川渝地区天然气产业与氢工业融合发展路径.pdf

第 43 卷第 9 期2023 年 9 月 162 天然气工业Natural Gas Industry引文：何润民,赵莉,黄星,等.川渝地区天然气产业与氢工业融合发展路径J.天然气工业,2023,43(9):162-173.HE Runmin,ZHAO Li,HUANG Xing,et al.Path for integrated development of natural gas and hydrogen in the Sichuan-Chongqing regionJ.Natural Gas Industry,2023,43(9):162-173.川渝地区天然气产业与氢工业融合发展路径何润民1赵 莉2黄 星3王意东2何秋洁2杨炜程4何太碧21.中国石油西南油气田公司天然气经济研究所2.西华大学3.四川川港燃气有限责任公司4.成都纺织高等专科学校摘要：“双碳”背景下，天然气产业与氢工业融合发展将势在必行，天然气与氢气同属气体能源，两者在产业链及生产制备储运利用等相关技术上存在交集，产业融合发展具有较强的理论和实践可行性。为此，通过研究天然气和氢气的制备及储运基础技术、储存运输加注等环节技术革新和管制放松的产业融合理论，构建了产业融合模型，结合川渝地区产业基础优势，提出了天然气产业与氢工业融合协调发展实施路径。研究结果表明：依托川渝地区丰富的天然气资源，积极发展天然气制氢业务；依托该区天然气管网优势，重点突破天然气管网掺氢运输，适应后期规模化用氢需求，降低终端成本，逐步“西氢东输”；依托天然气装备制造优势，转型升级，大力发展超高压及低温液氢储运装备；依托该区庞大的加油、加气站群，改扩建站点，合理布局具有加氢功能的综合能源补给站；依托该区巨大的天然气消费需求，稳步推进混氢天然气在交通、民用和工业领域的示范应用。结论认为，川渝地区天然气产业与氢工业融合协调发展将助力低碳清洁能源体系的构建和能源结构的转型升级，能够为中国的天然气产业与氢工业高质量融合发展提供川渝实践样板。关键词：川渝地区；天然气；氢工业；氢能政策；技术革新；产业融合；发展路径；天然气制氢DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2023.09.016path for integrated development of natural gas and hydrogen in the Sichuan-Chongqing regionHE Runmin1,ZHAO Li2,HUANG Xing3,WANG Yidong2,HE Qiujie2,YANG Weicheng4,HE Taibi2(1.Natural Gas Economic Research Institute,Petro China Southwest Oil&Gas Field Company,Chengdu,Sichuan 610051,China;2.Xihua University,Chengdu,Sichuan 610039,China;3.Sichuan Chuangang Gas Co.,Ltd.,Chengdu,Sichuan 610066,China;4.Chengdu Textile College,Chengdu,Sichuan 611731,China)Natural Gas Industry,vol.43,No.9,p.162-173,9/25/2023.(ISSN 1000-0976;In Chinese)Abstract:Integrated development of natural gas and hydrogen is an inevitable trend in China in the context of carbon peak and carbon neutrality.Natural gas and hydrogen,both as gas energies,share some similarities in the industry chain and the technologies for production,storage,transmission,processing and utilization,making their integrated development feasible theoretically and practically.In this paper,a natural gas and hydrogen integration model is established on the basis of investigation of basic technologies for production,storage and transmission,technical innovations in storage,transmission and utilization,as well as on relevant industry integration theories such as deregulation.Then,the path for integrated and coordinated development of natural gas and hydrogen is proposed for the Sichuan-Chongqing region by leveraging its industrial advantages.The results show that,in the Sichuan-Chongqing region,(1)hydrogen production from natural gas can be implemented,by virtue of abundant natural gas resources in the region;(2)transmission of natural gas together with hydrogen can be achieved through the gas pipeline network in the region,catering for large-scale hydrogen demand,reducing terminal costs,and enabling the west-east hydrogen transmission;(3)ultra-high pressure and low temperature liquid hydrogen storage and transportation equipment are actively developed through transformation and upgrading based on the existing natural gas equipment;(4)integrated energy stations can be built by reconstructing and expanding the existing numerous oil and gas stations across the region to incorporate hydrogen;and(5)the demonstrative application of hydrogen-blended natural gas in transportation,civil and industrial sectors can be promoted with consideration to the huge demand for natural gas in the region.In conclusion,the integrated development of natural gas and hydrogen in the Sichuan-Chongqing region will facilitate the building of a low-carbon and clean energy system and the transformation and upgrading of the energy structure in the region,and will provide an example in high-quality integrated development of natural gas and hydrogen in the country.Keywords:Sichuan-Chongqing region;Natural gas;Hydrogen;Hydrogen policy;Technical innovation;Integration;Development path;Hydrogen production from natural gas 基金项目：四川石油天然气发展研究中心课题“碳中和背景下四川省天然气与新能源产业协调发展体系构建研究”（编号：SKB22-08）、四川省科技计划项目“氢燃料汽车用 70 MPa 高压储氢装置成果转化”（编号：2022ZHCG0089）。作者简介：何润民，1969 年生，高级经济师，博士，本刊编委；主要从事天然气经济与管理方面的研究工作。地址：（610051）四川省成都市成华区府青路一段 19 号。ORCID:0000-0002-8388-5021。E-mail:herm_通信作者：何太碧，1970 年生，教授，博士，本刊编委；主要从事低碳能源及交通载具的教育教学和科学研究工作。地址：（610039）四川省成都市金牛区西华大学省级大学科技园。E-mail:vehicle_第 9 期 163 何润民等：川渝地区天然气产业与氢工业融合发展路径0引言根据四川省和重庆市统计局数据，2021 年四川省天然气产量 522.2108 m3，销量 285.4108 m3；重庆天然气产量 139.55108 m3，销量 132.08108 m3；2022 年，四川省年产天然气 561.2108m3，比上年增长 7.5%；2022 年重庆天然气产量 141.6108 m3，比上年增长 1.5%。根据中国城市燃气协会的统计数据，2022 年，重庆天然气供用总量为 131.63108 m3，同比增长 8.69%。按照规划，到 2025 年，四川省天然气产量将达 630108 m3，利用量将达 350108 m3；而到 2035 年，产气量将达 900108 m3，利用量达550108 m3。“双碳”目标的提出，对传统油气行业的转型升级提出了现实挑战。可以预见，在当下（10 年或更长时间）基于川渝地区天然气资源禀赋实际情况，为实现“碳减排”政策、增加天然气持续竞争力、实现能源低成本快速转型目标与未来可持续发展需求，天然气产业与氢工业融合发展将是大概率趋势。本文基于天然气和氢能发展现状和面临障碍、全球碳排放增加和能源自主安全要求分析，通过融合理论从基础技术、技术革新和管制放松方面，探讨川渝地区天然气与氢能源融合发展模式，来实现天然气自生持续健康发展，发挥低成本消耗，增加竞争力；使氢能担起能源转型的重要角色，实现能源高效利用、助力早日实现低碳目标。1理论基础1.1氢工业产业链产业链由同一产业或不同产业的企业构成，以提供不同类型产品和服务为对象，以实现价值增值为导向，以满足不同类型和层次的用户需求为目标，根据逻辑联系和时空布局形成上下关联、动态的链式组织形式1。氢工业包含上游制氢、中游储运和下游应用 3 个部分，各产业部门间形成具有技术经济相关联的氢工业产业链（图 1）2。在一定区域范围内组织特定的产业实施产业链式发展可以实现生产要素的最优配置、空间的合理布局和时间的快速反应，提高产业和区域的整体竞争力。上游制氢方法主要包括热化学制氢、电解水制氢、生物技术制氢和太阳能制氢。其中在热化学制氢方法中，化石能源制氢占主导地位，包括煤气化制氢和天然气重整制氢。天然气制氢具有经济性好、碳排放较低的优点，占比较大。电解水制氢低污染且可持续，是理想制氢方式，但成本过高、收益低，短期内蓝氢依然是主要氢气来源。生物技术制氢具有可再生、高效、节能和低消耗的特点，是未来规模化生产氢的重要途径3。太阳能制氢将是未来理想制氢技术，尚处于研究阶段4。中游储运是实现氢能高效利用和实用化的关键技术。按储氢原理可分为高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢和有机液态储氢。其中高压气态储氢是目前最普遍、最成熟的储氢技术；液态储氢成本高、贮存容器绝热能力要求极高，主要在航空等领域应用；固态储氢是最具有发展潜力的储氢方式，优势众多且操作方便；液体有机储氢技术还在研发阶段，是未来技术经济发展的方向2。氢气运输方式目前主要包括高压气氢运输、低温液氢运输和管道输氢。高压气氢输送是主要的运氢方式，其充放速度快、成本低；液氢运输适合大批量、远距离运输，但运输过程中会产生蒸发损失，目前技术不成熟；管道输氢是实现氢能大规模需求和低成本运输的重要方式5。下游应用包括加氢站和氢气作为能源或燃料在电力、交通、工业、民用和建筑等领域的应用。加图1氢工业产业链示意图2023 年第 43 卷 164 天 然 气 工 业氢站是服务氢能交通商业化的中枢环节。在发电脱碳领域，纯氢是燃气轮机和氢燃料电池发电的燃料；在交通领域，氢是氢燃料电池汽车的原料；在工业领域，氢是化合物的原料和冶金的还原剂；在建筑领域，氢可以实现建筑能耗的低碳化；在民用领域，氢是居民生活燃气6。氢能是实现能源自主战略的重要组成部分，也是实现双碳战略目标的关键环节，氢工业发展已形成一定产业规模。1.2融合发展理论天然气产业和氢工业融合发展的前提条件是具有共同的基础技术并产生技术关联7，在此基础上激发技术革新，天然气产业的技术革新或发明开始正向影响和改变氢工业产品的开发特征、竞争、价值创造过程和市场规模布局；必要条件是技术革新和管制放松8，管制放松为产业融合提供了制度环境，为氢工业的业务进入天然气产业创造了机会，融合后改变的技术和经济条件又使得政策和管理理论逐渐完善。2产业融合发展模型2.1基础技术存在于两个产业链之间的环节要进行融合发展，必须要使原本互不相联的产业链环节存在联系的基础，这就是共同技术基础在天然气产业与氢工业融合发展过程中的作用。川渝地区天然气和氢能资源基础坚实、制氢储运加氢利用产业基础好，天然气工业和氢工业融合发展潜力大9。其技术基础包括制备中的天然气管道技术、城市气体输配技术、设备安全事故研究技术和储运中的储运容器制造技术、抗压抗腐蚀材料研究技术、气体压缩机技术、液化工艺、制冷技术、绝热技术等，它们使得原本存在于不同产业的分工最终得以在同一层次，即同一产业中展开。2.2技术革新 2.2.1制氢天然气水蒸气重整制氢是工业上最常用的制氢方法。目前大量学者在天然气制氢方面进行了技术革新10-12：为提高氢气的回收率提出合成气变换方法；为提高氢气的纯度探索新的分离方法；为优化工艺能耗和降低成本提出甲烷部分氧化法制氢；为控制成本、减少碳排放和提高经济效益研究出天然气催化裂解制氢；为降低成本和减少碳排放提出天然气催化裂解制氢；为了 CO2的利用提出 CH4/CO2重整制氢方法（表 1）。表1天然气制氢方法对比表方法主反应式优势水蒸气重整转化CH4+H2O 3H2+CO（H298=206.1 kJ/mol）技术成熟、碳排放低，经济性好，广泛应用于生产合成气、纯氢和合成氨原料气的生产，在工业上是最常用的制氢方法11合成气变换CH4+2H2O4H2+CO2（H298=164.9 kJ/mol）在催化剂铁铬或钴钼的作用下，进一步将 CO 与 H2O 转化成 H2和 CO2，提高氢气回收率10变压吸附分离常温进行，无需换热设备和其他介质，循环周期短，再生速度快。氢气回收率极高、纯度达 99.9%10甲烷部分氧化法制氢CH4+1/2O2 2H2+CO（H298=35.7 kJ/mol）无需外界供热，可自热进行，热效率较高，反应器可在高温条件下分离出纯氧，避免氮气进入合成气，工艺能耗显著降低11天然气催化裂解制氢CH4 C+2H2（H298=74.8 kJ/mol）避免产生 CO2和 CO，副产石墨可加工为高端材料，具有社会效益和经济效益10CH4/CO2干重整制氢CH4+C2O 2CO+2H2（H298=247 kJ/mol）提出 CO2的利用方法，对高含 CO2的天然气可以不经分离直接利用102.2.2储运氢气和天然气在储运方面具有极大的相似性，都向着高密度、高安全性、大规模、短加注时间、低耗能的方向发展。在储运环节，技术革新包括储运容器的升级、地下储气库的开发、盐穴储气库的探索、高转化率催化剂的研究、低温绝热技术的提高、抗高压材料研究、液化工艺提升等。在管道掺氢运输方面，国内研究了掺氢环节的掺氢比和掺氢工艺，输送环节的掺氢天然气管道或管网的相容性、完整性、适应性和掺氢输送过程中的安全性评估等13-16；国外研究方向更加精准，技术革新包括氢损伤、系统分析、环境影响等17。2.2.3加氢氢能独建站耗费大量人力物力，依附现有能源第 9 期 165 何润民等：川渝地区天然气产业与氢工业融合发展路径站改建，将 CNG、LNG、气氢、液氢等多种能源站有机结合，合建加气加氢站、L-CNG 加气站和加氢合建站、LNG液氢合建站，以及综合能源补给站。研究了站内氢气高压压缩机、低压压缩机和冷凝器，探索加氢站 35MPa 以及更高压力等级。2.3管制放松在“双碳”目标前提下，中国的天然气和氢能政策随之发展而制定（表 2）。2020 年能源法将氢能列为能源范畴，中国第一次从法律上确认了氢能的能源属性，推动化石能源的清洁高效利用和低碳发展，后相继出台政策从制氢加氢基础设施、燃料电池汽车购置补贴、清洁能源在交通运输和工业领域应用、氢能多元利用、传统加油站和加气站建设“油气电氢”一体化综合交通能源服务站等方面进行推动与鼓励。2022 年科技支撑碳达峰碳中和实施方案（20222030 年）明确指出研发可再生能源高效低成本制氢技术、大规模物理储氢和化学储氢技术、大规模及长距离管道输氢技术、氢能安全技术和探索研发新型制氢和储氢 技术等。表2中国相关天然气和氢能政策发布表时间发文部门政策名称2020 年 4 月国家发展和改革委员会司法部关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见2020 年 4 月国家能源局能源法（征求意见稿，中国首部能源法）2020 年 4 月国家财政部、工业和信息化部、科技部、国家发展和改革委员会关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知2020 年 5 月国家能源局综合司关于建立健全清洁能源消纳长效机制的指导意见(征求意见稿)2020 年 6 月国家能源局2020 年能源工作指导意见2020 年 9 月国家能源局关于开展燃料电池汽车示范应用的通知2020 年 9 月国家发展和改革委员会、科技部、工业和信息化部、财政部关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见2021 年 2 月中国科学技术大学科研部关于对“十四五”国家重点 研发计划“氢能技术”等 18 个重点专项 2021 年度项目申报指南征求意见的通知2021 年 6 月国家能源局关于组织开展“十四五”第 一批国家能源研发创新平台认定工作的通知2021 年 10 月 国务院2030 年前碳达峰行动方案2021 年 11 月 中共中央、国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见2021 年 11 月 中共中央、国务院关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰中和工作的指导意见2021 年 12 月 国家工业和信息化部“十四五”工业绿色发展规划2022 年 3 月国家发展和改革委员会、国家能源局氢能产业发展中长期规划（20212035 年）2022 年 4 月国家工业和信息化部、发展改革委、科技部、生态环境部、应急部、能源局关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见 2022 年 8 月国家科技部、发展改革委、工业和信息化部、生态环境部、住房城乡建设部、交通运输部、中科院、工程院、能源局科技支撑碳达峰碳中和实施方案（20222030 年）2022 年 8 月国家能源局关于十三届全国人大五次会议第 0542 号建议的答复复文摘要2022 年 8 月工业和信息化部、发展改革委、生态环境部 工业领域碳达峰实施方案川渝地区政府高度重视“碳达峰”“碳中和”工作，各地方政府也纷纷设立了相关政策，为推动成渝双城经济圈建设，川渝地区签署了合作机制和协议，成立协调小组，开展协同立法，出台推进融合发展的政策和规划（表 3），从产业产值、氢燃料电池汽车推广、固定式发电应用、企业培育等方面提出了发展目标和行动计划，文件指出加快“油气电氢”综合能源站建设，发挥天然气作为化石能源向非化石能源过渡的桥梁和纽带作用，推动天然气和可再生能源融合发展；并配套车辆购置补贴、氢气补贴、加氢站建设补贴等不同程度的扶持措施，给予加氢站建设及运营补贴、支持氢燃料电池汽车示范奖励、2023 年第 43 卷 166 天 然 气 工 业对 15 类氢产业链相关企业和团体进行补贴和奖励、鼓励社会资本参与加氢站建设，探索“氢油气”综合能源站、开展现有加油站向加氢站转型的可行性研究。2.4模型天然气是低碳化石能源，基础设施基本完善，氢能产业作为融合高碳化石能源和低碳可再生能源的枢纽和桥梁，在上、中、下游都能与天然气产业很好地融合发展。川渝地区天然气与氢工业融合发展模型（图 2）是在两者制备和储运共同的基础技术条件下，由于制备、储运和加注的技术进步以及储运、加注和应用的放松管制，发生在产业边界和交叉处的技术融合，在经过业务、组织、管理和市场的资源整合后，改变了原有产业产品和市场需求的特征，导致产业中企业之间竞争合作关系发生改变，从而导致产业界限的模糊化，出现新的产业和经济增长点，促进川渝地区天然气与氢工业“你中有我，我中有你”融合发展，助力川渝地区低碳清洁能源体系的构建和能源结构的转型升级。表3川渝地区相关天然气和氢能政策发布表时间发文部门政策名称2020 年 3 月重庆市经济信息委重庆市氢燃料电池汽车产业发展指导意见2020 年 7 月成都市人民政府办公厅关于促进氢能产业高质量发展的若干意见2020 年 7 月中共四川省委、四川省人民政府 四川省人民政府关于推动制造业高质量发展的意见2020 年 7 月川渝两省市发改委、能源局共同推动成渝地区双城经济圈能源一体化高质量发展合作协议2020 年 9 月四川省人民政府四川省人民政府关于印发四川省支持新能源与智能汽车产业发展若干政策措施的通知2020 年 9 月四川省经济和信息化厅四川省氢能产业发展规划(20212025 年）2021 年 2 月四川省人民政府四川省国民经济和社会发展第十四个五年规划和二三五年远景目标纲要2021 年 2 月重庆市人民政府重庆市国民经济和社会发展第十四个五年规划和二三五年远景目标纲要2021 年 9 月重庆市经济和信息化委员会重庆市推进碳达峰碳中和工作方案2021 年 11 月 重庆市人民政府办公厅重庆市支持氢燃料电池汽车推广应用政策措施（20212023 年）2021 年 12 月 中共四川省委关于以实现碳达峰碳中和目标为引领推动绿色低碳优势产业高质量发展的决定2022 年 1 月成都市新经济发展委员会能源结构调整十条政策2022 年 3 月成都市大气、水、土壤污染防治“三大战役”领导小组成都市 2022 年大气污染防治工作行动方案2022 年 3 月四川省人民政府四川省“十四五”能源发展规划2022 年 5 月攀枝花市发展和改革委员会关于支持氢能产业高质量发展的若干政策措施（征求意见稿)2022 年 5 月成都市经信局成都市“十四五”能源发展规划2022 年 5 月成都市经济和信息化局成都市新能源汽车产业发展规划（20222025）（征求意见稿）2022 年 6 月成都市经济和信息化局2022 年成都市氢能产业高质量发展项目申报指南2022 年 6 月重庆市人民政府办公厅重庆市能源发展“十四五”规划（20212025 年）2022 年 7 月四川省经济和信息化厅关于做好新能源与智能汽车相关政策奖励申报工作的通知2022 年 10 月 重庆市人民政府办公厅重庆市推进智能网联新能源汽车基础设施建设及服务行动计划（20222025 年）图2川渝地区天然气与氢工业产业链融合发展模型图第 9 期 167 何润民等：川渝地区天然气产业与氢工业融合发展路径3融合发展路径3.1上游天然气制氢业务化石能源制氢技术成熟、成本低，在中长期内大宗氢源需求依然来自化石能源制氢，其中天然气制氢投资低、碳排放低、产气率高（图 3），符合国家“双碳”目标，天然气制氢具有极大的发展应用空间。据川渝地区天然气行业发展报告（2023 版），2022年川渝地区新增天然气探明地质储量 0.4031014 m3，探明率为 18.8%，累计包括常规气、致密气和页岩气的天然气探明地质储量达 7.501014 m3，其中，常规气（含致密气）4.501014 m3，页岩气 3.001014 m3。取天然气制氢地址，并将制取的氢气向氢气需求企业供应，或直接在其周边建设天然气制氢项目，还可以对炼油厂企业设备进行改造开展天然气制氢项目。对地市州等氢气需求量较小的市场，可通过城镇天然气管网输送的天然气，就地采用小型天然气制氢设备制氢。天然气制氢依旧有少量的碳排放，碳捕集、封存和利用技术研究也应同步进行。3.2中游3.2.1管道掺氢运输川渝地区天然气管网趋于健全的蜘蛛网形状，其中包括北外环、北干线和北内环“三横”、南干线西段、中贵线和南干线东段“三纵”；北、内外环和南干线西段与南干线东段，南万忠和南屏线构成两个高压输送环网，以及原南部管网和北干线构成低压输送环网“三环”等，还拥有相国寺储气库。2023 年 4 月 23 日，川渝地区新增“川气出川”通道 威远、泸州区块页岩气集输干线工程全线投运。全长 211.3 km，其始于四川威远输气站，止于重庆江津增压站，其中威远泸县段长 99.6 km，管径 1 016 mm，设计年输气量 100108 m3，泸县江津段，长 111.7 km，管径 1 219 mm，设计年输气量350108 m3。川渝地区天然气骨干管网从北、东、南3 个方向与全国管网相连，天然气输送可达性强。掺氢比受多因素影响，没有统一的标准，但通过研究国内外代表性天然气掺氢项目（表 4）可以得出，20%体积比以内的低比例氢气加入天然气管网系统中不会明显增加相关事故风险及危害18。川渝地区应组织联合国家电投、城市燃气公司、管网公司、燃气协会、相关企业、高校、科研院所等协同开展管道掺氢研究，选取支线网络为实验对象，按国标3%的掺氢比开始进行输送，从掺氢环节、输送环节和终端用户三方面，研究不同掺氢比的 HCNG 对现有管材、流量计、过滤器、阀门、检测仪表等的影响，研究氢脆产生的概率与配套风险评估，后考虑管道改造后更高掺氢比的运用。图3制氢技术成本对比图（资源来源：本文参考文献 10）川渝地区丰富的常规和非常规天然气资源可降低制氢成本，应根据天然气供应、氢气市场需求、制氢装置环保要求、氢气储运便利性等方面的具体条件，研究在天然气资源地、生产加工地、集中供气地、管道周边、储气库周边等地开展集中天然气制氢。川渝地区用氢企业主要分布在重庆、攀枝花、泸州和雅安等地（图 4），主要集中在化工行业 30 家，建筑行业 4 家，交通和冶金行业各 3 家，电子、医疗和新能源整车制造业各 1 家。可根据就近原则选图4川渝地区重点用氢企业分布图表4国内外代表性天然气掺氢项目表国家/地区项目名称最高掺氢比欧盟Naturalhy20%荷兰Sustainable Ameland12%法国GRHYD20%中国朝阳可再生能源掺氢示范5%英国HyDeploy20%注：资料来源本文参考文献 13,18。2023 年第 43 卷 168 天 然 气 工 业在天然气产业的发展下，常规天然气输送管网及设备安全事故的研究已较充分，实验方法、理论分析、经验公式和数值计算模拟已经很成熟，具备了大量完备数据和定量结果19。川渝地区应将天然气相关数据应用于管道掺氢运输中，加快相容性和安全性方面的研究；借鉴天然气管道风险评估、安全性评价和可靠性评价等，再考虑氢气的影响因素，对试点掺氢管道进行完整性管理，为后续推广做铺垫。不断探索各种网络的融合机制，凭借川渝地区多通道的管网格局优势，可选忠武线、中贵线、中石化川气东输线等为备选管道，逐步实现“西氢东输”，助推川渝地区绿色发展。加快制定掺氢天然气管道输送相应配套设施设备、掺混氢工艺、输送工艺、氢分离工艺等相关标准、规范，逐步将项目打造成全国天然气管道掺氢输配示范项目。可在眉山、攀枝花等城市或园区进行配气网络改造示范项目，致力分三步走来完成从配气网络到输气网络再到纯氢网络的改造。3.2.2超高压储运装备高压氢气瓶包括 4 种类型（表 5），型瓶是金属压力容器，型瓶是金属内胆加纤维环向缠绕，型瓶是金属内胆加纤维全缠绕，型瓶是塑料内胆加纤维缠绕20-21。、型瓶主要运用在氢燃料叉车或 CNG 长管拖车，型瓶长管大量应用于高压气体储运，型瓶广泛应用在轻量化 CNG 车和氢燃料电池汽车。在移动储运装备上、型气瓶存在安全性能差，质量重，储气密度低等缺点，缺乏市场竞争力，为有效提高运输效率，高压氢储运容器逐步向超高压方向发展，型瓶的技术较为成熟，具有高强度和稳定性，型瓶具有抗氢脆腐蚀性、质量更轻、疲劳寿命高等特点，车用气瓶发展趋势主要是型和型瓶，应该考虑型和型瓶的天然气和氢气可交替使用性，为 HCNG 燃料电池车做铺垫。表5高压氢气瓶类型对比表气瓶类别图示制造材质优缺点市场应用型气瓶纯金属安全性能差，质量重，储气密度低CNG 客车和货车、氢燃料叉车、高压气体储运市场型气瓶内胆材质：钢内胆缠绕纤维：玻璃纤维、碳纤维安全性能差，质量重，储气密度低CNG 车型、高压气体储运市场型气瓶内胆材质：钢、铝内胆缠绕纤维：玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维技术较为成熟，强度高，稳定性佳轻量化的 CNG 车型，氢燃料电池车、氢燃料无人机等市场型气瓶内胆材质：塑料内胆缠绕纤维：玻璃纤维、碳纤维抗氢脆腐蚀性，质量更轻，疲劳寿命高国际市场较多压力等级提高将引起气瓶内胆和缠绕层厚度增加，提高制造成本，在满足安全性等基本要求的前提下，川渝地区应增加储运容器类型研究，西华大学课题组和中材科技联合研发制备了一种储氢气瓶（图 5），气瓶缠绕层固化树脂为聚酰亚胺树脂，结合测地线和非测地线缠绕工艺，提高了容器的最小爆破压力、充装疲劳次数、气密性、耐候性、高低温环境下的使用寿命和磨损后最小爆破压力保持率，增加了气瓶在高压工况和复杂条件下的使用安全性。气态运输主要包括长管拖车和管束式集装箱 2种方式，该类设备整体容积 10 30 m3，公称工作压力 15 35 MPa，单车运输量不超过 500 kg。中国约 88%的长管拖车用来运输压缩天然气22，技术水平成熟、安全管理制度完善，应考虑气态运输长管拖车和管束式集装箱的氢和天然气可交替运输性，提高工作压力。第 9 期 169 何润民等：川渝地区天然气产业与氢工业融合发展路径氢能超高压储运设备储氢压力高、服役性能影响因素多、机制复杂、调控困难，一旦发生事故危害特别严重。川渝地区应建立材料高压氢脆机制及临氢性能数据库，研发优化结构方法和可靠性设计制造技术，开发高性能、低成本抗氢脆材料，设计检测、监测及诊断评估方案，完善规范标准体系具体方法和技术细节，实现规模化生产，有效降低设备成本，并且提高氢气生产单位压缩机的压缩能力，提高加注成本。3.2.3液态低温存取氢能的发展道路将与天然气发展过程类似，随着技术和应用的发展将从高压气态储存到液态存取，承担起储能介质，能源媒介和工业原料的角色23。低温绝热技术是液氢储运的核心技术，川渝地区应考虑减少液氢在储运过程的损耗率，在被动绝热层面，优化多层绝热材料的整体性能和研究释放热量的辐射制冷；在主动绝热层面，结合液化天然气船闪蒸气的再液化，研究 ZBO 主动绝热技术零蒸发储存液氢24。在航天航空领域提出了 ZBO 主动绝热技术和流体混合技术相结合的新型低温储箱，研究发现影响性能的 3 个主要因素是热管位置、混合泵和冷头传输效率25，川渝地区应在此基础上推进主动低温绝热技术，掌握核心技术。为提高氢液化的工艺性能，可以参照天然气双混合制冷剂（DMR）工艺等，探索新型液化工艺，研究回收工业副产氢等联合生产液氢（LH2）和液化天然气（LNG）技术26。为减少氢分子正仲转化产生的热量加速液氢汽化，需要进一步探寻提高转化率的催化剂。为实现从液氢工厂到液氢用户的直接储供，减少液氢转注过程的蒸发损失，依据气浮工艺、空气支撑技术和液化天然气（LNG）罐式集装箱工艺技术，研究液氢存储的罐式集装箱27。LNG 运输罐车罐体是单层容器组成，液氢的运输通常可以采用专用的罐车，罐车的罐体由内外双层容器组成（图 6），夹层抽真空以达到绝热的目的。罐体的内容器由耐低温的奥氏体不锈钢制作，保证在超低温状态下具有良好的安全可靠性。为了减少漏热，外部管路可以采用双层真空管。液氢的沸点为 253，比液化天然气的沸点（163）低 90，液氢运输车需要具备更优越的耐低温性能和抗冲击性能。一般情况下，在工作压力差异不大时，运输液氢的罐车也可以用来运输液化天然气。韩国通过对岩体冷却理论的深入研究，对使用隔热气密衬砌系统地下岩洞储存 LNG 技术进行了探索研发28。地下储罐具有占地少、密封性好、抗震性能强、安全性高、耐久性好等特点。川渝地区有许多开发后留下的老气田、枯竭气田、盐穴、老井资源和咸水层资源，考虑二次开发用于储存 LNG 和液氢，深入研究岩体冷却理论，加快地下LNG储存建设，后依托地下储存 LNG 技术，探索地下储存液氢技术。3.3下游3.3.1综合能源补给站本课题组以成渝双城经济圈为例，根据人口密集程度、国内生产总值、城市化率和消费水平的区域选址布局决策可行性影响因素以及既有能源补给站布局情况、输氢成本、用户距离和补给站服务半径的确定性选址布局决策可行性影响因素，得出当加氢补给站布局为 20 座，服务半径为 70 km 时29，氢能的区域发展程度达到鼎盛期水平，主要分布在成都、资阳、自贡、德阳、内江、泸州、遂宁、沙坪坝、北碚、大足、渝北、巴南、江津和璧山。川渝地区应考虑在这些地方建设加气加氢合建站，增加 HCNG 加注能力，缓解加气站的市场萎缩；研究 L-CNG 加气站和加氢站合建技术，考虑 LNG 气化产生的冷能再利用来减少加氢站制冷设备；探索 LNG液氢合建站，针对氢气蒸发回收与处理方案，探寻氢气高压压缩机、冷凝器和低压氢气压缩机的设置方案。加氢站的压缩机应根据不同压力等级和氢气状态来选择30。在城市建成区，加氢合建站的加氢规模不得超过 1 000 kg31。川渝地区应深入研究站内设施设备的安全间距、与站外建筑的安全间距，明确细则，并且逐步完善站内的安全评价、环境评价、风险评价、职业卫生评价及消防审核、气瓶充装审核等规范标准，把握建站鼓励政策，推进项目落地。考虑到燃料电池车的安全问题，城市领域加氢图5储氢气瓶照片2023 年第 43 卷 170 天 然 气 工 业站可为 35 MPa 级加氢站，并根据各加注站的实际情况和氢能产业的发展趋势，对合建站的规模等级划分技术指标进行相应修订，布局建设集油电气氢等多功能为一体的综合能补给站。综合能源补给站在高速公路服务区能有效打破能源车辆长距离跨省市运行的限制32。为满足长途客运和物流运输加氢站需求，川渝地区应多方合作在成渝高速公路沿线重点布局 70 MPa 级加氢站，随着运营能力提升和市场需求，加注能力可向 70 MPa 级以上探索。3.3.2混氢天然气应用未来中国氢能消费量在交通、民用和工业领域将呈快速增长趋势（图 7）33，2060 年氢能消费潜力共计 5 767.30