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 長期以來，摻氫作為天然氣領(lǐng)域降碳的一種有效方式廣受行業(yè)青睞。截至今年5月，英國、美國、比利時(shí)、德國、西班牙等國紛紛啟動(dòng)了天然氣摻氫規(guī)劃，我國企業(yè)摻氫也開始了首次嘗試。
但多家行業(yè)研究機(jī)構(gòu)近期表示，目前天然氣摻氫領(lǐng)域仍存在技術(shù)、成本、減碳效果有限等多重挑戰(zhàn)，大規(guī)模推廣仍待時(shí)日。

順勢(shì)而生

天然氣摻氫技術(shù)是將氫氣以一定體積比例摻入天然氣中，形成摻氫天然氣，通過現(xiàn)有天然氣管道進(jìn)行輸送，可直接替代天然氣使用的一種能源技術(shù)。

“天然氣與氫對(duì)于減碳都具有區(qū)別于其他化石能源的綠色低碳價(jià)值。從理論上講，二者的結(jié)合可大大提升天然氣的綠色低碳軟實(shí)力。”新能源行業(yè)專家姜勇表示。

大量研究結(jié)果表明，天然氣摻氫混合氣體的燃燒能夠改善終端設(shè)備的燃燒性能，減少氮氧化物污染和二氧化碳排放。因此，天然氣摻氫技術(shù)正在成為各國競(jìng)相發(fā)展技術(shù)“潮流”。

我國也不例外，國家電投“朝陽可再生能源摻氫示范項(xiàng)目”是國內(nèi)天然氣摻氫技術(shù)的首次嘗試，其燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒示范項(xiàng)目已正式投運(yùn)，填補(bǔ)了國內(nèi)天然氣管道摻氫示范項(xiàng)目的空白。

國內(nèi)嘗試天然氣摻氫技術(shù)還在于，目前大規(guī)模儲(chǔ)氫存在成本高、氫氣基礎(chǔ)設(shè)施不完善等問題，并且氫能運(yùn)輸需要合適的管道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而利用現(xiàn)有天然氣管道進(jìn)行天然氣摻氫的運(yùn)輸可節(jié)省龐大的基建成本。

“目前我們?cè)谖鞅钡鹊貐^(qū)發(fā)展了很多風(fēng)電光電，為了解決其消納問題，最好的辦法就是電解水生成氫氣，利用現(xiàn)有天然氣管道進(jìn)行輸送，使其成為可供北部地區(qū)以及東部地區(qū)使用的有效能源。”北京世創(chuàng)能源高級(jí)經(jīng)濟(jì)師徐博表示。

不僅如此，針對(duì)天然氣摻氫技術(shù)，歐盟氣候?qū)T曾公開表示：“天然氣相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的‘雙重用途’越多就越明顯，這將有助于社會(huì)過渡到使用綠色氫氣的場(chǎng)景。”英國官方機(jī)構(gòu)也曾測(cè)算，根據(jù)英國的天然氣消費(fèi)水平，如果能達(dá)到20%的摻氫率，英國預(yù)計(jì)每年將減少600萬噸二氧化碳在供熱和供電方面的排放。

“天然氣摻氫技術(shù)的誕生應(yīng)用屬于順勢(shì)而為，在促進(jìn)低碳、減少化石燃料消耗的同時(shí)，可以最大限度利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，節(jié)省投資。”某天然氣業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為。

困難重重

在氫氣成本過高和風(fēng)電光電消納等難題的困擾下，天然氣摻氫技術(shù)很快被許多國家所青睞。然而，目前天然氣摻氫還有諸多難點(diǎn)，該領(lǐng)域仍存在技術(shù)、成本、減碳效果有限等多重挑戰(zhàn)，大規(guī)模推廣仍待時(shí)日。

“實(shí)際上，天然氣摻氫會(huì)對(duì)現(xiàn)有天然氣管道輸送系統(tǒng)和終端用氣單位產(chǎn)生不同程度的影響。”姜勇表示，“不同的摻氫比會(huì)導(dǎo)致燃?xì)獾娜紵俣?、熱?fù)荷系數(shù)等燃燒指數(shù)以及相對(duì)密度、傳熱系數(shù)、黏度等水力指數(shù)都發(fā)生改變;由于熱值不同，引起后端用氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，容易增加氫氣的聚集濃度，增加輸送系統(tǒng)的氫腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。這些因素都是發(fā)展天然氣摻氫亟待完善的方面。”

相關(guān)報(bào)道顯示，目前英、德等歐洲國家已經(jīng)開始逐步實(shí)施天然氣管網(wǎng)摻氫，用于終端設(shè)備的項(xiàng)目，但國內(nèi)由于燃具和燃?xì)庀嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)的欠缺，燃?xì)夤芫W(wǎng)摻氫的適應(yīng)性和安全性有待驗(yàn)證，終端設(shè)備的應(yīng)用則處于起步階段。不僅如此，在天然氣管道摻氫技術(shù)上還面臨關(guān)鍵問題認(rèn)識(shí)不足、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)缺失等問題。

此外，經(jīng)濟(jì)效益也是目前天然氣摻氫技術(shù)應(yīng)用的一大難題。“我國現(xiàn)有的天然氣摻氫項(xiàng)目全部都是示范研究作用，虧本是常有的事，獲得效益更是困難。”中國石油大學(xué)(北京)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院副教授金鐳告訴記者。

根據(jù)國際可再生能源署測(cè)算，混摻20%的氫氣僅能比單純使用天然氣降低約7%的溫室氣體排放，而摻氫后天然氣供能的成本卻遠(yuǎn)高于單純使用天然氣。按照目前全球可再生能源制氫的平均成本水平，二氧化碳價(jià)格應(yīng)在每噸500美元以上時(shí)才會(huì)具備一定的經(jīng)濟(jì)效益。由此可見，天然氣摻氫技術(shù)應(yīng)用還有很大不經(jīng)濟(jì)性。

需完善信息與標(biāo)準(zhǔn)

盡管該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展仍存有一定挑戰(zhàn)，但我國能源企業(yè)也在進(jìn)行天然氣管網(wǎng)摻氫的嘗試和部署，力圖突破技術(shù)瓶頸，促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)體系升級(jí)。

“針對(duì)現(xiàn)有難題，首先國家應(yīng)當(dāng)組織加快機(jī)構(gòu)開展天然氣摻氫標(biāo)準(zhǔn)的推出，其次就是聯(lián)合國內(nèi)實(shí)力企業(yè)、高校對(duì)天然氣摻氫領(lǐng)域問題進(jìn)行攻關(guān)研究。比如混氫站的設(shè)計(jì)、摻氫天然氣比例影響、摻氫天然氣與輸送管道材料相容性等方面，都需要加深規(guī)律研究。國家或者行業(yè)可以在這方面進(jìn)行資金扶持。”姜勇表示。

今年4月底，國際可再生能源署發(fā)布的報(bào)告顯示，現(xiàn)在全球范圍內(nèi)各個(gè)天然氣管網(wǎng)及每條天然氣管道對(duì)氫氣比例的容納程度都不相同，在不實(shí)施基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模改造的情況下，最終可行的摻氫比例可能會(huì)低于預(yù)期。

由此，目前各國紛紛開始制定針對(duì)性的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，循序漸進(jìn)地調(diào)整摻氫比例，力求通過相容性等研究，找出最合適的摻氫方法。比如近日，西班牙第二大天然氣分銷商諾特天然氣就開啟了該國首個(gè)天然氣摻氫試驗(yàn)項(xiàng)目，計(jì)劃逐步提高天然氣基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備中的氫氣比例，實(shí)現(xiàn)天然氣管道的轉(zhuǎn)換改造。

“合適的摻氫比例十分重要，為促進(jìn)該技術(shù)的應(yīng)用，也為了保障管道安全，我們還需做出更多的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。”徐博解釋說，氫氣摻入天然氣管道后會(huì)對(duì)管道造成一定的危害，其中氫脆的危害最大。而我國目前天然氣管道所用材質(zhì)為鋼材，更容易發(fā)生氫脆。

“對(duì)此，各企業(yè)應(yīng)針對(duì)我國的燃?xì)庠O(shè)備、分輸站等做出詳細(xì)評(píng)估，并深入了解其對(duì)配氣官網(wǎng)損害有多大。掌握更多重要信息，以便更好地開展下一步工作。”徐博表示。

結(jié)合我國當(dāng)前氫能源利用的現(xiàn)狀，大規(guī)模推廣還有很長一時(shí)間要走。可通過政策扶植天然氣摻氫應(yīng)用端的企業(yè)的發(fā)展，利用應(yīng)用端市場(chǎng)的培育，反過來促進(jìn)天然氣摻氫領(lǐng)域關(guān)鍵問題的解決。“建議今后我國應(yīng)加強(qiáng)在摻氫、輸送、用戶環(huán)節(jié)等一些核心問題的研究與標(biāo)準(zhǔn)體系完備，最終促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，助力‘雙碳’目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。”姜勇說。

原標(biāo)題：氣摻氫，減碳新探索