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