受俄烏戰爭影響，歐洲天然氣供應已經呈現下降的緊張趨勢。天然氣管網摻氫輸送再次受到能源界的諸多關注。
氣態氫的儲運有純氫管道輸送、天然氣管道摻氫輸送兩種方式，管道輸氫能夠實現遠距離、大規模、低能耗等儲運優點。想對比而言，純氫管道輸送面臨的安全性問題較少，但目前我國純氫管道建設剛剛起步，還未形成大規模管網形式，且礙于成本及技術問題，純氫管道輸送還需幾年準備和發展。基于此形勢，我國已開展天然氣管道摻氫輸送的示范應用項目，探索天然氣摻氫實踐。我國是世界上制氫量最大的國家，近年來我國天然氣管網基本建成，實現了天然氣干線管道的互聯互通；天然氣管網總里程約為11萬km，據估算，2025年天然氣管網總里程將達到16.3萬km，天然氣摻氫將會有更大發展。歐洲此前有項目實踐得出結論，在天然氣管網中摻氫比例控制在20%以下，可保證安全問題。目前歐洲一些國家，已經在天然氣中摻入10%左右的氫氣輸送給千家萬戶加以利用，荷蘭Ameland于2008－2011年開展了有關將風電制氫摻入當地天然氣管網的研究，其中2010年年平均氫氣摻入體積分數達到12%。
我國今年出臺的《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》中明確表明：開展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點示范。逐步構建高密度、輕量化、低成本、多元化的氫能儲運體系。此外，天津市、四川省、河北省、北京市、廣東省、內蒙古自治區等地區的氫能產業發展規劃中均有提及“天然氣摻氫”技術及示范應用。
據了解，國家電投“朝陽可再生能源摻氫示范項目”是國內天然氣摻氫技術的首次嘗試，其燃氣輪機摻氫燃燒示范項目已正式投運，填補了國內天然氣管道摻氫示范項目的空白。管道輸氫及天然氣管網摻氫技術面臨的首要難題就是“氫脆”。氫脆是在低溫下形成的，鋼制管道的氫脆是由于管道內壁受到氫氣的侵蝕，造成材料塑性和強度降低，并因此而導致的脆斷或延遲性的脆性破壞。應根據不同的氫脆機理，制定相應的防護方法。CGA－5.6－2005《HydrogenPipelineSystem》研究表明，當天然氣摻氫體積比≤10%時，可使用不高于X52鋼級的管道直接運輸，鋼級高于X52的天然氣管道需要進行氫脆試驗。天然氣與氫氣在能量密度、爆炸極限、擴散系數等特性方面又有明顯差別，使得天然氣摻氫輸送對管材的適應性有特定要求，也會對壓縮機、調壓器、儲氣庫、儲罐、閥門等關鍵設備性能產生潛在影響。已有研究表明，利用天然氣管網輸送低摻氫比天然氣，原有管網的適應性較好；輸送高摻氫比天然氣，則需要更新（或改造）原有管材及設備，升級安全防控與應急技術體系。基于此，摻氫比例至關重要。目前各國關于摻氫比例的問題尚且沒有明確標準，我國也沒有明確表示具體應用場景下的摻氫比例。我國已發布的氫能相關國家標準有90余項，但涉及天然氣摻氫技術的僅有《車用壓縮氫氣天然氣混合燃氣》（GB/T 34537—2017）1項。縱觀我國氫能產業發展歷史，天然氣管網摻氫從技術突破到項目的示范應用，再到千家萬戶的普及和發展，還有很長一段路要走。標準的制訂以及體系的建立也離不開產業上下游的合力支持。天然氣摻氫技術注定面臨諸多挑戰，但面對清潔能源將成為未來能源主力的趨勢，天然氣管網摻氫都是幫助商業、民用及交通領域解決諸多問題的最佳解決方案之一。
2022-07-28
氫能觀察張贏416380
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