氢基能源车船、管道运输方式介绍

相比于车船运输等常规运输方式，管网运输是实现氢基能源大规模、长距离 输送最经济、最节能的方案。

1.氢基能源车船运输

（一）气态长管拖车运氢

长管拖车是最普遍的气态氢运输方式。由于氢气密度小，储氢容器自重大， 长管拖车实际运氢重量仅为总运输重量的 1~2%，因此长管拖车运氢适用于运输 距离短且输氢量较低的场景。 目前我国以 20MPa 气态长管拖车运氢方式为主，20MPa 长管拖车单车运氢 量约 350 千克，单辆长管拖车造价约 120 万元，百公里运氢成本约 10 元/千克； 随着运距的增加，长管拖车运氢成本将进一步上升，当运距超过 300 公里时，长 管拖车运氢经济性不佳。 压力对长管拖车的输氢成本有较大影响。预计到 2030 年，国内长管拖车的 工作压力可以达到 35MPa，单车运氢量可达到 700 千克，单车造价约 130 万元， 百公里运氢成本约 8 元/千克；到 2050 年，国内长管拖车的工作压力可以达到 50MPa，单车运氢量可达到 1200 千克，单车造价约 140 万元，百公里运氢成本 约 6 元/千克。

（二）液氢车船运输

由于液态氢的密度远高于气态氢，液氢运输适用于运输距离较远、输氢量较 高的场景。目前国内多采用槽车运输液氢，液氢槽车运输方式相较于 20MPa 气 态长管拖车运氢方式，可使单车运氢重量提高约 9 倍，装卸时间减少约 1 倍，且 液氢槽车运输在液化过程还能提高氢气纯度，一定程度上节省了提纯成本。液氢 槽车单位运氢成本主要与载氢量有关，目前液氢槽车单车载氢量可达 4000 千克， 液氢槽车运氢成本约 13.5 元/千克。远距离运输条件下，液氢槽车运氢成本优势 较为明显。 液氢运输在美国、欧洲、日本等国家和地区已实现较大规模的应用，2022 年 由日本川崎重工业公司制造的全球第一艘液化氢运输船，并成功将澳大利亚液氢 运抵日本。根据川崎重工的规划，该公司将在 2030 年建造 2 艘商业规模的液化 氢船，每年能够进口 22.5 万吨氢燃料；到 2050 年将液化氢船数量将达到 80 艘， 每年能够进口 900 万吨氢燃料。

（三）氨与甲醇车船运输

氨通常以液体形式运输，运输技术非常成熟，液氨的运输方式包括水路船运、 公路罐车、铁路罐车以及管道运输。中短距离液氨运输通常为公路和铁路罐车方 式，大多数采用全压式常温槽罐。远洋海上液氨运输一般采用冷冻型液氨运输船， 船上配备制冷设施用来处理蒸发气。一辆液氨槽罐车载氨量可达 30 吨（换算载氢量约 5.29 吨），载氢量较长管拖车（载氢量约 0.4 吨）提高了一个数量级，因 此运氨成本也较运氢成本呈数量级降低。 甲醇常态下为液态，其运输方式包括水路船运、公路运输、铁路运输和和管 道运输。一辆甲醇槽罐车载重量可达 30 吨（换算载氢量约为 5.64 吨），运输成 本与液氨相当，甲醇也可作为一种高密度储氢材料，实现氢的安全高效经济运输。

2.氢基能源管道运输

相比于车船运输等常规运输方式，管网运输是实现氢基能源大规模、长距离 输送最经济、最节能的方案。

（一）天然气管道掺氢运输

天然气管道掺氢运输是指将氢气以一定体积比例掺入天然气中形成掺氢天 然气（HCNG），并通过现有天然气管道进行输送。相关研究利用华白数、燃烧 势、AGA 指数判定，加以爆炸极限计算、扩散性安全分析，结果表明掺混氢气 的体积小于 24%时，掺混气与天然气基准气具有互换性。虽然国际上与中国部分 区域已开展了天然气掺氢的相关示范工作，但现有天然气管网的大规模掺氢仍面 临诸多困难，需要逐步予以解决。

（二）纯氢管道运输

国内已建输氢管道目前普遍采用低钢级（20 号钢、L245N）管道，中低压力 （≤4MPa）运行，研究表明输送氢气压力越高，管线钢材的氢脆敏感性越大。近 年，国外开始研制大口径的 X60 及以上钢级抗氢管道，目前管材已经研制成功， 通过了实验室内最大压力和 100%氢气条件下的测试。美国投运的输氢管道最高 运行压力已达到 10.3MPa，已经达到了目前我国天然气西气东输的骨干管道压力 等级（10MPa~12MPa）。 我国已建氢气输送管道有金陵-扬子氢气管道、巴陵-长岭氢气提纯及输送管 线、济源-洛阳氢气管道、玉门油田输氢管道等，管道里程约 100 公里，管道运 行压力均在 4MPa 以下，管径从 200~500mm 不等。虽然我国在氢气管道的设计、 施工、运行及维护方面积累了一定经验，但是相较国外先进水平仍有不小的差距。

目前设计压力在 6.3MPa、管径 D610mm 的纯氢管道示范项目已处于工程建 设阶段，输氢量级可达 50 万吨/年。设计压力 6.3MPa、管径 D813mm 的纯氢管 道处于前期设计阶段，具备应用条件后，输氢量级可达 100 万吨/年。未来随着 抗氢脆管材、设备及技术的突破，国内纯氢管道设计压力将可能达到 10MPa 级， 管径达到 D1016mm 以上，相应输氢量级达到 200 万吨/年以上。 目前国内外深远海风电开发经济性普遍不强，海上纯氢管道输送目前国内外深远海风电开发经济性普遍不强，海上纯氢管道输送处于起步阶 段。虽然已有少数海上纯氢管道服务于石油化工行业，但总体上国内外海上纯氢 管道研究较少，相比于陆上纯氢管道，海上管道材质和施工均会造成一定成本增 加，据估算，海上纯氢管道输送成本将比陆上纯氢管道高出一倍左右。

（三）液氨管道运输

氨通常以液体形式储存，非常适合用管道进行运输。液氨管道运输不易受天 气和交通条件影响，效率较高。液氨管道运输工艺一般分为低温低压运输与常温中压运输，其中港口、合成氨厂与储罐区之间的短距离液氨管道及内部液氨流程 工艺管道普遍采用低温低压输送工艺，港口与氨厂之间以及两者到下游客户的长 距离液氨管道则普遍采用常温中压输送工艺，少数长距离氨管道也采用常温高压 输送工艺。 国际上液氨管道输送在美国和俄罗斯有较大规模的应用。美国输氨管网始建 于 1960 年，目前已建管道总里程约 5000 公里，其中最长的一条是由 Nustar Energy 经营的海湾中央管道系统，长度约 3100 公里，管道设计管径为 150~250mm，收 集支线连接了 7 座氨合成厂，分配支线连接了 36 座大型中转储库，最大操作压 力为 9.8MPa，运输能力达 225 万吨/年。俄罗斯液氨管道始建于 1978 年，总里程 约 2400 公里，用于连接俄罗斯大型氨生产基地与乌克兰黑海港口敖德萨，实现 氨的出口贸易，设计管径 350mm，设计输送能力约 250 万吨/年。此外，德国、 英国、西班牙、波兰等多个国家均建有中短距离液氨管道，这些管道长度多在 10 公里以下，主要用于港口、储罐及附近用户间的液氨输送。

中压运输，其中港口、合成氨厂与储罐区之间的短距离液氨管道及内部液氨流程 工艺管道普遍采用低温低压输送工艺，港口与氨厂之间以及两者到下游客户的长 距离液氨管道则普遍采用常温中压输送工艺，少数长距离氨管道也采用常温高压 输送工艺。 国际上液氨管道输送在美国和俄罗斯有较大规模的应用。美国输氨管网始建 于 1960 年，目前已建管道总里程约 5000 公里，其中最长的一条是由 Nustar Energy 经营的海湾中央管道系统，长度约 3100 公里，管道设计管径为 150~250mm，收 集支线连接了 7 座氨合成厂，分配支线连接了 36 座大型中转储库，最大操作压 力为 9.8MPa，运输能力达 225 万吨/年。俄罗斯液氨管道始建于 1978 年，总里程 约 2400 公里，用于连接俄罗斯大型氨生产基地与乌克兰黑海港口敖德萨，实现 氨的出口贸易，设计管径 350mm，设计输送能力约 250 万吨/年。此外，德国、 英国、西班牙、波兰等多个国家均建有中短距离液氨管道，这些管道长度多在 10 公里以下，主要用于港口、储罐及附近用户间的液氨输送。