Для новых отраслей независимость и контроль над ключевыми технологиями являются основой высококачественного развития.

　　Водородная энергетика Китая находится на начальной стадии развития, а транспорт и хранение являются одним из основных препятствий для развития водородной энергетики в стране.

　　Поскольку водород обладает низкой плотностью, легковоспламеняемостью и взрывоопасностью, безопасная и эффективная транспортировка и хранение водорода представляют значительные трудности, что также приводит к высокой стоимости транспортировки и хранения водорода.

　　Транспорт и хранение связывают производство водорода и его использование в водородных автомобилях и других областях. Безопасные и эффективные технологии транспортировки водорода являются предпосылкой для крупномасштабного коммерческого развития водородной энергетики.

　　По общему мнению экспертов, только сектор транспортировки и хранения водорода имеет потенциал для создания рынка объемом в сотни миллиардов юаней, а 30% будущей конечной цены водорода будет приходиться на затраты на транспортировку и хранение.

　　Среди всех способов транспортировки водорода трубопроводный транспорт является наиболее экономичным. Использование существующих газопроводов для транспортировки водорода с добавлением водорода и строительство новых трубопроводов для транспортировки чистого водорода имеют важное значение для развития транспортировки и хранения водорода.

　　10 апреля демонстрационный проект трубопровода для транспортировки водорода «Западный водород — Восточный транспорт» был включен в «План реализации строительства национальной сети нефти и газа», что ознаменовало официальный запуск проекта по созданию в Китае магистрального трубопровода для транспортировки водорода на большие расстояния.

　　Планируемый трубопровод «Западный водород — Восточный транспорт» проходит через три провинции (города) — Внутренняя Монголия, Хэбэй и Пекин — и девять уездов. Протяженность трубопровода составляет более 400 км, пропускная способность на первом этапе — 100 000 тонн в год, с резервом для увеличения до 500 000 тонн в год в будущем. Это первый в Китае межрегиональный магистральный трубопровод для транспортировки чистого водорода на большие расстояния, который может решить проблему несоответствия спроса и предложения на зеленый водород в Китае.

　　16 апреля был достигнут прорыв в технологии транспортировки водорода на большие расстояния по газопроводу (397 км) в Нинся-Ниндэ, доля водорода постепенно достигла 24%, а общая работа протекала стабильно.

　　В настоящее время спрос на водородную энергетику на рынке постоянно растет, а прорыв в технологии добавления водорода и транспортировки водорода на большие расстояния означает, что водородные трубопроводы в Китае могут начать коммерческое внедрение.

　　01

　　Трубопроводы — оптимальный путь для транспортировки водорода на большие расстояния

　　Технологические пути транспортировки и хранения обычно делятся на три способа: газообразное, жидкое и твердое хранение и транспортировка.

　　Однако по сравнению с традиционными ископаемыми видами топлива, такими как нефть и природный газ, водород имеет естественные недостатки в области транспортировки и хранения, что приводит к медленным темпам развития.

　　Все, кто изучал химию в средней школе, знают, что водород — это первый элемент в периодической таблице, водород имеет малый вес и низкую плотность, его свойства очень активны, он легко просачивается и взрывается.

　　Для такого газа хранение и транспортировка, очевидно, очень сложны, и даже без происшествий это приводит к значительной неэкономичности.

　　Мы можем понять это на простом примере — при транспортировке одной машины водорода вес баллонов составляет более 95%, а необходимый водород — всего 5%, и его нельзя перевозить на большие расстояния, поэтому это невыгодный бизнес.

　　Экономический радиус транспортировки газообразного водорода ограничен 200 км, стоимость транспортировки 1 кг водорода в пределах 50 км превышает 4 юаня, на расстоянии 100 км — более 8 юаней, а на расстоянии 500 км стоимость транспортировки достигает 20,18 юаня/кг.

　　Кроме того, каждый автомобиль для перевозки сжатого водорода может перевозить только 300 кг.

　　Несомненно, проблемы стоимости и загрузки ограничивают транспортировку водорода на большие расстояния и препятствуют развитию водородной энергетики.

　　С точки зрения технологических путей, при крупномасштабной транспортировке на средние и большие расстояния в основном рассматриваются трубопроводный транспорт и транспорт жидкого водорода. Жидкий транспорт имеет большую плотность хранения водорода, но капитальные затраты и энергопотребление выше, поэтому трубопроводный транспорт, несомненно, является оптимальным решением.

　　По данным аналитических агентств, при расстоянии транспортировки 100 км стоимость транспортировки водорода составляет 1,43 юаня/кг, при одинаковом расстоянии транспортировки стоимость трубопроводной транспортировки водорода ниже, чем у высоконапорных автопоездов и низкотемпературной транспортировки жидкого водорода.

　　По состоянию на конец 2022 года общая протяженность нефтегазовых трубопроводов Китая достигла 185 000 км. По текущему объему потребления природного газа в Китае, при доле водорода 20% можно транспортировать более 10 миллионов тонн водорода, что эквивалентно более 560 миллиардам кВт·ч зеленой электроэнергии, а стоимость водорода также значительно снизится.

　　02

　　Трубопроводный транспорт опирается на переходный этап добавления водорода в природный газ

　　Хотя трубопроводный транспорт обладает преимуществами в виде большого объема транспортировки водорода, низкого энергопотребления и низкой стоимости, первоначальные капитальные затраты на строительство трубопроводов достаточно велики.

　　Стоимость строительства магистральных трубопроводов для транспортировки водорода на большие расстояния составляет около 630 000 долларов США/км, а стоимость строительства газопроводов — около 250 000 долларов США/км, то есть стоимость водородных трубопроводов примерно в 2,5 раза выше, чем у газопроводов.

　　В настоящее время применение водорода и заправочные станции для водорода еще не получили широкого распространения, а заправочные станции для водорода довольно разбросаны, поэтому экономическая эффективность трубопроводного транспорта ограничена.

　　С другой стороны, под влиянием различий в свойствах газа, доли водорода, материала трубопровода и внешней среды, водород после попадания в трубопровод может легко вызвать водородную хрупкость, проницаемость и утечки.

　　Исследования показывают, что давление водорода, чистота, температура окружающей среды, уровень прочности трубопровода, скорость деформации, микроструктура и другие факторы влияют на степень повреждения трубопровода.

　　Поэтому с точки зрения затрат и технологий на данном этапе массовое строительство специализированных трубопроводов для транспортировки водорода еще нецелесообразно, поэтому транспортировка водорода по трубопроводам в основном осуществляется путем добавления водорода в природный газ.

　　Добавление водорода в природный газ — это введение определенного количества водорода в природный газ с образованием газовой смеси (HCNG), транспортировка природного газа с добавленным водородом по газопроводам к конечным потребителям, а затем непосредственное использование или очистка водорода и отдельное использование.

　　В настоящее время в мире еще не разработаны специальные стандарты и нормы для систем транспортировки природного газа с добавленным водородом по трубопроводам, а максимально допустимая доля водорода в нормах качества природного газа в разных странах также различна. Например, в Германии максимальная доля водорода в системе распределения природного газа составляет 10%, во Франции — 6%, в Италии — 5%, в Австралии — 4% и т. д.

　　Исследования показывают, что теоретически природно-газовое топливо, содержащее 20% водорода по объему, может непосредственно использоваться в существующих газопроводах без каких-либо модификаций.

　　Добавление 20% водорода в природный газ может повысить тепловой КПД двигателя на 15%, экономичность на 8%, а выбросы загрязняющих веществ снизить на 60-80%.

　　Трубопроводы для транспортировки водорода обладают потенциалом для крупномасштабной доставки водорода, имея явные преимущества в отношении стоимости и эффективности. В контексте углеродной нейтральности правительства разных стран активно продвигают проекты по добавлению водорода в природный газ в качестве способа исследования сценариев применения водородной энергии, и «тренд» на добавление водорода в природный газ охватил весь мир.

　　03

　　Глобальная волна планирования трубопроводных перевозок

　　По статистике, в мире протяженность трубопроводов для транспортировки водорода уже превышает 5000 км, и эти трубопроводы в основном эксплуатируются производителями водорода. Общая протяженность водородных трубопроводов в США превышает 2700 км, занимая первое место, а длина водородных трубопроводов в Европе достигает 1770 км.

　　В США технология транспортировки водорода по трубопроводам находится на переднем крае, максимальное рабочее давление достигает 10,3 МПа, в основном это трубопроводы протяженностью около 1000 км, расположенные вдоль побережья Мексиканского залива.

　　В будущем глобальное развитие водородных трубопроводов, несомненно, ускорится.

　　В июле 2020 года в Европе был представлен план магистральной сети водородной энергетики, который в настоящее время охватывает 31 компанию, занимающуюся инфраструктурой природного газа, в 28 странах и регионах.

　　Ожидается, что к 2030 году будет построено 5 общеевропейских коридоров для поставок и импорта водорода, а также около 28 000 км водородных трубопроводов, а к 2040 году будет создана сеть водородных трубопроводов протяженностью около 53 000 км. В будущем ожидается дальнейший рост. Общий объем инвестиций оценивается в 800-1430 млрд евро.

　　Что касается наземной трубопроводной транспортировки, средняя стоимость транспортировки 1 кг водорода на 1000 км составляет 0,11-0,21 евро, а если транспортировать водород только по подводным трубопроводам, то средняя стоимость транспортировки 1 кг водорода на 1000 км составляет 0,17-0,32 евро.

　　В настоящее время протяженность трубопроводов в Китае все еще отстает от развитых стран, темпы строительства относительно низкие, в настоящее время общая протяженность внутри страны составляет всего 400 км, а эксплуатируемых трубопроводов — около 100 км.

　　В 2022 году Государственная комиссия по развитию и реформам и Национальное энергетическое управление совместно опубликовали «Долгосрочный план развития водородной энергетики (2021-2035 гг.)», в котором предлагается провести экспериментальные демонстрационные проекты по трубопроводам для добавления водорода в природный газ и трубопроводам для чистого водорода.

　　При поддержке государственной политики водородные трубопроводы получили импульс к развитию. В последние два года в Китае постоянно ведутся работы по строительству водородных трубопроводов, и строительство водородных трубопроводов в стране ускоряется.

　　По прогнозам организаций, с уменьшением коэффициента использования транспортных мощностей трубопроводов резко возрастают транспортные расходы, а при высоком коэффициенте использования транспортных мощностей транспортные расходы относительно экономичны.

　　Например, при 100% -ном коэффициенте использования транспортных мощностей трубопроводов увеличение расстояния транспортировки с 50 км до 500 км приводит к увеличению транспортных расходов всего с 0,8 юаня/кг до 2,3 юаня/кг, что значительно ниже транспортных расходов, указанных выше, для автотранспорта с газообразным водородом и жидким водородом.

　　В будущем, после всестороннего внедрения водородной энергии в различных областях, транспортировка водорода по трубопроводам станет наиболее перспективным способом транспортировки водорода.

　　В то же время транспортировка водорода по трубопроводам в будущем также столкнется с многочисленными техническими трудностями.

　　Например, недорогие, высокопрочные материалы, устойчивые к водородной хрупкости, высокоэффективные технологии проектирования и производства водородных трубопроводов. Импортозамещение основных компонентов оборудования, таких как высокопроизводительные компрессоры, измерительное оборудование, запорная арматура и приборы для водорода. А также разработка соответствующей системы стандартов для водородных трубопроводов, включая проектирование, строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание.

　　Благодаря государственной поддержке и рыночному стимулированию технологии транспортировки водорода по трубопроводам в Китае быстро развиваются.

　　В настоящее время доля водорода в природном газе обычно составляет 2-20%, 20% — это теоретическое значение, полученное в лабораторных условиях. А в газопроводе Нинся-Ниндэ в Китае (протяженностью 397 км) доля водорода постепенно достигла 24%, и в целом работа протекает стабильно.

　　С развитием водородной энергетики быстро прогрессирует импортозамещение основных ключевых компонентов оборудования, а отечественные бренды быстро обновляют технологии и повышают соотношение цены и качества продукции.

　　Кроме того, в Китае достигнут определенный прогресс в разработке стандартов для транспортировки водорода по трубопроводам:

　　В июле 2021 года началась работа по разработке «Технических правил проектирования инженерных систем распределения и транспортировки бытового водорода в городах», главным редактором которых является Юго-Западный институт городского хозяйства.

　　Одновременно с этим Китайская ассоциация стандартизации утвердила работу по разработке «Технических правил для промышленных трубопроводов для транспортировки водорода» и опубликовала «Уведомление о сборе мнений по проекту стандарта Китайской ассоциации стандартизации «Технические правила для станции смешения водорода и природного газа».

　　Благодаря технологическим прорывам, импортозамещению основных компонентов оборудования и созданию системы национальных стандартов для транспортировки водорода по трубопроводам, отрасль транспортировки водорода по трубопроводам в Китае может ожидать быстрого развития.

　　К 2030 году водородная энергетика станет новым двигателем экономического роста Китая и важной частью стратегии развития возобновляемых источников энергии, а протяженность строящихся водородных трубопроводов достигнет 3000 км.

　　Водородные трубопроводы помогут Китаю наладить производство водорода из возобновляемых источников энергии, хранение водорода, водородную химическую промышленность, водородный транспорт, водородную металлургию и другие области, что будет способствовать дальнейшему внедрению водородной энергетики, ее коммерциализации и достижению целей по сокращению выбросов углерода.