氫基礎(chǔ)設(shè)施是指氫管道運(yùn)輸、氫生產(chǎn)點(diǎn)（制氫場(chǎng)所）、加氫站（有時(shí)也可集群為氫高速公路）等基礎(chǔ)設(shè)施，用于氫燃料的配送和銷售。生產(chǎn)氫氣，然后將其壓縮或液化、儲(chǔ)存，然后再轉(zhuǎn)換成電能或熱能，或用作（工業(yè)）工藝過程的輸入。氫氣可用作便攜式（汽車）或固定式能源生產(chǎn)的燃料。與抽水蓄能、CAES（壓縮空氣儲(chǔ)能） 和電池（儲(chǔ)能電池）相比，氫的優(yōu)勢(shì)在于它是一種高能量密度的燃料，可以輸入電網(wǎng)、還可以儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)化為氨然后儲(chǔ)存。然而，氫氣的制取和運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施以及正常運(yùn)作的市場(chǎng)仍處于起步階段。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

另外，為了使可再生能源在綠氫為載體的幫助下能夠普遍使用，除了有足夠的綠電和氫氣發(fā)電能力外，還需要一個(gè)能夠有效可靠地滿足企業(yè)和消費(fèi)者需求的存儲(chǔ)和運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施。

不管氫氣是如何產(chǎn)生制取的，只要它不是在使用點(diǎn)直接產(chǎn)生的或者生產(chǎn)點(diǎn)直接使用，那它就必須要運(yùn)輸。為此就有了各種技術(shù)路線：例如，高壓氣態(tài)、絕熱容器中的液氫、固態(tài)儲(chǔ)氫、也可進(jìn)一步加工成液態(tài)甲醇或氨，或使用所謂的“液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫體"(LOHC)化學(xué)溶解在載體介質(zhì)中。

?關(guān)于管道運(yùn)輸和電力輸送成本對(duì)比問題

一個(gè)正在進(jìn)行的爭(zhēng)論是如何將氫輸送到需求中心，或者換句話說，什么將是能源載體。一種選擇是生產(chǎn)無(wú)碳電力，并將其輸送給住宅、商業(yè)和工業(yè)用戶。然后，電力將直接用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)氫氣。這種方法消除了氫傳輸成本，但代價(jià)是電網(wǎng)負(fù)擔(dān)過重，而電網(wǎng)已經(jīng)受到因傳輸可再生能源（電力）份額而增加的需求限制。另一種選擇是將氫氣直接輸送給客戶。

通過管道運(yùn)輸特別具有經(jīng)濟(jì)性。由于氫氣的高熱值和可壓縮性，可以實(shí)現(xiàn)高的能量密度。與功率為1.5 GW的380 KV的雙系統(tǒng)架空輸電線路相比，天然氣管道（PN80，DN1000）在進(jìn)行天然氣和氫氣輸送時(shí)的輸送功率可達(dá)（上述電力輸送）其十倍，而具體成本僅為其十四分之一。（輸電和輸（氣）氫的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比數(shù)據(jù)）

?關(guān)于管道運(yùn)輸以及能量流問題

新建純氫管道在理想的情況下，從最初規(guī)劃到投入使用需要3-7 年時(shí)間。不過，現(xiàn)有的天然氣網(wǎng)絡(luò)的管道路線，包括其通行權(quán)和使用權(quán)，都是可以獲得的，并可為人們所接受。與人們普遍認(rèn)為的相反，氫氣的運(yùn)輸能量密度僅略低于天然氣。因此，從天然氣到氫氣的轉(zhuǎn)換對(duì)管道運(yùn)輸能源的能力影響不大。盡管天然氣的上限熱值約為 11 kWh/Nm3，比氫氣的上限熱值 3.5 kWh/Nm3 高出約三倍，因此在相同壓力下，要保持能量含量不變，同樣單位時(shí)間內(nèi)所需的氫氣體積約為天然氣的三倍。因此在比較兩種氣體通過管道的能量流時(shí)，重要的不僅是體積，最重要的是密度、流速和壓力等參數(shù)。由于氫氣的密度是天然氣的1/9，流速是天然氣的 3 倍，因此在相同壓力和相同時(shí)間內(nèi)，管道中可輸送的氫氣量幾乎是天然氣的 3 倍。

?關(guān)于管道建設(shè)以及原有天然氣管道利用的問題

預(yù)計(jì)在過渡階段，將氫混合到天然氣網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施中。預(yù)計(jì)管網(wǎng)將以改造現(xiàn)有天然氣管道進(jìn)行跨境運(yùn)輸為基礎(chǔ)。目前，氫氣是通過現(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)或?qū)ΜF(xiàn)有天然氣管道進(jìn)行改造，或通過專用管道輸送的。運(yùn)輸成本數(shù)據(jù)表明，與其他運(yùn)輸方式相比，管道具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然這也加強(qiáng)了監(jiān)管的必要性。

相關(guān)研究和以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，將現(xiàn)有的鋼制管道從天然氣管道轉(zhuǎn)換為氫氣管道是有可能的，而且可以達(dá)到滿足氫氣工業(yè)發(fā)展所需的程度。高壓管道的使用壽命由于氫氣的影響似乎不可能大幅縮短。

不過，還需要進(jìn)一步研究是否必須針對(duì)某些類型的鋼材和運(yùn)行條件調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。對(duì)于接頭和控制閥，還必須確定所使用的膜和密封件是否適用于氫氣。

對(duì)于安全切斷閥和壓力調(diào)節(jié)器，必須明確其控制和調(diào)節(jié)功能是否必須適應(yīng)氫氣的流動(dòng)特性。在確定管道是否合適之前，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的具體條件進(jìn)行檢查和評(píng)估，并參考相關(guān)規(guī)范和法規(guī)。氫氣必須壓縮到管網(wǎng)的工作壓力，才能輸入管網(wǎng)輸送系統(tǒng)。沿線要有一定間隔的壓縮站可確保在管道流量損失的情況下仍能保持壓力。為了在氫氣使用中以高運(yùn)輸能量密度實(shí)現(xiàn)最佳利用，需要比天然氣運(yùn)行更多和更大功率的壓縮機(jī)。對(duì)于計(jì)劃中的中短期氫氣管道項(xiàng)目，必要的壓縮機(jī)技術(shù)可以采用 "久經(jīng)考驗(yàn) "的活塞式壓縮機(jī)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，在全國(guó)范圍內(nèi)運(yùn)輸氫氣，運(yùn)輸需求規(guī)模達(dá)到GW級(jí)別，目前使用的渦輪壓縮機(jī)技術(shù)路線將根據(jù)氫氣這種介質(zhì)特性進(jìn)行優(yōu)化?？梢哉J(rèn)為，如果市場(chǎng)需要，這些壓縮機(jī)將在幾年內(nèi)能投入使用。

?關(guān)于氫儲(chǔ)能的問題

風(fēng)能和光伏等可再生能源的發(fā)電受到自然環(huán)境條件波動(dòng)的影響。為了能夠根據(jù)需要高效地使用能源，需要大型而靈活的儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)償和調(diào)整這些波動(dòng)。在可預(yù)見的未來(lái)，現(xiàn)有電力系統(tǒng)無(wú)法以經(jīng)濟(jì)可行的條件提供必要的大工業(yè)容量（尤其是通過電網(wǎng)緩沖和電池儲(chǔ)電）。

另外，氫氣由于其可壓縮性和儲(chǔ)存設(shè)施中的儲(chǔ)存能力而非常適合作為能源，并且可以補(bǔ)充到基于儲(chǔ)氣設(shè)施的電網(wǎng)。面向可再生能源的氣體基礎(chǔ)設(shè)施中儲(chǔ)存設(shè)施的運(yùn)營(yíng)操作制度與以前的天然氣運(yùn)營(yíng)操作會(huì)有根本的不同。

雖然天然氣儲(chǔ)存主要服務(wù)于長(zhǎng)期供應(yīng)安全，但在氫操作中，它們主要補(bǔ)償和調(diào)整“綠色"發(fā)電的短期波動(dòng)。因此，洞穴儲(chǔ)存設(shè)施特別適合儲(chǔ)存氫氣，因?yàn)樗鼈兛梢造`活地儲(chǔ)存和回收使其成為補(bǔ)償和調(diào)整可再生能源波動(dòng)的理想選擇。

總之，不可否認(rèn)，天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的使用可以顯著降低氫氣運(yùn)輸?shù)目傮w成本，既可以減少對(duì)管道基礎(chǔ)設(shè)施的投資，也可以避免對(duì)電網(wǎng)擴(kuò)建的投資。盡管如此，還是需要仔細(xì)地逐個(gè)評(píng)估，以確定競(jìng)爭(zhēng)方案的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性，以及從天然氣到氫氣過渡的整個(gè)價(jià)值鏈的影響。當(dāng)然綠色氫經(jīng)濟(jì)的成功主要取決于氫氣能否在未來(lái)市場(chǎng)條件下以具有競(jìng)爭(zhēng)力的方式滿足客戶的需求。除了在工業(yè)規(guī)模上高效生產(chǎn)綠色氫氣的技術(shù)發(fā)展之外，最重要的是，這需要為氫氣市場(chǎng)提供統(tǒng)一和適當(dāng)?shù)目蚣軛l件。