近日，河北省首個(gè)天然氣摻氫示范項(xiàng)目在張家口市啟動(dòng)，項(xiàng)目氫源來(lái)自鴻華清潔能源有限公司張家口制氫廠，預(yù)計(jì)每年可生產(chǎn)氫氣約1000噸，經(jīng)純化后分三路向外輸送，其中一路將與張家口市政燃?xì)夤芫W(wǎng)摻混，應(yīng)用于民用灶具及混氫天然氣（HCNG）汽車(chē)。

近年來(lái)，在一系列政策推動(dòng)下，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，多家大型企業(yè)將氫能作為能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的重要方向并紛紛布局，但如何實(shí)現(xiàn)氫氣大規(guī)模輸送，一直是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”問(wèn)題。在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，天然氣摻氫技術(shù)可以利用已有的天然氣管道輸送，相比其他方式成本低、效率高，是目前實(shí)現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長(zhǎng)距離輸送的有效方式。

“綠氫”應(yīng)用的一種好方式

據(jù)了解，目前常用的氫氣輸送方式主要包括高壓氫瓶長(zhǎng)管拖車(chē)輸送、液氫槽罐車(chē)輸送和液氫駁船輸送等，但這些輸送方式的成本較高、效率較低，難以滿(mǎn)足大規(guī)模、長(zhǎng)距離高效輸送要求。而將一定比例的氫氣摻入天然氣中形成摻氫天然氣，利用天然氣管道或管網(wǎng)進(jìn)行輸送，是實(shí)現(xiàn)氫氣大規(guī)模輸送的有效方式。氫氣摻入天然氣管道中可以替代一部分天然氣用量，有效降低燃燒污染物排放，改善大氣環(huán)境。

此次河北省天然氣摻氫示范項(xiàng)目由國(guó)家電投中央研究院參與，張家口鴻華清潔能源科技有限公司作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人具體實(shí)施，項(xiàng)目預(yù)計(jì)每年可向張家口市區(qū)輸送氫氣440萬(wàn)立方米，使天然氣用量每年減少158萬(wàn)立方米，碳排放每年減少3200噸。

除了上述項(xiàng)目外，位于遼寧省朝陽(yáng)市的國(guó)內(nèi)首個(gè)電解制氫摻入天然氣項(xiàng)目“朝陽(yáng)可再生能源摻氫示范項(xiàng)目第一階段工程”已于去年底圓滿(mǎn)完工。該項(xiàng)目利用燕山湖發(fā)電公司現(xiàn)有10Nm3/h堿液電解制氫站新建氫氣充裝系統(tǒng)，氫氣經(jīng)壓縮瓶?jī)?chǔ)后通過(guò)集裝箱式貨車(chē)運(yùn)至摻氫地點(diǎn)，同時(shí)，在廠外建設(shè)天然氣摻氫設(shè)施，實(shí)現(xiàn)天然氣摻氫示范，項(xiàng)目一期摻氫比例為5%，僅為一個(gè)用戶(hù)供氣。

“天然氣摻氫是‘綠氫’應(yīng)用的一種很好的解決方式，我國(guó)風(fēng)電、光伏等可再生能源多分布在‘三北’地區(qū)，但可再生能源高比例發(fā)展存在一個(gè)波動(dòng)性問(wèn)題，若要更加穩(wěn)定安全，電解水制氫是一種方法，但如何將制取的大量氫氣從偏遠(yuǎn)地區(qū)運(yùn)輸?shù)较M(fèi)地？很巧的是，我們有大量天然氣管網(wǎng)覆蓋‘三北’地區(qū)，如果能將氫氣直接注入天然氣管網(wǎng)，應(yīng)該是一個(gè)很好的輸送方式，規(guī)模也會(huì)比較大。”中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)氫能專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主任委員蔣利軍告訴記者。

安全問(wèn)題亟待解決

雖然應(yīng)用前景廣闊，但在多位受訪(fǎng)者看來(lái)，將一定比例的氫氣摻入天然氣管道中輸送，會(huì)帶來(lái)新的技術(shù)問(wèn)題和安全問(wèn)題。

與天然氣主要成分甲烷相比，氫氣具有密度小、最小點(diǎn)火能量低、爆炸區(qū)間范圍寬、火焰溫度高、擴(kuò)散系數(shù)大等特點(diǎn)。因此，摻氫天然氣和常規(guī)未摻氫天然氣在物性、燃爆特性等基本性質(zhì)上存在一定差異。

“摻氫天然氣管道輸送主要涉及摻氫環(huán)節(jié)、輸送環(huán)節(jié)和用戶(hù)環(huán)節(jié)，與常規(guī)天然氣管道輸送相比，在這三個(gè)環(huán)節(jié)中，由于氫氣的摻入，引入了新的若干技術(shù)問(wèn)題。比如，摻氫對(duì)天然氣終端用戶(hù)有何影響，摻氫天然氣與管材的相容性如何變化，摻氫天然氣泄漏、積聚、燃燒、爆炸等事故特征和演化規(guī)律與不摻氫天然氣有何區(qū)別，摻氫天然氣管道輸送的風(fēng)險(xiǎn)性、安全性和可靠性如何變化，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范應(yīng)如何制定等，這些都需要在不同摻氫比條件下重新評(píng)估和判斷。”北京石油化工學(xué)院李敬法博士說(shuō)。

據(jù)介紹，一定濃度的氫氣進(jìn)入管道后，局部氫濃度飽和時(shí)會(huì)引起材料塑性下降、誘發(fā)裂紋或產(chǎn)生滯后斷裂，發(fā)生氫脆；此外，氫還可能與管線(xiàn)鋼中的碳反應(yīng)生成甲烷，造成鋼脫碳和產(chǎn)生微裂紋，導(dǎo)致鋼的力學(xué)性能不可逆的劣化，發(fā)生氫腐蝕，對(duì)管道運(yùn)行帶來(lái)較大安全隱患。

此外，用戶(hù)端也存在較大不確定性?！坝捎谔烊粴鈸綒浜髸?huì)面向各種不同的用戶(hù)，包括家庭、工業(yè)等用戶(hù)，家用灶具及其他設(shè)備具體能夠承受多大比例的氫氣，國(guó)內(nèi)這方面的研究還不是太多，歐盟經(jīng)驗(yàn)顯示，5%、10%的比例普遍認(rèn)為是沒(méi)問(wèn)題的，他們的灶具甚至可以承受23%的摻氫比例，我們還需要更多的數(shù)據(jù)積累。”蔣利軍說(shuō)。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要跟上

國(guó)外對(duì)氫氣摻混入天然氣管網(wǎng)使用研究進(jìn)行了三十多年，目前在歐洲，HyReady和HIPS-Net等技術(shù)委員會(huì)和行業(yè)組織正在研究摻氫的標(biāo)準(zhǔn)。而我國(guó)相關(guān)的研究起步較晚，示范項(xiàng)目少，相關(guān)研究結(jié)論相對(duì)較少。

對(duì)此，李敬法表示：“我國(guó)摻氫天然氣管道輸送研究和示范相比較為緩慢，目前尚無(wú)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，現(xiàn)有摻氫天然氣管道輸送項(xiàng)目基本參照常規(guī)天然氣管道進(jìn)行建設(shè)和管理。未來(lái)亟需開(kāi)展國(guó)內(nèi)摻氫天然氣管道輸送及配套工藝的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范研究，為摻氫天然氣管道安全可靠運(yùn)行提供技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)?！?/span>

國(guó)家發(fā)改委2019年印發(fā)的《綠色產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄（2019年版）》，將“氫摻入天然氣管道等設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)”列入其中，并在投資、價(jià)格、金融、稅收等方面給予政策支持。

朝陽(yáng)可再生能源摻氫示范項(xiàng)目第一階段工程是國(guó)內(nèi)首個(gè)電解制氫摻入天然氣的項(xiàng)目，該項(xiàng)目在一定程度上驗(yàn)證了電力制氫和氫氣流量隨動(dòng)定比摻混、天然氣管材與氫氣相容性、摻氫天然氣多元化應(yīng)用等技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性。

“朝陽(yáng)可再生能源摻氫示范一期項(xiàng)目有了摻氫5%的數(shù)據(jù)，目前正準(zhǔn)備開(kāi)展二期，但總的來(lái)說(shuō)，其氫氣量還很小，此次河北張家口的天然氣管道摻氫項(xiàng)目，規(guī)模相對(duì)大一些，希望能有更多的示范。這樣先小規(guī)模示范，積累數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，最后建立標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)今后我國(guó)大規(guī)模推廣天然氣摻氫技術(shù)是很好的方式?！笔Y利軍說(shuō)。

來(lái)源：中國(guó)能源報(bào)