
隨著世界逐步走向凈零目標,管道運輸在短中程氫能運輸方面將“遠勝于船舶”,新的Rystad能源研究認為,目前已經存在超過4300公里的氫氣運輸路線,其中90%以上位于歐洲和北美洲,Rystad能源估計,全球計劃建設的管道項目約有91個,總長約3.03萬公里,預計到2035年左右將陸續投入運營。
對于氫氣的運輸(即氫氣或其衍生物的運輸),最終將使用氫氣管道在陸地上進行分配,這使得通過管道運輸氣體成為天然氣運輸的關鍵運輸模式。
氫氣管道已經用于工業供應(例如在石化工廠)。隨著供應量的增加并從豐富的可再生能源區域轉移到需求中心,更長的傳輸線路將成為必要的,這些管道需要更大的直徑和更高的壓力以實現成本效益并因此需要更高的鋼種。
全球范圍內,歐洲正率先努力生產和進口綠氫,現在關注建設必要的基礎設施并將其送到需求中心。
根據Rystad能源研究,西班牙、法國和德國等國家已經承諾或考慮跨國管道以促進能源流動,而英國由于其龐大的天然氣網絡,正在處于轉向從天然氣到氫氣的完美位置。
國外氫能高級分析師Lein Mann Bergsmark表示:“氫氣管道項目穩步增加是能源轉型正在加速的早期跡象。歐洲由于其龐大的天然氣網絡處于良好的位置,可以進行這種跳躍。從天然氣到氫氣的基礎設施轉換是可行且成本效益高的,但最大的障礙不是財務,而是氫氣本身的物理特性,它與石油和天然氣大不相同?!?/span>
歐洲的氫氣管網將整個地區連接在一起
氫能是歐盟在2020年制定的氫氣戰略中列出的碳減排關鍵支柱,其部署得到了“Fit for 55”的推動。
氫能還在歐盟的“Fit for 55”計劃中發揮著關鍵作用,以逐步淘汰俄羅斯的化石燃料進口,該計劃旨在2030年生產100萬噸可再生氫,并在同一時間范圍內進口另外100萬噸。
考慮到歐盟提出的綠氫項目,目前擁有的本地供應量為7.9Mt,到2030年,啟動時僅有2.1Mt(僅從目標中的2.1Mt),周邊供應量為1Mt(主要是英國和挪威),另外1Mt在中東,此外,還有3.4Mt在非洲,這些項目可能向歐洲提供最大量的氫氣,通過船運或管道。為了規劃這些氫氣在歐盟內部的分配,歐洲氫氣干線倡議是一個由31個歐洲天然氣傳輸系統運營商組成的團體,已經為未來的氫氣管道基礎設施發布了一份愿景文件。這是基于國家分析了現有天然氣基礎設施的可用性,未來天然氣市場的發展和未來氫氣市場的發展。
根據歐洲氫氣干線2030年氫氣基礎設施圖,目前涉及的28個歐洲國家2030年總長度為28000km,到2040年則為53000km,目前到2030年目標的83%。到2030年,將有23365km專門的氫氣管道,這占2030年目標的83%。歐洲氫氣管道的推出將是逐漸的,傳輸或分配管道的啟動時間將取決于需求的情況。
法國,西班牙和德國
歐洲在全球范圍內領先,有計劃的在陸地和海上建造管道。最近宣布的H2Med巴塞羅那-馬賽海底氫氣管道預計成本約為21億美元,該管道的一段長450km,最近宣布將延長到德國。
四個網格運營商:西班牙的Enagas、葡萄牙的REN、法國的GRT和泰拉克(GRT和特雷加)目前正在進行技術研究、可能的管道布置和成本評估。德國的首個海上氫氣管道項目AquaDuctus將從北海海上風力發電裝置運輸綠色氫氣到德國。
管道長達400km,據其項目合作伙伴RWE說,與高壓直流輸電系統運輸能量相比,運輸400km以上距離的大量能量,管道是最經濟的選擇,而不是通過在陸地上運輸電力,因此,在陸地上運輸電力的備選方案被排除在外。
希臘
西馬其頓管道是今年早些時候希臘開始建設的一條新的天然氣管道,旨在高壓下安全地以100%氫氣運輸,在將來通過強度高的鋼管,具有大直徑,希臘天然氣輸送系統運營商DESFA將運營這條163-km的管道,該管道是歐洲氫氣干線倡議的一部分。
正在建設的新的專用氫氣管道將用于現有天然氣網絡的重建。根據歐洲氫氣干線的估計,到2040年,60%的管道可以再利用,而根據目前正在實施的管道項目,目前只占40%。
新建管道是必要的,但在交通流動、建設管理和環境保護方面可能面臨一系列挑戰,尤其是如果管道長距離穿越居民區。
例如,英國Cadent公司在英國的125km HyNet北西管道可能會阻礙項目的發展。HyNet將生產、儲存和分配氫氣,并在西北地區捕獲和儲存碳。管道是英國的首個100%氫氣管道,將從斯坦洛制造工廠分配生產的氫氣,將氫氣分配給該地區的幾個工業氣體客戶。但是,該國氫氣管道的監管模式還沒有商定,管道路線上的沃里克郡當局聲稱將擾亂當地的一個住宅開發。
利用管道從經濟角度看是一種有吸引力的選擇,可以迅速追上新建管道,與建造新管道相比。歐洲有廣泛的天然氣網絡,這些管道利用氫氣作為天然氣下降的替代品,將為系統注入新的生命。經過修改后,利用的鋼管天然氣管道可以容納100%的氫氣。然而,當氫氣與天然氣混合時,它的百分比限制在直接或間接加熱的終端用途中,約為20%。
天然氣管道的再利用
相關研究估計利用現有天然氣網絡用于氫氣運輸比建造新管道更加經濟有效,兩者在運營開支方面的差別不大,氫氣傳輸網絡基于再利用的天然氣管道和全部由新建管道構成的氫氣傳輸網絡之間的差別很有限。
考慮到運輸方面的資本支出一般都比運營成本更重,這也可能是運輸氫氣而不是天然氣差異有限的一個原因。
再利用天然氣管道的可行性在于克服與管道傳輸相關的技術問題,其中包括鋼管氫脆、焊縫氫滲透和泄漏。
氫在金屬表面的解離,溶解在金屬格子里,改變金屬機械性能,使其發生氫輔助疲勞和斷裂,這一過程稱為氫腐蝕,對現有的鋼管天然氣管道提出了很大的挑戰。
氫的小分子能滲透材料,造成泄漏,因此要克服氫氣運輸的挑戰,可以用涂層、袖套、外殼等材料具備足夠的氫脆滲透性,但目前在傳輸管道方面的商業規模上尚未測試。
有一個使用加強熱塑性管(RTP)作為配送管道來運輸氫的強大潛力,因為RTP可以制成長度比鋼管大得多的管道,RTP管道的安裝成本比鋼管管道要低大約20%。
在英國,62.5%的現有氣體配送網絡已經升級,PE已被插入鐵管中,大多數這些網絡都被認為適合未來的氫氣使用。
由于安全考慮,鐵管道分配網絡中的大塊將逐漸升級,作為英國鐵氣主干線更新計劃的一部分,預計到2032年90%的遺留氣體分配網絡將使用聚乙烯,這意味著偶然地英國在適當時候可以通過管道快速分配氫氣。
最近歐洲開放網絡歐洲的研究,加上斯圖加特大學的研究,得出結論:德國天然氣網絡中現有的鋼管道是“氫氣準備好”的,它們已經可以容納高達100%的氫氣。
他們發現,這些管道“與天然氣相比,在其基本適用性方面沒有任何差異”,這適用于德國和歐洲某些其他地方使用的所有鋼級。
作為研究的一部分,對德國管道中使用的鋼材進行了全面的測量方法,與以前的研究不同,考慮到氫壓的影響等額外的變量。
然而,與管道制造商的討論表明,一些人認為研究小組的結論過于樂觀。氫脆可能會根據鋼材的冶金和機械性能以及管道的現有狀態影響管道,經過多年的服務。
因此,Rystad能源期望更大的波動性,在現有管道適用性方面承載氫氣。雖然這個結論只涵蓋了管道,而不是壓縮機、閥門或其他組件,但最多的氫氣管道可以制成相對較少的努力,相比之前的認識。