論壇丨天然氣摻氫：大規(guī)模開發(fā)綠氫的前奏
來源：能源評論 時(shí)間：2023-07-20 16:21
在管道輸氫領(lǐng)域，國內(nèi)石油企業(yè)間的競賽已經(jīng)開始。
4月16日，中國石油對外發(fā)布消息稱，利用現(xiàn)有天然氣管道摻氫的比例已逐步達(dá)到24%。4月10日，中國石化稱，擬建起于內(nèi)蒙古烏蘭察布市、終點(diǎn)為北京燕山石化的“西氫東送”輸氫管道示范工程?！?/span>
面對能源低碳轉(zhuǎn)型的趨勢，天然氣摻氫是氫能發(fā)展的重要方向，也是助力我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效途徑之一。
“氫進(jìn)萬家”
利用天然氣管網(wǎng)將摻氫天然氣輸送到下游用戶之后，終端利用的主要方式有兩種：一是直接利用摻氫天然氣，用于居民和商業(yè)用戶（燃?xì)庠?、壁掛爐等）、工業(yè)用戶（內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、工業(yè)鍋爐等），是實(shí)現(xiàn)“氫進(jìn)萬家”的重要途徑；二是間接利用摻氫天然氣，可在適合的條件下（摻氫比例≥15%），將摻氫天然氣中的氫氣進(jìn)行提純，應(yīng)用于交通用能、分布式發(fā)電等領(lǐng)域，與純氫利用路線相融合，實(shí)現(xiàn)摻氫/純氫利用協(xié)同發(fā)展。
天然氣摻氫具備大規(guī)模推廣應(yīng)用的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性。全球多國積極開展天然氣摻氫技術(shù)的研究與示范，目前正處于商業(yè)化導(dǎo)入階段。截至2020年，全球共有40多個(gè)示范工程。應(yīng)用場景主要是將摻氫天然氣輸送到城市燃?xì)夤芫W(wǎng)或區(qū)域管網(wǎng)，作為工商業(yè)和居民用戶終端設(shè)備的燃料，其次是供應(yīng)壓縮氫氣天然氣混合燃?xì)猓?/span>HCNG）汽車和供暖管網(wǎng)使用。目前各國應(yīng)用的天然氣摻氫比例一般為5%~30%。以不顯著改變管道和終端燃燒設(shè)備為前提，20%是多數(shù)國家天然氣管網(wǎng)能接受的最高摻氫比。德國、英國、澳大利亞等國已將天然氣摻氫列入能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，并把利用現(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)進(jìn)行100%氫氣的輸送作為未來的發(fā)展目標(biāo)?！?/span>
我國天然氣摻氫產(chǎn)業(yè)起步較晚，但是發(fā)展較快，目前正處于工程示范驗(yàn)證階段?！稓淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》提出要統(tǒng)籌推進(jìn)氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，開展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點(diǎn)示范，逐步構(gòu)建高密度、輕量化、低成本、多元化的氫能儲運(yùn)體系?！?/span>“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》提出開展天然氣管道摻氫示范應(yīng)用。2021年，山東省濰坊市明確了摻氫天然氣的發(fā)展定位和示范項(xiàng)目建設(shè)補(bǔ)貼（按摻混站設(shè)備投資額的30%進(jìn)行補(bǔ)貼，單個(gè)摻混站補(bǔ)貼≤200萬元），以推進(jìn)摻氫應(yīng)用的規(guī)模化及生產(chǎn)體系建設(shè)。
目前，國內(nèi)處于運(yùn)行階段的示范性項(xiàng)目有2個(gè)，摻氫比為10%；處于試驗(yàn)階段的示范項(xiàng)目有1個(gè)；處于施工階段的示范性項(xiàng)目有3個(gè)；處于設(shè)計(jì)、可研、規(guī)劃階段的示范性項(xiàng)目有8個(gè)，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，氫氣對于城市燃?xì)馄髽I(yè)來說并不陌生，在人工煤氣中含有20%~50%的氫氣，特別是香港的城燃管網(wǎng)中氫氣比例高達(dá)50%，且已安全運(yùn)行近50年，在富氫燃?xì)馍a(chǎn)、運(yùn)營方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)?？傮w而言，國內(nèi)的天然氣摻氫項(xiàng)目較少，基本處于示范驗(yàn)證階段，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。
具有五方面益處
天然氣摻氫技術(shù)既能實(shí)現(xiàn)氫能的大規(guī)模儲存，又能高效低成本地輸送氫氣，實(shí)現(xiàn)“氫進(jìn)萬家”，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。發(fā)展天然氣摻氫技術(shù)的前景和意義主要體現(xiàn)在能源儲存、能源輸運(yùn)、能源消費(fèi)、能源安全、能源科技等五方面。
其一，能夠大規(guī)模利用可再生能源制取的綠氫，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模氫儲能，有效解決大規(guī)?？稍偕茉聪{問題。由可再生能源制取的“綠氫”，被認(rèn)為是氫能發(fā)展的未來方向和終極路線。以我國目前的天然氣消費(fèi)量計(jì)算，通過天然氣摻氫比例為10%（體積比）時(shí)，具備300多萬噸/年的氫氣消納能力，消納1700多億千瓦時(shí)綠電。預(yù)計(jì)2030年通過天然氣管道摻氫可具備消納綠氫150萬噸的能力，可利用綠電834億千瓦時(shí)?！?/span>
其二，可實(shí)現(xiàn)氫能長距離、低成本、大規(guī)模輸運(yùn)，有助于突破運(yùn)輸瓶頸，推動氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展。我國天然氣管道基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)已基本形成，現(xiàn)有的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施及管網(wǎng)是一個(gè)巨大的輸送系統(tǒng)。天然氣管道摻氫輸送終端提氫的有效經(jīng)濟(jì)距離大于200 千米，輸送成本為0.3~0.8元/（千克·百千米），大幅低于長管拖車和液氫罐車?！?/span>
其三，有助于實(shí)現(xiàn)工業(yè)、建筑等領(lǐng)域的深度脫碳，實(shí)現(xiàn)“氫進(jìn)萬家”，成為各國碳減排的戰(zhàn)略性選擇。在摻氫比例為10%和20%的情況下，可實(shí)現(xiàn)天然氣碳減排3.5%和7.6%（等熱值計(jì)量）。我國已將天然氣摻氫技術(shù)納入《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》。利用天然氣摻氫技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)我國終端利用的碳減排，預(yù)計(jì)到2030年，天然氣摻氫技術(shù)的碳減排潛力可達(dá)到10百萬~20百萬噸/年?！?/span>
其四，有助于緩解天然氣供應(yīng)壓力。當(dāng)前我國天然氣對外依存度接近50%，到2040年前，我國對天然氣的需求仍處于增長階段。用摻氫天然氣作為燃料可緩解天然氣的供應(yīng)壓力，預(yù)計(jì)2030年通過摻氫可替代天然氣約51億立方米/年?！?/span>
其五，能夠帶動氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的科技創(chuàng)新，提升國家能源領(lǐng)域高端裝備制造技術(shù)水平，推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型。預(yù)計(jì)到2030年，天然氣管網(wǎng)摻氫比例最高可達(dá)30%，每年約150萬噸綠氫摻入管網(wǎng)，全產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值將達(dá)到500億元?！?/span>
需系統(tǒng)解決輸送及利用難題
由于氫氣與天然氣存在密度、熱值、擴(kuò)散特性、燃燒特性等方面的物性差異，天然氣管道摻氫會帶來三方面的挑戰(zhàn)：在管網(wǎng)方面存在材料相容性、管道完整性等風(fēng)險(xiǎn)；在終端燃燒器方面存在燃料互換性、安全性等影響；在頂層設(shè)計(jì)方面缺乏相關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃及標(biāo)準(zhǔn)體系。發(fā)展天然氣管道摻氫輸送及終端利用涉及政府、天然氣中下游企業(yè)、氫能中上游企業(yè)、科研院所與設(shè)計(jì)院、關(guān)鍵設(shè)備制造企業(yè)等多個(gè)主體。為系統(tǒng)性解決天然氣管道摻氫輸送及終端利用相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，提出以下六點(diǎn)建議：
制定氫氣管道輸送（摻氫/純氫）專項(xiàng)規(guī)劃，制定適合國情的天然氣摻氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施路線圖，統(tǒng)籌推進(jìn)天然氣摻氫規(guī)?；瘧?yīng)用。
建立健全符合我國國情的天然氣摻氫產(chǎn)業(yè)安全監(jiān)管、技術(shù)與運(yùn)營管理標(biāo)準(zhǔn)體系，保障天然氣摻氫產(chǎn)業(yè)健康安全有序發(fā)展。在現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)監(jiān)管框架的基礎(chǔ)上，完善天然氣摻氫工程建設(shè)的監(jiān)管審批流程。在加強(qiáng)核查燃?xì)夤芫W(wǎng)安全狀況及保障氣體品質(zhì)滿足應(yīng)用范圍的前提下，開放管網(wǎng)資源，為摻氫提供便利。
加大對天然氣摻氫全產(chǎn)業(yè)鏈的補(bǔ)貼政策及金融支持。加快制定產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)項(xiàng)目基準(zhǔn)收益等投資論證的科學(xué)決策依據(jù)，堅(jiān)持市場主導(dǎo)與政策驅(qū)動并行，逐步建立科學(xué)合理的產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼政策與退坡機(jī)制。
加強(qiáng)“政產(chǎn)學(xué)研用”機(jī)構(gòu)合作，集中優(yōu)勢力量攻關(guān)，促進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，建立有效的共享平臺與合作機(jī)制。成立行業(yè)氫能專委會，引導(dǎo)行業(yè)培育健康可持續(xù)的天然氣摻氫產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，促進(jìn)多方參與，攜手開辟天然氣摻氫發(fā)展的新局面；動員油氣企業(yè)和燃?xì)馄髽I(yè)加大投入，組建天然氣摻氫產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟。
構(gòu)建天然氣摻氫適應(yīng)性評估方法及數(shù)據(jù)庫平臺，積極推進(jìn)天然氣摻氫的應(yīng)用示范，實(shí)現(xiàn)“氫進(jìn)萬家”。完善長輸管網(wǎng)、城鎮(zhèn)管網(wǎng)和點(diǎn)供用戶等不同場景下的氫源、管網(wǎng)設(shè)備和終端用戶的適應(yīng)性評估，形成開展天然氣摻氫示范工程建設(shè)的評估流程，持續(xù)收集基礎(chǔ)研究和示范工程測試數(shù)據(jù)，促進(jìn)形成行業(yè)共識，指導(dǎo)新建項(xiàng)目建設(shè)。
成立天然氣摻氫國家級工程技術(shù)研究中心，加強(qiáng)天然氣摻氫關(guān)鍵技術(shù)研究。建立天然氣摻氫綜合試驗(yàn)平臺，深化基礎(chǔ)與應(yīng)用研究，開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才，鼓勵高等學(xué)校加快氫能、天然氣、綜合能源等學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)，推動開展天然氣摻氫領(lǐng)域國際科研合作和技術(shù)交流。（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）
責(zé)任編輯：楊娜
