界面新聞實(shí)習(xí)記者 | 蔣習(xí)

“天然氣摻氫技術(shù)具備大規(guī)模推廣應(yīng)用的可行性。”

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(bào)告》）成果發(fā)布會在北京舉行。會上，北京市煤氣熱力工程設(shè)計(jì)院有限公司道石研究院總工程師王洪建披露了相關(guān)研究成果。

該會議由中國城市燃?xì)鈪f(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(tuán)中央研究院、國家管網(wǎng)集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院分公司等單位協(xié)辦，北京市煤氣熱力工程設(shè)計(jì)院有限公司、中國石油大學(xué)承辦。

此次發(fā)布的《報(bào)告》是在國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2022年科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，由中國城市燃?xì)鈪f(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(shí)現(xiàn)氫能的利用。

氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，氫能應(yīng)用也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)、建筑、電力、交通等領(lǐng)域深度脫碳的重要途徑。

中國國際經(jīng)濟(jì)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)模化、效益化發(fā)展的基礎(chǔ)條件，新興能源體系的構(gòu)建少不了氫能，必須要納入氫能。

“天然氣管道摻氫是一項(xiàng)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(jié)構(gòu)，是天然氣時代走向氫能時代的序曲，意義重大、影響深遠(yuǎn)?！眹夜芫W(wǎng)集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院分公司氫能技術(shù)專家彭世垚也在會上表示。

《報(bào)告》指出，天然氣摻氫技術(shù)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(qiáng)度以及保障燃?xì)夤?yīng)安全的有效途徑。

在中國西北部，風(fēng)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(fēng)、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(yùn)輸至東部消費(fèi)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?bào)告》顯示，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(shí)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(guān)鍵問題，即安全性。因?yàn)闅錃饩哂袛U(kuò)散速度快、燃爆極限范圍寬、點(diǎn)火能量低、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓忍匦?。氫氣的添加使得燃?xì)庑孤┍L(fēng)險增大。

《報(bào)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(kuò)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(jī)、儲氣庫、調(diào)壓器、流量計(jì)、閥門、天然氣儲罐等關(guān)鍵設(shè)備、儀表的性能產(chǎn)生影響。摻氫會改變檢測設(shè)備的可靠性和精度，當(dāng)前管道系統(tǒng)中的現(xiàn)有檢測設(shè)備，在較高摻氫比例下存在失效風(fēng)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(bào)告》也指出，從安全性角度看，目前采用的安全防控和應(yīng)急技術(shù)，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(jì)效益也是天然氣摻氫技術(shù)應(yīng)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?bào)告》顯示，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(dāng)前條件下工業(yè)副產(chǎn)氫具備經(jīng)濟(jì)可行性，綠氫因?yàn)閮r格較高，尚不具備經(jīng)濟(jì)可行性。

《報(bào)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(jìn)入商業(yè)化導(dǎo)入階段，2042年進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。

預(yù)計(jì)到2030年，通過摻氫將實(shí)現(xiàn)綠氫消納約150萬噸/年，約替代天然氣51億立方米/年，實(shí)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(yàn)證階段。國內(nèi)處于運(yùn)行階段的示范性項(xiàng)目有兩個，摻氫比為10%；處于試驗(yàn)階段的示范項(xiàng)目一個，處于施工階段的示范性項(xiàng)目有三個。

此外，處于設(shè)計(jì)、可研、規(guī)劃階段的示范性項(xiàng)目有八個，摻氫示范項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)?？蛇_(dá)到20.5萬噸氫氣/年。

事實(shí)上，城市燃?xì)馄髽I(yè)對于氫氣并不陌生。最早使用的城市燃?xì)庖匀斯っ簹鉃橹?，即含?0%-50％的氫氣。特別是香港的城燃管網(wǎng)中，氫氣比例一度高達(dá)50%，目前已安全運(yùn)行近50年，在富氫燃?xì)馍a(chǎn)、運(yùn)營方面積累了經(jīng)驗(yàn)。

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(yùn)行24年后，CVN值 (0℃) 仍接近產(chǎn)品質(zhì)量書上的數(shù)值，鋼管的斷裂韌性沒有受燃?xì)庵械臍錃庥绊憽?/span>

沖擊功是衡量材料韌性的一個指標(biāo)，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(bào)告》表示，國內(nèi)的天然氣摻氫項(xiàng)目缺乏系統(tǒng)性的技術(shù)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(yùn)行，可為天然氣摻氫的應(yīng)用提供借鑒。