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綜合信息

天然氣摻氫技術距商用還有多遠?

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2020-9-30     瀏覽次數(shù):    

近日,河北省首個天然氣摻氫示范項目在張家口市啟動,項目氫源來自鴻華清潔能源有限公司張家口制氫廠,預計每年可生產(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氣管網(wǎng)摻混,應用于民用灶具及混氫天然氣(HCNG)汽車。

近年來,在一系列政策推動下,我國氫能產(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”問題。在業(yè)內(nèi)人士看來,天然氣摻氫技術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,是目前實現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長距離輸送的有效方式。

“綠氫”應用的一種好方式

據(jù)了解,目前常用的氫氣輸送方式主要包括高壓氫瓶長管拖車輸送、液氫槽罐車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,難以滿足大規(guī)模、長距離高效輸送要求。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)進行輸送,是實現(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目由國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目負責人具體實施,項目預計每年可向張家口市區(qū)輸送氫氣440萬立方米,使天然氣用量每年減少158萬立方米,碳排放每年減少3200噸。

除了上述項目外,位于遼寧省朝陽市的國內(nèi)首個電解制氫摻入天然氣項目“朝陽可再生能源摻氫示范項目第一階段工程”已于去年底圓滿完工。該項目利用燕山湖發(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)壓縮瓶儲后通過集裝箱式貨車運至摻氫地點,同時,在廠外建設天然氣摻氫設施,實現(xiàn)天然氣摻氫示范,項目一期摻氫比例為5%,僅為一個用戶供氣。

“天然氣摻氫是‘綠氫’應用的一種很好的解決方式,我國風電、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)展存在一個波動性問題,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地區(qū)運輸?shù)较M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),應該是一個很好的輸送方式,規(guī)模也會比較大。”中國可再生能源學會氫能專業(yè)委員會主任委員蔣利軍告訴記者。

安全問題亟待解決

雖然應用前景廣闊,但在多位受訪者看來,將一定比例的氫氣摻入天然氣管道中輸送,會帶來新的技術問題和安全問題。

與天然氣主要成分甲烷相比,氫氣具有密度小、最小點火能量低、爆炸區(qū)間范圍寬、火焰溫度高、擴散系數(shù)大等特點。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)和用戶環(huán)節(jié),與常規(guī)天然氣管道輸送相比,在這三個環(huán)節(jié)中,由于氫氣的摻入,引入了新的若干技術問題。比如,摻氫對天然氣終端用戶有何影響,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險性、安全性和可靠性如何變化,相關標準和規(guī)范應如何制定等,這些都需要在不同摻氫比條件下重新評估和判斷?!北本┦突W院李敬法博士說。

據(jù)介紹,一定濃度的氫氣進入管道后,局部氫濃度飽和時會引起材料塑性下降、誘發(fā)裂紋或產(chǎn)生滯后斷裂,發(fā)生氫脆;此外,氫還可能與管線鋼中的碳反應生成甲烷,造成鋼脫碳和產(chǎn)生微裂紋,導致鋼的力學性能不可逆的劣化,發(fā)生氫腐蝕,對管道運行帶來較大安全隱患。

此外,用戶端也存在較大不確定性?!坝捎谔烊粴鈸綒浜髸嫦蚋鞣N不同的用戶,包括家庭、工業(yè)等用戶,家用灶具及其他設備具體能夠承受多大比例的氫氣,國內(nèi)這方面的研究還不是太多,歐盟經(jīng)驗顯示,5%、10%的比例普遍認為是沒問題的,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。

標準規(guī)范要跟上

國外對氫氣摻混入天然氣管網(wǎng)使用研究進行了三十多年,目前在歐洲,HyReady和HIPS-Net等技術委員會和行業(yè)組織正在研究摻氫的標準。而我國相關的研究起步較晚,示范項目少,相關研究結(jié)論相對較少。

對此,李敬法表示:“我國摻氫天然氣管道輸送研究和示范相比較為緩慢,目前尚無相關技術標準和規(guī)范,現(xiàn)有摻氫天然氣管道輸送項目基本參照常規(guī)天然氣管道進行建設和管理。未來亟需開展國內(nèi)摻氫天然氣管道輸送及配套工藝的技術標準和規(guī)范研究,為摻氫天然氣管道安全可靠運行提供技術標準指導?!?/span>

國家發(fā)改委2019年印發(fā)的《綠色產(chǎn)業(yè)指導目錄(2019年版)》,將“氫摻入天然氣管道等設施的建設和運營”列入其中,并在投資、價格、金融、稅收等方面給予政策支持。

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

“朝陽可再生能源摻氫示范一期項目有了摻氫5%的數(shù)據(jù),目前正準備開展二期,但總的來說,其氫氣量還很小,此次河北張家口的天然氣管道摻氫項目,規(guī)模相對大一些,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)問題,最后建立標準,對今后我國大規(guī)模推廣天然氣摻氫技術是很好的方式?!笔Y利軍說。

來源:中國能源報

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