當前，我國天然氣管道摻氫輸送相關技術研究如火如荼。前不久，中國石油在寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道示范項目上實現最高摻氫比例24%的新突破，并安全平穩運行100天。近日，由國家石油天然氣管網集團有限公司科學技術研究總院主編的《天然氣長輸管道摻氫輸送適應性評價技術指南》（以下簡稱《指南》）正式啟動，標志著我國天然氣長輸管道摻氫輸送領域第一個團體標準即將出爐。
利用在役天然氣管道進行摻氫輸送，被業內認為是未來實現氫能大規模輸送、解決氫能供需錯配的重要方向之一。不過，與純氫不同，摻混氫氣的天然氣具有不同的物理化學特性。那么，在終端利用環節，摻氫天然氣有哪些應用場景？又有哪些問題需要解決？
具備產業基礎
據《中國能源報》記者了解，《指南》規定了天然氣長輸管道摻氫輸送時進行管道適應性評價所遵循的技術要點，包括適應性評價的層次、流程、要素和方法，適用于在役天然氣長輸管道進行摻氫輸送的適應性評價，新建管道可參考執行。
在近日舉辦的世界氫能技術大會氫能安全技術論壇上，中國石油天然氣管道工程有限公司副總經理李國輝指出：“要解決我國氫能資源市場錯配問題，未來中長距離的儲運需求非常大，需要用純氫或者摻氫管道解決制氫和用氫最后一公里的問題。預測到2050年，氫能規模達到7000萬噸，一半以上需要管道輸送。”
中國城市燃氣協會日前發布的《天然氣管道摻氫輸送及終端利用可行性研究報告》（以下簡稱稱《報告》）預測，“十四五”時期，新增天然氣管道摻氫示范項目15-25個，摻氫比例3%-20%，氫氣消納量15萬噸/年，總長度1000公里以上。其中新增長輸天然氣管道摻氫示范項目2-5個，摻氫比例3%，氫氣消納量10萬噸/年，總長度800公里以上。新增城鎮燃氣摻氫示范項目10-20個，摻氫比例3%-20%，氫氣消納量5萬噸/年，總長度200公里以上。
在中國城市燃氣協會理事長劉賀明看來，我國具備較好的發展天然氣管道摻氫輸送技術的產業基礎。“目前我國城鎮天然氣管道為113.5萬公里，用氣人口為5.3億人。未來15-20年，我國天然氣將得到進一步發展，天然氣管網基礎設施建設，將為氫能運輸和儲存提供更大可能性與空間。”
已有項目實踐
摻氫天然氣終端應用目前已有多個項目研究實踐。2021年，國內首個“綠氫”摻入天然氣示范項目在民用終端應用驗證方面取得新進展。國家電投集團燕山湖發電有限公司聯合國家電投集團科學技術研究院，在遼寧朝陽天然氣摻氫示范現場組織召開天然氣摻氫輸送應用成果見證會，多家能源和燃氣企業代表共同見證了摻氫天然氣在民用燃氣具上的成功點火，為后續推動天然氣摻氫管道輸送技術普及奠定了重要基礎。
去年，國家電力投資集團所屬北京重型燃氣輪機技術研究有限公司、國家電投湖北分公司在荊門綠動能源有限公司成功實現SGT-800燃機30%摻氫燃燒改造。這是中國首次在重型燃機商業機組上成功實施高比例摻氫燃燒改造試驗，改造后的機組具備0%-30%摻氫運行條件下自由切換的靈活性。經測算，在混燒30%氫氣的情況下，每年可減少超過1.8萬噸二氧化碳排放。
“目前摻氫天然氣直接燃燒的應用場景可分為民用和工業用，其中民用主要針對家用燃燒器具，例如燃氣灶具、燃氣熱水器等；工業主要用于工廠內大型鍋爐燃燒和發電廠內大型燃氣輪機燃燒。”北京石油化工學院氫能研究中心副研究員李敬法對《中國能源報》記者表示，“摻氫天然氣直接燃燒利用首先可以降低碳排放，其次是直接燃燒利用簡單方便，在一定的摻氫比范圍內無需改造燃燒器具。”
“目前摻氫天然氣直接燃燒在民用和工業領域的應用均較少，只有小規模定點示范，主要受限于摻氫燃燒器具不成熟、缺乏相應法律法規及標準規范以及較高的氫氣成本等因素。”李敬法進一步指出，“但目前國內外正在開展針對摻氫鍋爐及摻氫燃氣輪機的研究，未來摻氫天然氣有望在工業上實現大規模應用。”
應用前景廣闊
中國城市燃氣協會的《報告》對“十四五”期間的終端應用目標做出展望：終端用戶實現民用摻氫天然氣區域性示范應用，總用戶數超過1萬戶。此外開展1-2處工業鍋爐、大型采暖鍋爐、燃氣輪機等大型設備示范應用。
在李敬法看來：“未來摻氫天然氣的主要應用方向是工業應用，主要原因是工業應用為較單一用戶，對摻氫天然氣的應用管理更容易、風險更可控，且應用規模大。不過，要實現終端的大規模應用，目前首先要研發適用于不同摻氫比例的摻氫天然氣燃燒器具、工業鍋爐、燃氣輪機等；其次是制定相應的法律法規和標準規范，使得摻氫天然氣的應用‘有法可依’；再次是加強摻氫天然氣應用的安全風險管理，保證摻氫天然氣的應用安全。”
劉賀明認為，我國天然氣摻氫產業發展雖挑戰重重，但發展前景廣闊，需以政府引導、企業主導、多方參與、利益共享為原則，加強天然氣摻氫示范項目的研究與布局，推動天然氣摻氫產業規模化發展。
《報告》建議加強“政產學研用”機構合作，促進全產業鏈協同發展，建立有效的共享平臺與合作機制；同時構建天然氣摻氫適應性評估方法及數據庫平臺，積極推進天然氣摻氫應用示范，實現“氫進萬家”；此外，要培養復合型創新人才，成立國家級工程技術研究中心，加強天然氣摻氫關鍵技術研究。
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