當前,我國天然氣管道摻氫輸送相關(guān)技術(shù)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(xiàn)最高摻氫比例24%的新突破,并安全平穩(wěn)運行100天。近日,由國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司科學技術(shù)研究總院主編的《天然氣長輸管道摻氫輸送適應(yīng)性評價技術(shù)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(lǐng)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(yè)內(nèi)認為是未來實現(xiàn)氫能大規(guī)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(huán)節(jié),摻氫天然氣有哪些應(yīng)用場景?又有哪些問題需要解決?
具備產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)
據(jù)《中國能源報》記者了解,《指南》規(guī)定了天然氣長輸管道摻氫輸送時進行管道適應(yīng)性評價所遵循的技術(shù)要點,包括適應(yīng)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(yīng)性評價,新建管道可參考執(zhí)行。
在近日舉辦的世界氫能技術(shù)大會氫能安全技術(shù)論壇上,中國石油天然氣管道工程有限公司副總經(jīng)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(yù)測到2050年,氫能規(guī)模達到7000萬噸,一半以上需要管道輸送。”
中國城市燃氣協(xié)會日前發(fā)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(yù)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(zhèn)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(xié)會理事長劉賀明看來,我國具備較好的發(fā)展天然氣管道摻氫輸送技術(shù)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。“目前我國城鎮(zhèn)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(fā)展,天然氣管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),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(yīng)用目前已有多個項目研究實踐。2021年,國內(nèi)首個“綠氫”摻入天然氣示范項目在民用終端應(yīng)用驗證方面取得新進展。國家電投集團燕山湖發(fā)電有限公司聯(lián)合國家電投集團科學技術(shù)研究院,在遼寧朝陽天然氣摻氫示范現(xiàn)場組織召開天然氣摻氫輸送應(yīng)用成果見證會,多家能源和燃氣企業(yè)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(xù)推動天然氣摻氫管道輸送技術(shù)普及奠定了重要基礎(chǔ)。
去年,國家電力投資集團所屬北京重型燃氣輪機技術(shù)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(xiàn)SGT-800燃機30%摻氫燃燒改造。這是中國首次在重型燃機商業(yè)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(jīng)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(yīng)用場景可分為民用和工業(yè)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(yè)主要用于工廠內(nèi)大型鍋爐燃燒和發(fā)電廠內(nèi)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(nèi)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(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用均較少,只有小規(guī)模定點示范,主要受限于摻氫燃燒器具不成熟、缺乏相應(yīng)法律法規(guī)及標準規(guī)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(nèi)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(yè)上實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。”
應(yīng)用前景廣闊
中國城市燃氣協(xié)會的《報告》對“十四五”期間的終端應(yīng)用目標做出展望:終端用戶實現(xiàn)民用摻氫天然氣區(qū)域性示范應(yīng)用,總用戶數(shù)超過1萬戶。此外開展1-2處工業(yè)鍋爐、大型采暖鍋爐、燃氣輪機等大型設(shè)備示范應(yīng)用。
在李敬法看來:“未來摻氫天然氣的主要應(yīng)用方向是工業(yè)應(yīng)用,主要原因是工業(yè)應(yīng)用為較單一用戶,對摻氫天然氣的應(yīng)用管理更容易、風險更可控,且應(yīng)用規(guī)模大。不過,要實現(xiàn)終端的大規(guī)模應(yīng)用,目前首先要研發(fā)適用于不同摻氫比例的摻氫天然氣燃燒器具、工業(yè)鍋爐、燃氣輪機等;其次是制定相應(yīng)的法律法規(guī)和標準規(guī)范,使得摻氫天然氣的應(yīng)用‘有法可依’;再次是加強摻氫天然氣應(yīng)用的安全風險管理,保證摻氫天然氣的應(yīng)用安全。”
劉賀明認為,我國天然氣摻氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展雖挑戰(zhàn)重重,但發(fā)展前景廣闊,需以政府引導(dǎo)、企業(yè)主導(dǎo)、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(chǎn)業(yè)規(guī)?;l(fā)展。
《報告》建議加強“政產(chǎn)學研用”機構(gòu)合作,促進全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展,建立有效的共享平臺與合作機制;同時構(gòu)建天然氣摻氫適應(yīng)性評估方法及數(shù)據(jù)庫平臺,積極推進天然氣摻氫應(yīng)用示范,實現(xiàn)“氫進萬家”;此外,要培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才,成立國家級工程技術(shù)研究中心,加強天然氣摻氫關(guān)鍵技術(shù)研究。