天然气掺氢：氢进万家的必由之路

 

天然气掺氢技术可以利用电网无法消纳的可再生能源制取氢气，并与天然气按一定比例混合，通过天然气管网输送到终端用户。天然气掺氢技术可实现能源储存、能源输运、能源消费、能源安全，在一定程度上可以实现天然气输送到纯氢输送的良好过渡，对氢能发展具有重要意义。

 

当前氢气大规模储运技术存在技术壁垒，现有的技术都不适用于当前的形式，将氢气掺入天然气中使用天然气管道输送为氢气长距离、大规模运输提供了新的思路。目前世界许多国家已经逐步开展天然气管网掺氢项目。

 

荷兰

 

荷兰Ameland于2008——2011年开展了有关将风电制氢掺入当地天然气管网的研究，其中2010年年平均氢气掺入体积分数达到12%。

 

日本

 

日本三菱日立动力系统有限公司(MIPS)将体积分数为30%的掺氢天然气通入大型烧燃气轮机中进行测试。结果表明，MPS专用燃烧器燃烧掺氢天然气可以实现烧燃气轮机稳定运行，与单纯燃烧天然气相比，CO2的排放量可以减少10%，发电效率大于63%，且除了燃烧器外，其他部件可以不用改动，减少了改造的成本。

 

英国

 

2020年1月，英国示范项目HyDeploy正式投入运营。该项目是英国首个向燃气中注入氢气以供家庭和企业使用的试点项目，向现有的天然气管网中注入体积分数高达20%的氢气，同时向100户家庭和30栋教学楼提供掺氢天然气。

 

德国

 

2019年8月，德国意昂(E.ON)的子公司Ava-con计划将其天然气管网的氢气混合率提高到20%。Avacon将在斯科普斯多夫市安装400套供暖系统并和其他用户设备进行“酸性试验”。

 

国内天然气掺氢应用项目示范

 

今年2月，国内首个天然气掺氢应用示范项目完成入户通气。该示范为国家电投集团中央研究院参与的河北省重点研发计划项目——《天然气掺氢关键技术研发及应用示范》中的研究任务。项目参与人员在示范现场完成了混气撬调试、富氢灶具安装、通气入户及灶具点火等系列工作流程后，将绿氢混入天然气，通过管道输送至该小区20户居民家中。

 

2021年12月23日，国家电投荆门绿动电厂在运燃机成功实现15%掺氢燃烧改造和运行，机组具备了纯天然气和天然气掺氢两种运行模式的兼容能力。这是我国首次在重型燃机商业机组上实施掺氢燃烧改造试验和科研攻关，也是全球范围内首个在天然气商业机组中进行掺氢燃烧的联合循环、热电联供示范项目。

 

近年来我国天然气管网基本建成，总里程约为11万公里，实现了天然气干线管道的互联互通。若在天然气中掺入一定比例的氢气以组成掺氢天然气，通过天然气管网将掺氢天然气输送至终端用户，随后或者直接利用、或者提氢后分别单独使用，将大幅提升氢能的时空调配规模与效率，实质性推动我国氢能产业快速发展。

 

2021年，我国能源消费总量为52.4亿tce，其中天然气表观消费量为3726亿m3（同比增长12.7%）；结合天然气产量（2076亿m3，同比增长7.8%）来看，我国天然气供需存在明显缺口。

 

在碳达峰、碳中和目标下，天然气作为清洁低碳的终端能源类型，能够与可再生能源发展形成良性互补的供能格局；2030年，我国天然气年消费量将达到5500亿——6000亿立方米，年产量在2500亿立方米左右，供应压力进一步加大 。掺氢天然气能够利用氢气替代一部分天然气消费，若按掺氢比（体积比）10%——20%测算，同等热值下，预计每年可替代100亿——200亿立方米，将在一定程度上缓解天然气的供应紧张问题。掺氢天然气的多元化终端应用，将促进氢能生产与终端用能双向协同，在参与保障天然气供应安全的同时，实现“氢进万家”。

 

尽管天然气掺氢面临技术和标准法规的双重压力，但已是势在必行。天然气掺氢是从天然气供应到纯氢供应之路上必经一环，可以实现从天然气到氢气的过渡与转变。结合我国现有天然气管网，突破天然气与氢气之间的壁垒，利用天然气掺氢技术为我国能源供应提供良好方向。