界面新聞實習記者 | 蔣習
“天然氣摻氫技術具備大規(guī)模推廣應用的可行性?！?/span>
3月22日，《天然氣管道摻氫輸送及終端利用可行性研究》（下稱《報告》）成果發(fā)布會在北京舉行。會上，北京市煤氣熱力工程設計院有限公司道石研究院總工程師王洪建披露了相關研究成果。
該會議由中國城市燃氣協(xié)會主辦，香港中華煤氣有限公司、港華智慧能源有限公司、國家電投集團中央研究院、國家管網(wǎng)集團科學技術研究總院分公司等單位協(xié)辦，北京市煤氣熱力工程設計院有限公司、中國石油大學承辦。
此次發(fā)布的《報告》是在國家住房和城鄉(xiāng)建設部2022年科學技術計劃項目的支持下，由中國城市燃氣協(xié)會組織，9家企業(yè)發(fā)起，18家編制單位共同編制完成。
天然氣摻氫是指向已有的天然氣管網(wǎng)中摻入一定比例的氫氣，以實現(xiàn)氫能的利用。
氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，氫能應用也是實現(xiàn)工業(yè)、建筑、電力、交通等領域深度脫碳的重要途徑。
中國國際經(jīng)濟交流中心科研信息部部長景春梅表示，中國氫能產(chǎn)業(yè)已具備規(guī)?；?、效益化發(fā)展的基礎條件，新興能源體系的構建少不了氫能，必須要納入氫能。
“天然氣管道摻氫是一項系統(tǒng)工程，通過管道的紐帶延伸到整個產(chǎn)業(yè)鏈，逐步影響到社會用能結構，是天然氣時代走向氫能時代的序曲，意義重大、影響深遠?！眹夜芫W(wǎng)集團科學技術研究總院分公司氫能技術專家彭世垚也在會上表示。
《報告》指出，天然氣摻氫技術既能解決大規(guī)?？稍偕茉聪{的問題，又能高效低成本地輸送氫氣，是降低天然氣利用過程碳排放強度以及保障燃氣供應安全的有效途徑。
在中國西北部，風光等新能源資源豐富，因新能源電力存在波動性和間歇性問題，疊加輸電通道容量限制，棄風、棄光現(xiàn)象時有發(fā)生。若這些棄電能用于發(fā)展電解水制氫，通過天然氣管道運輸至東部消費區(qū)，能較好地解決可再生能源消納問題。
氫氣燃燒不會產(chǎn)生任何碳排放?！秷蟾妗凤@示，在等熱值條件下，隨著摻氫比的提高，摻氫天然氣的碳排放量逐漸降低，在摻氫比為10％和20%情況下，可實現(xiàn)碳減排3.5％和7.6%。
但天然氣摻氫使用過程中存在一大關鍵問題，即安全性。因為氫氣具有擴散速度快、燃爆極限范圍寬、點火能量低、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓忍匦?。氫氣的添加使得燃氣泄漏爆炸風險增大。
《報告》指出，從摻氫天然氣輸送可行性上看，由于氫分子量小、易泄漏擴散、易燃易爆、對材料具有氫脆等劣化作用，摻氫天然氣將對壓縮機、儲氣庫、調壓器、流量計、閥門、天然氣儲罐等關鍵設備、儀表的性能產(chǎn)生影響。摻氫會改變檢測設備的可靠性和精度，當前管道系統(tǒng)中的現(xiàn)有檢測設備，在較高摻氫比例下存在失效風險。
“天然氣管道經(jīng)過微小的改造，摻氫比10％是安全可行的?！蓖鹾榻ū硎?。
《報告》也指出，從安全性角度看，目前采用的安全防控和應急技術，基本能夠滿足摻氫比低于10％的輸送過程中的安全需求。
經(jīng)濟效益也是天然氣摻氫技術應用的一大難題。
綠氫和工業(yè)副產(chǎn)氫可作為摻氫天然氣的氫氣來源。工業(yè)副產(chǎn)氫伴生于工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)主要產(chǎn)品的過程?！秷蟾妗凤@示，副產(chǎn)氫的典型價格為0.6元/Nm3，波動范圍為0.45-0.9元/Nm3。
綠氫是可再生能源電解水制氫。目前綠氫的典型價格為2.36元/Nm3，波動范圍為1.14-3.58元/Nm3。
天然氣購氣典型價格為2.52元/Nm3，波動范圍為2-2.8元/Nm3；售氣典型價格為3.06元/Nm3，波動范圍為2.5-5元/Nm3。
由此可見，當前條件下工業(yè)副產(chǎn)氫具備經(jīng)濟可行性，綠氫因為價格較高，尚不具備經(jīng)濟可行性。
《報告》指出，綠氫價格下降是未來摻氫天然氣規(guī)模化發(fā)展的必然要求。樂觀情境下，2026年左右開始進入商業(yè)化導入階段，2042年進入商業(yè)化應用階段。
預計到2030年，通過摻氫將實現(xiàn)綠氫消納約150萬噸/年，約替代天然氣51億立方米/年，實現(xiàn)10-20Mt碳減排。
中國的天然氣摻氫產(chǎn)業(yè)正處于工程示范驗證階段。國內處于運行階段的示范性項目有兩個，摻氫比為10%；處于試驗階段的示范項目一個，處于施工階段的示范性項目有三個。
此外，處于設計、可研、規(guī)劃階段的示范性項目有八個，摻氫示范項目設計規(guī)?？蛇_到20.5萬噸氫氣/年。
事實上，城市燃氣企業(yè)對于氫氣并不陌生。最早使用的城市燃氣以人工煤氣為主，即含有20%-50％的氫氣。特別是香港的城燃管網(wǎng)中，氫氣比例一度高達50%，目前已安全運行近50年，在富氫燃氣生產(chǎn)、運營方面積累了經(jīng)驗。
香港中華煤氣工程總監(jiān)敖少興表示，采用最低沖擊功（CVN）要求36J以上的鋼管，系統(tǒng)運行24年后，CVN值 (0℃) 仍接近產(chǎn)品質量書上的數(shù)值，鋼管的斷裂韌性沒有受燃氣中的氫氣影響。
沖擊功是衡量材料韌性的一個指標，是材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。
《報告》表示，國內的天然氣摻氫項目缺乏系統(tǒng)性的技術成果，管道摻氫比的安全范圍仍不明晰，但人工煤氣中含有高比例氫氣能夠長期安全運行，可為天然氣摻氫的應用提供借鑒。