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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、德國、西班牙等國紛紛啟動了天然氣摻氫規(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)模推廣仍待時日。

順勢而生

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)。

“天然氣與氫對于減碳都具有區(qū)別于其他化石能源的綠色低碳價值。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目”是國內(nèi)天然氣摻氫技術(shù)的首次嘗試，其燃氣輪機摻氫燃燒示范項目已正式投運，填補了國內(nèi)天然氣管道摻氫示范項目的空白。

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)有天然氣管道進行天然氣摻氫的運輸可節(jié)省龐大的基建成本。

“目前我們在西北等地區(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)能源高級經(jīng)濟師徐博表示。

不僅如此，針對天然氣摻氫技術(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，這將有助于社會過渡到使用綠色氫氣的場景。”英國官方機構(gòu)也曾測算，根據(jù)英國的天然氣消費水平，如果能達到20%的摻氫率，英國預(yù)計每年將減少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)用屬于順勢而為，在促進低碳、減少化石燃料消耗的同時，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，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)模推廣仍待時日。

“實際上，天然氣摻氫會對現(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，“不同的摻氫比會導(dǎo)致燃氣的燃燒速度、熱負荷系數(shù)等燃燒指數(shù)以及相對密度、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。這些因素都是發(fā)展天然氣摻氫亟待完善的方面。”

相關(guān)報道顯示，目前英、德等歐洲國家已經(jīng)開始逐步實施天然氣管網(wǎng)摻氫，用于終端設(shè)備的項目，但國內(nèi)由于燃具和燃氣相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的欠缺，燃氣管網(wǎng)摻氫的適應(yīng)性和安全性有待驗證，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)鍵問題認識不足、實踐經(jīng)驗不足、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)缺失等問題。

此外，經(jīng)濟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，二氧化碳價格應(yīng)在每噸500美元以上時才會具備一定的經(jīng)濟效益。由此可見，天然氣摻氫技術(shù)應(yīng)用還有很大不經(jīng)濟性。

需完善信息與標(biāo)準(zhǔn)

盡管該項技術(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，促進能源產(chǎn)業(yè)體系升級。

“針對現(xiàn)有難題，首先國家應(yīng)當(dāng)組織加快機構(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)實力企業(yè)、高校對天然氣摻氫領(lǐng)域問題進行攻關(guān)研究。比如混氫站的設(shè)計、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)布的報告顯示，現(xiàn)在全球范圍內(nèi)各個天然氣管網(wǎng)及每條天然氣管道對氫氣比例的容納程度都不相同，在不實施基礎(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低于預(yù)期。

由此，目前各國紛紛開始制定針對性的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，循序漸進地調(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天然氣摻氫試驗項目，計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)場試驗。”徐博解釋說，氫氣摻入天然氣管道后會對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。

“對此，各企業(yè)應(yīng)針對我國的燃氣設(shè)備、分輸站等做出詳細評估，并深入了解其對配氣官網(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)用端市場的培育，反過來促進天然氣摻氫領(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，最終促進氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，助力‘雙碳’目標(biāo)的實現(xiàn)。”姜勇說。

原標(biāo)題：氣摻氫，減碳新探索