天然氣摻氫：氫進萬家的必由之路

 

天然氣摻氫技術可以利用電網無法消納的可再生能源制取氫氣，并與天然氣按一定比例混合，通過天然氣管網輸送到終端用戶。天然氣摻氫技術可實現能源儲存、能源輸運、能源消費、能源安全，在一定程度上可以實現天然氣輸送到純氫輸送的良好過渡，對氫能發展具有重要意義。

 

當前氫氣大規模儲運技術存在技術壁壘，現有的技術都不適用于當前的形式，將氫氣摻入天然氣中使用天然氣管道輸送為氫氣長距離、大規模運輸提供了新的思路。目前世界許多國家已經逐步開展天然氣管網摻氫項目。

 

荷蘭

 

荷蘭Ameland于2008——2011年開展了有關將風電制氫摻入當地天然氣管網的研究，其中2010年年平均氫氣摻入體積分數達到12%。

 

日本

 

日本三菱日立動力系統有限公司(MIPS)將體積分數為30%的摻氫天然氣通入大型燒燃氣輪機中進行測試。結果表明，MPS專用燃燒器燃燒摻氫天然氣可以實現燒燃氣輪機穩定運行，與單純燃燒天然氣相比，CO2的排放量可以減少10%，發電效率大于63%，且除了燃燒器外，其他部件可以不用改動，減少了改造的成本。

 

英國

 

2020年1月，英國示范項目HyDeploy正式投入運營。該項目是英國首個向燃氣中注入氫氣以供家庭和企業使用的試點項目，向現有的天然氣管網中注入體積分數高達20%的氫氣，同時向100戶家庭和30棟教學樓提供摻氫天然氣。

 

德國

 

2019年8月，德國意昂(E.ON)的子公司Ava-con計劃將其天然氣管網的氫氣混合率提高到20%。Avacon將在斯科普斯多夫市安裝400套供暖系統并和其他用戶設備進行“酸性試驗”。

 

國內天然氣摻氫應用項目示范

 

今年2月，國內首個天然氣摻氫應用示范項目完成入戶通氣。該示范為國家電投集團中央研究院參與的河北省重點研發計劃項目——《天然氣摻氫關鍵技術研發及應用示范》中的研究任務。項目參與人員在示范現場完成了混氣撬調試、富氫灶具安裝、通氣入戶及灶具點火等系列工作流程后，將綠氫混入天然氣，通過管道輸送至該小區20戶居民家中。

 

2021年12月23日，國家電投荊門綠動電廠在運燃機成功實現15%摻氫燃燒改造和運行，機組具備了純天然氣和天然氣摻氫兩種運行模式的兼容能力。這是我國首次在重型燃機商業機組上實施摻氫燃燒改造試驗和科研攻關，也是全球范圍內首個在天然氣商業機組中進行摻氫燃燒的聯合循環、熱電聯供示范項目。

 

近年來我國天然氣管網基本建成，總里程約為11萬公里，實現了天然氣干線管道的互聯互通。若在天然氣中摻入一定比例的氫氣以組成摻氫天然氣，通過天然氣管網將摻氫天然氣輸送至終端用戶，隨后或者直接利用、或者提氫后分別單獨使用，將大幅提升氫能的時空調配規模與效率，實質性推動我國氫能產業快速發展。

 

2021年，我國能源消費總量為52.4億tce，其中天然氣表觀消費量為3726億m3（同比增長12.7%）；結合天然氣產量（2076億m3，同比增長7.8%）來看，我國天然氣供需存在明顯缺口。

 

在碳達峰、碳中和目標下，天然氣作為清潔低碳的終端能源類型，能夠與可再生能源發展形成良性互補的供能格局；2030年，我國天然氣年消費量將達到5500億——6000億立方米，年產量在2500億立方米左右，供應壓力進一步加大 。摻氫天然氣能夠利用氫氣替代一部分天然氣消費，若按摻氫比（體積比）10%——20%測算，同等熱值下，預計每年可替代100億——200億立方米，將在一定程度上緩解天然氣的供應緊張問題。摻氫天然氣的多元化終端應用，將促進氫能生產與終端用能雙向協同，在參與保障天然氣供應安全的同時，實現“氫進萬家”。

 

盡管天然氣摻氫面臨技術和標準法規的雙重壓力，但已是勢在必行。天然氣摻氫是從天然氣供應到純氫供應之路上必經一環，可以實現從天然氣到氫氣的過渡與轉變。結合我國現有天然氣管網，突破天然氣與氫氣之間的壁壘，利用天然氣摻氫技術為我國能源供應提供良好方向。