本文闡述了氫能產業鏈的制取、儲存、運輸和利用等環節的技術發展情況，分析了實現氫能規模化應用需解決的關鍵問題。在分析氫能領域標準化現狀的基礎上，運用系統分析的方法提出了氫能標準體系框架構建建議。強調在氫能產業及氫能技術發展的過程中，應將產業和技術的發展同建立和發展氫能標準體系有機結合起來，系統開展氫能標準化工作，以引領我國氫能產業有序發展，促進石油工業綠色低碳轉型。

1引言

氫能是指以氫氣為能量載體，通過氫氣和氧氣反應所產生的能量，是一種來源廣泛、清潔無碳、靈活高效、應用場景豐富的二次能源。氫能所具有的獨特優勢，使其在工業、交通、發電以及供熱等多領域可發揮燃料、原料等用途，是在工業、交通運輸和建筑等領域實現大規模深度脫碳的最佳選擇，是應對氣候變化、優化能源結構的重要手段，氫能產業是戰略性新興產業和未來產業重點發展方向。

氫能產業鏈較長，涉及多個環節，而標準是組織生產和經營的依據。氫能產業作為戰略性新興產業各個領域均急需標準提供技術支持，同時亦需要標準對其產業發展發揮引領作用。

2氫能產業鏈及氫能分類

氫能產業鏈包括制取、儲存、運輸和利用等。氫氣制備是氫能應用的基礎，氫氣的安全儲存和運輸是氫能應用的關鍵，氫氣的經濟有效利用是氫能產業的目標和價值體現。

氫能按制取過程及碳排放可分為：灰氫、藍氫和綠氫。灰氫指采用化石燃料制取的氫氣，制氫過程中有大量的碳排放，生產成本相對較低。藍氫指采用化石燃料制取，并在制備過程中采用碳捕集、利用及封存技術（CCUS）的氫氣。綠氫指采用可再生能源或核能通過電解制取的氫氣，制氫過程無碳排放。

目前，全球氫能主要以灰氫為主，占比達66%；其次為藍氫，占比為15%；綠氫僅占全球氫氣產量的4%左右。隨著深度脫碳的需求增加和氫能成本經濟性的提升，制氫結構將從以化石能源制氫為主逐步過渡到以非化石燃料發電進行電解水制氫為主的低碳制氫方式，即從灰氫到藍氫到綠氫的漸進發展。

3制氫

3.1制氫技術

目前工業上制氫的方式有煤制氫、天然氣制氫、甲醇制氫、副產氣（焦爐煤氣、氯堿等）制氫、電解水制氫等。

我國目前年制氫產量約3300萬t，居全球第一位。其中，煤制氫產能約1000萬t/a；其次是工業副產氫，約800萬t/a；天然氣制氫占10%；電解水制氫僅占4%。中國石化是國內最大的氫氣生產企業，年生產氫氣約390萬t。

3.2化石燃料耦合CCUS制氫

化石燃料制氫耦合CCUS是發展低碳制氫的重要且有效的技術路線。化石燃料制氫會伴隨產生大量的CO2，以化石燃料耦合CCUS，可將生產過程中排放的碳捕集封存起來，并加以利用，從而有效減少碳排放量。

目前正在運營的美國AirProductsSteam MethaneReformerCCUS項目和加拿大QuestCCUS項目已應用于制氫項目，CO2捕集規模均達到100萬t/a。在建的低碳制氫耦合CCUS項目有：加拿大的Alberta Carbon TrunkLinewith NorthWest Sturgeon Refinery CO2 Stream，英國的Northern GasNetworkH21、Hynet North West，以及愛爾蘭的Ervia CorkCCS等項目，其捕集CO2規模分別為120~140萬t/a、200萬t/a、200萬t/a、250萬t/a。

2004年華能集團提出以煤氣化制氫、氫能發電為主，并對CO2進行分離及處理的“綠色煤電”計劃，計劃建成“綠色煤電”示范工程。華能天津IGCC（整體煤氣化聯合循環）示范電站于2013年5月建成。

3.3不同技術路線制氫的對比

我國不同技術路線制氫的特點及碳排放量等的對比見表1。

4儲氫技術及加氫站

4.1儲氫技術

幾種儲氫技術的對比如表2所示。可見，高壓氣態儲氫是目前應用較為廣泛且發展較為成熟的儲氫技術。

4.2加氫站

最早的氫氣加注站始于1980年代美國Los Alamos的加氫站。全球加氫站數量自2016年以來呈快速增長態勢，截至2021年底，全球在營加氫站659座。從2021年全球加氫站分布情況來看，亞洲加氫站數量占比達到52.99%，歐洲與北美地區加氫站數量占比分別為33.28%與12.55%，其他國家或地區占比1.17%。

截至2023年4月，我國已建成加氫站超過350座，約占全球總數的40%，位居世界第一位。隨著加氫站技術的成熟，全球加快了加氫站的布局，現階段歐美、日韓是主力，中國是增長最快的國家。

5輸氫

5.1不同輸氫方式對比

目前，氫氣的運輸方式主要有集裝格、長管拖車、管道、槽車等，現有輸送方式的特點如表3所示。在長距離輸氫中，管道輸送具有很強的競爭力，相關各方正致力于推進輸氫管道的建設。同時，天然氣管道摻氫亦成為研究的熱點。

5.2輸氫管道

全球范圍內氫氣輸送管道總里程已超5000km。美國和歐洲的輸氫管道建設早、里程長，美國超過2720km，歐洲超過1500km。氫氣管道的輸送壓力主要在1~10MPa之間，管徑多在150~457mm之間，L245鋼級管道占比約20%，L290（X42）、L360（X52）鋼級管道占比約60%，管型為無縫鋼管或電阻焊管。

我國的輸氫管道建設尚處于起步階段。國內已建成和正在建設的輸氫管道有：濟源-洛陽輸氫管道、巴陵-長嶺輸送管線工程、金陵-揚子氫氣管道、定州-高碑店氫氣管道工程、玉門油田輸氫管道、浙江石化輸氫管道（在建）等，管徑在219~508mm之間，鋼級多為L245，個別為X42，輸送壓力在2.5~6MPa之間，長度在4.7～164.7km之間。

2023年4月中國石化“西氫東送”輸氫管道示范工程啟動，并被納入《石油天然氣“全國一張網”建設實施方案》。該管道全長400多公里，是我國首條跨省區、大規模、長距離純氫輸送管道。管道一期運力10萬噸/年。

5.3摻氫管道

歐美等多個國家開展了摻氫天然氣管道輸送的應用基礎研究，以及天然氣管道摻氫示范項目，摻氫比例從2%到20%。截止2019年初，國際能源組織（IEA）數據顯示，各國有37個示范項目正在研究天然氣網絡中摻氫。國外部分摻氫管道項目情況如表4所示。

國內已建成的摻氫管道有：烏海-銀川焦爐煤氣管道、義馬-鄭州煤氣管線工程、國家電投朝陽可再生能源摻氫示范項目、張家口天然氣摻氫示范項目、內蒙古通遼隆圣峰規劃建設示范工程—甘旗卡綜合站至創業路純摻氫管道等，輸送壓力多為2.5MPa。

2023年4月16日，中國石油用現有天然氣管道長距離輸送氫氣技術獲得突破，寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道示范平臺在現有長397km的天然氣管道中的摻氫比例已逐步達到24%。

6氫能應用技術

氫氣兼具燃料、儲能、化工原料等多種屬性，在電力、交通、建筑、化工等多個行業具有廣闊的應用空間。據統計，我國目前約90%~95%的氫能應用于石油化工、鋼鐵冶金，且以就近消納為主。國內外對于綠色氫能應用技術的理論探索與實踐主要聚焦于儲能、工業、交通運輸、建筑等領域。其中，氫燃料電池汽車是氫能應用最受關注的領域，在部分地區實現了小規模示范應用。

我國是世界上氫能產量最大的國家，同時具有世界上最完整的產業鏈和最大的消費市場，部分技術已處于世界領先水平，在氫能裝備生產制造上具備一定的優勢。但要實現氫能規模化應用，還面臨很多問題，主要有：（1）氫能產業鏈成本高、效率低，終端消費成本高，相比傳統能源尚未形成商業化競爭力。（2）氫能產業鏈技術成熟度不高，部分基礎材料、核心技術或關鍵部件中的高端產品多為國外企業壟斷，如兆瓦級電解制氫裝備、儲氫瓶組、膜電極、氫循環泵、氫氣品質檢測、氫氣泄漏測試等。（3）可再生能源電解制氫技術尚處于研發階段，大規模氫能儲運技術不成熟，配套設施不完善。（4）安全性及管理體系有待完善。

7氫能標準化工作現狀及標準體系構建

7.1國內外標準化工作現狀

（1）國外

國際標準化組織和發達國家已制定和發布了多項與氫能相關的標準。ISO國際標準化組織設立了專門的標準化技術委員會，即：氫技術委員會（ISO/TC 197），涵蓋氫的生產、儲存、運輸、測量和使用的系統和設備領域的標準化。該技術委員會于1990年創立，目前設有1個SC、1個特別工作組、1個聯合工作組、1個技術咨詢委員會、17個WG。已發布標準18項，24項標準正在制修訂。

國外發布了輸氫管道的相關設計和建造標準，如美國機械工程師協會最早于2008年發布了輸氫管道標準ASME B31.12“Hydrogen Piping and Pipelines”、歐洲工業氣體協會發布了EIGA IGC Doc 121/14“Hydrogen Pipeline Systems”、亞洲壓縮氣體協會發布了CGA-5.6“Hydrogen Pipeline System”等。

天然氣摻氫標準的研究工作正在推進。歐洲的HyReady和HIPS-Net等技術委員會和行業組織正在研究摻氫的標準，歐盟委員會也正在研究氫在天然氣網絡中的作用及相關標準。

（2）國內

在國家相關政策的支持下，近些年來我國氫能標準體系建設有了較大發展。經國家標準化管理委員會批準，“全國氫能標準化技術委員會SAC/TC 309”于2008年6月正式成立，目前已發布國標34項，正在制訂國標10項。此外，與氫能相關的標準還有：GB 50177—2005《氫氣站設計規范》、GB 50516—2010（2021年版）《加氫站技術規范》、GB 4962—2008《氫氣使用安全技術規程》等。

國內多家研究機構正在積極研究制定輸氫/摻氫輸送管道相關標準。中國石油集團工程材料研究院有限公司牽頭起草的石油天然氣行標《天然氣摻氫輸送管材適用性評價方法》正在廣泛征求意見，牽頭起草的中國石油集團有限公司企標《氫氣輸送管道工程用無縫鋼管》亦正在開展立項工作。

7.2氫能標準體系構建

當前，在實現雙碳目標、調整能源結構、發展低碳經濟的背景下，我國氫能產業發展進入新階段，為適應氫能產業發展的需求、推動氫能產業的發展，需在系統梳理現有氫能相關標準、明確氫能產業重點領域和標準需求的基礎上，建立氫能標準體系并系統開展氫能標準化工作，以引領和促進我國氫能產業有序發展。

在構建氫能標準體系時，應運用系統分析的方法，針對氫能標準化對象及其相關要素所形成的系統進行整體標準化研究，按照立足國情、統籌規劃、需求牽引、急用先行的原則，加強基礎通用標準和關鍵核心標準的制修訂。根據氫能產業鏈的特點及標準化需求，建議氫能標準體系框架應包括基礎通用標準及產業鏈各環節標準，如圖1所示。其中，基礎通用標準位于標準體系框架的最底層，對各環節標準和管理標準形成支撐；各環節標準和管理標準是氫能標準體系框架的主體，用于指導各個環節的氫能產業。

8結語

在應對氣候變化、發展低碳經濟、保障能源安全的全球背景下，發展氫能產業是實現雙碳目標、推動能源革命、調整能源結構、促進低碳轉型等的必由之路。在大力發展氫能產業的過程中，迫切需要對相關核心技術、關鍵材料產品等進行研究攻關，加大可再生能源的開發利用，降低氫能產業鏈成本；與此同時，應將氫能產業的發展同構建和發展氫能標準體系緊密結合，加快配套標準的研制及國際標準轉化，相信氫能產業定能在能源及相關領域開辟新天地。

來源：學術研討