В последние годы технологии использования водорода в Китае постепенно развиваются, а масштабы производства постоянно расширяются. Согласно плану развития, разработанному Национальной комиссией развития и реформ и Национальным управлением энергетики, к 2050 году водород станет важной частью энергетической структуры. Однако источники водорода распределены неравномерно, поэтому необходимо транспортировать водород на соответствующие рынки. Существует множество способов транспортировки водорода, в настоящее время в основном используется газообразный водород, а трубопроводный транспорт считается очень важным способом транспортировки водорода.

　　Транспортировка водорода по трубопроводам

　　Транспортировка водорода по трубопроводам — это способ транспортировки водорода в газообразном виде по трубопроводам, проложенным между заводом по производству водорода, водородными заправками и потребителями водорода. В зависимости от расстояния транспортировки трубопроводная транспортировка водорода делится на магистральную и местную. Магистральные трубопроводы используются в основном для транспортировки водорода на большие расстояния между заводом по производству водорода и водородными заправками, при этом давление транспортировки водорода выше, а диаметр трубопровода больше. Местные трубопроводы используются в основном для распределения водорода между водородными заправками и различными потребителями, при этом давление транспортировки водорода ниже, а диаметр трубопровода меньше.

　　В зависимости от чистоты водорода различают трубопроводы для транспортировки смеси природного газа и водорода и трубопроводы для транспортировки чистого водорода. Первый тип используется на начальном этапе развития водородной энергетики, когда водород под давлением подается в существующие газопроводы, обеспечивая смешанную транспортировку водорода и природного газа. Второй тип — это трубопроводы, предназначенные специально для транспортировки чистого водорода, но их прокладка сложна, а инвестиционные затраты высоки, что является конечной целью строительства водородной трубопроводной сети.

　　Крупномасштабная, магистральная, низкозатратная

　　В будущем, с ростом потребности в водороде, такой способ транспортировки, как автоцистерны с длинными трубами, не сможет удовлетворить потребности клиентов. Трубопроводы, как важный способ масштабной транспортировки водорода, обладают множеством преимуществ: большой объем транспортировки, дальние расстояния, низкие потери энергии, экономическая эффективность. Принимая за основу коэффициент использования пропускной способности трубопровода 60%, сравним стоимость трубопроводной транспортировки с автоцистернами с длинными трубами и цистернами. Результаты представлены на рисунке ниже. Можно видеть, что в будущем при крупномасштабной транспортировке водорода на большие расстояния трубопроводная транспортировка водорода будет недорога и экономически эффективна, и, вероятно, станет оптимальным способом транспортировки.

　　Текущее состояние развития в стране и за рубежом

　　Транспортировка водорода по трубопроводам имеет более чем 80-летнюю историю, общая протяженность водородных трубопроводов в мире превышает 5000 км, большинство из них эксплуатируется производителями водорода и используется в основном для поставок промышленного сырья. Зарубежные страны начали использовать водородные трубопроводы раньше, США и Европа первыми начали строить сети водородных трубопроводов. В настоящее время больше всего водородных трубопроводов в США, общая протяженность которых превышает 2700 км; протяженность водородных трубопроводов в Европе также достигает 1770 км.

　　В Китае исследования в области транспортировки водорода по трубопроводам начались относительно поздно, масштабы водородных трубопроводов невелики, общая протяженность составляет около 400 км, а эксплуатируемых трубопроводов — около 100 км, давление транспортировки составляет 4 МПа. С быстрым развитием водородной энергетики Китай ускоряет строительство водородных трубопроводов, уже запланировано 10 проектов строительства водородных трубопроводов, общая запланированная протяженность которых превысит 1500 км.

　　Стандарты строительства водородных трубопроводов

　　Многие нормы и стандарты для водородных трубопроводов аналогичны нормам и стандартам для газопроводов, но физические свойства этих двух газов значительно различаются, поэтому нормы и стандарты также имеют некоторые отличия и не могут быть напрямую использованы для проектирования и строительства газопроводов. Хотя в Китае построено несколько водородных трубопроводов и накоплен определенный опыт проектирования, строительства, эксплуатации и технического обслуживания трубопроводов, комплексной системы стандартов для водородных трубопроводов пока нет, в настоящее время соответствующие ведомства занимаются ее разработкой, и ее скорейшее создание и внедрение крайне необходимы.

　　В мире существует три основных стандарта для магистральных водородных трубопроводов: ASME B31.12—2014 «Системы и трубопроводы для водорода», разработанный Американским обществом инженеров-механиков, применимый к магистральным, распределительным и обслуживающим трубопроводам, транспортирующим водород от заводов-изготовителей к потребителям.

　　Также существуют стандарт CGA G-5.6—2005(R2013) «Системы трубопроводов для водорода», разработанный Европейской ассоциацией сжатых газов, и стандарт AIGA 033/14 «Системы трубопроводов для водорода», разработанный Азиатской ассоциацией промышленных газов. Содержание этих двух стандартов практически одинаково, они применимы к системам транспортировки и распределения чистого водорода и водородных смесей, только для газообразных продуктов, в температурном диапазоне от -40 до 175 ℃, при общем давлении от 1 до 21 МПа.

　　Необходимость технологического прорыва

　　Поскольку материалы трубопроводов длительное время контактируют с водородом, водород проникает в материал, что приводит к повреждению металлических материалов, ускорению распространения трещин и снижению вязкости разрушения, что может привести к водородной хрупкости, проницаемости и утечкам. Исследования показывают, что на степень повреждения трубопроводов влияют такие факторы, как давление водорода, чистота, температура окружающей среды, уровень прочности трубопровода, скорость деформации и микроструктура. Кроме того, водород оказывает определенное влияние на вспомогательное оборудование трубопроводов, такое как приборы, запорная арматура и т. д.

　　Член Китайской инженерной академии Чжэн Цзинян отметил, что для крупномасштабного коммерческого применения транспортировки водорода по трубопроводам в Китае необходимо преодолеть две основные технологические трудности: во-первых, ключевые технологии, включая создание недорогих и высокопрочных материалов, устойчивых к водородной хрупкости, высокоэффективные технологии проектирования и производства водородных трубопроводов, технологии эксплуатации и управления трубопроводами, а также технологии аварийного реагирования и технического обслуживания; во-вторых, локализация соответствующего оборудования, такого как высокопроизводительные компрессоры, измерительное оборудование для водорода, запорная арматура и приборы.

　　Тенденции развития

　　В последние годы водород как чистый источник энергии стал широко известен. Основные мировые энергетические державы разработали цели и стратегии развития водородной энергетики, вкладывая огромные средства в исследования и разработки. По некоторым данным, к 2030 году водородная энергетика станет важной частью стратегии развития возобновляемых источников энергии Китая и новым двигателем экономического роста, а протяженность магистральных трубопроводов для транспортировки водорода под высоким давлением достигнет 3000 км. С развитием водородной энергетики и совершенствованием соответствующих технологий крупномасштабное централизованное производство водорода и его транспортировка на большие расстояния станут будущей тенденцией. Эффективный и экономичный способ транспортировки по трубопроводам является важным направлением для крупномасштабного коммерческого развития водородной энергетики.