数线性规划（Mixed Integer Linear Programming,MILP）模型，并以中国南方某区域为研究实例，计算求解获得不同氢气需求量场景下的最佳氢气运输方案。研究结果表明：(1)现有模型主要考虑运输方式在制氢厂至氢气需求地之间的经济性，并在建立的模型上分析氢气供应链的安全性和减碳效果；(2)在现有氢气市场需求量的情况下，氢气通过长管拖车短距离输送、天然气掺氢管道输送是较好的选择；(3)随着未来氢气利用市场规模扩大、需求量增加，新建纯氢管道则逐渐表现出较好的经济性。结论认为，研究建立的MILP模型对优化氢气供应运输方案具有较好的效果，有助于为不同实践场景下的氢气运输方案选择提供参考与借鉴。     

“双碳”目标下中国氢能发展战略

氢能由于其所具备的清洁、低碳、高效、可再生等优点,逐渐成为全球应对气候变化、实现可持续发展的重要能源载体之一。当前中国面临“双碳”目标的紧迫压力,而氢能将在这个宏伟目标实现过程中发挥重要作用。为提出“双碳”目标下中国氢能发展战略,基于氢能在中国“碳达峰”“碳中和”战略中的作用和角色,研究了中国的氢能禀赋,提出了“氢能伦理”“氢能胡焕庸线”等概念,论述了制氢、储氢、运氢及用氢各主要环节的发展现状、现有的优势,指出了中国氢能产业面临成本问题、氢能基础设施不足、能源效率偏低且与可再生能源发展步骤不匹配、市场需求不足、技术发展存在短板、政策体系不完善等6大障碍与挑战。最后,提出了未来氢能产业发展的5项政策建议：(1)制定行动方案,落实国家氢能发展规划的要求;(2)建设国际、国内双循环的氢能经济体系;(3)发挥氢能优势,建设清洁低碳、安全高效的清洁能源体系;(4)加快氢能科技创新,推动建设氢能科技发展高地;(5)建设氢能应用产业集群发展园区,扩大氢能应用市场。结论认为,“双碳”目标下,中国应发挥氢能作为能源载体和工业原料的双重优势,使氢能产业在保障中国能源安全、推动社会经济转型升级以及保护生态环...     

油气产业氢能利用的经济性与CO2减排效益分析

中国在实现“双碳”目标和新型能源体系的构建过程中，油气产业发展中氢能利用具备独特的地域、技术和基础设施等优势。为此，总结了氢能产业的技术特点和油气产业发展氢能的优势，提出了4种典型的油气产业氢能发展路径，并运用蒙特卡罗模拟方法，从平准化成本和CO₂减排效益2个方面分析了各路径在不同资源禀赋条件下的发展趋势。研究结果表明：(1)蓝氢路径中，煤制氢耦合碳捕获与封存技术可以凭借其成本和CO₂减排优势作为油气产业氢气清洁化生产的过渡路径；绿氢路径的CO₂减排效益优于蓝氢路径，可以作为中长期的发展路径。(2)在天然气资源丰富、价格低于1.38元/m³的地区，天然气制氢耦合CCS技术具有较好的经济性和CO₂减排效果。(3)年光照有效发电小时数大于1 390 h的油气田布局光伏制氢向加氢站供应清洁氢气将具有一定的经济可行性。(4) 2030年，油气产业布局海上漂浮式风电制氢+天然气掺氢混合使用的业务在风力条件优越、年有效发电小时数大于2 900 h的资源区将具备可行性。(5)其他资源区氢能利...