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天然氣摻氫混合，不但能夠拓展氫能應用場景，還可改善終端設備的燃燒性能，減少二氧化碳、氮氧化物等排放，綠色低碳特性讓其越來越受熱捧。
“推進零煤城市建設。2030年前開展天然氣摻混氫氣等低碳技術(shù)在燃氣發(fā)電和供熱中的試點。”日前印發(fā)的《崇明世界級生態(tài)島碳中和示范區(qū)建設實施方案（2022年版）》提出上述重點任務，上海崇明成為首個明確天然氣摻氫時間點的地區(qū)，引發(fā)業(yè)內(nèi)關(guān)注。

天然氣摻氫混合，不但能夠拓展氫能應用場景，還可改善終端設備的燃燒性能，減少二氧化碳、氮氧化物等排放，綠色低碳特性讓其越來越受熱捧。據(jù)中國工程院院士彭蘇萍團隊預測，若按摻氫比例10%-20%、“制儲輸用”全生命周期成本（30元/千克）計算，全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將達800億-1800億元/年。面對廣闊的市場前景，如何搶抓發(fā)展機遇？

為減碳提供新思路

在眾多氫能相關(guān)技術(shù)中，天然氣摻氫的走紅不是偶然。

“二者融合發(fā)展是實現(xiàn)深度脫碳的重要選擇。”在近日舉行的第十八屆中國分布式能源國際論壇上，中國石油集團發(fā)展計劃部副總經(jīng)濟師朱興珊表示，把氫摻入天然氣，相當于增加了供應量，在緩解后者供應壓力的同時，帶動碳排放強度大大下降。當前氫能儲運仍是“卡脖子”環(huán)節(jié)，摻混有利于氫的低成本儲運和規(guī)模化利用。“天然氣和氫能在運、輸、用等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，本就具有相似特點，可在發(fā)電、建筑工業(yè)等應用場景中找到大量融合機會。”

北京市燃氣熱力工程設計院道石研究院總工程師王洪建進一步給出印證：以摻氫比例10%-20%計算，等熱值碳減排量在3.5%-7.6%；充分利用已有燃氣管網(wǎng)基礎設施，大規(guī)模、長距離輸氫成本每百公里為0.3-0.8元/千克。“國際上從2000年開始相關(guān)研究，全球共有40多個示范項目，每年約2900噸氫氣摻入天然氣管網(wǎng)，摻氫比例最高達20%。在我國，隨著氫能中長期規(guī)劃明確提出，開展摻氫天然氣管道等試點示范，研究工作和論證示范加速展開。”

除了區(qū)域?qū)用?，部分企業(yè)也先行先試。記者從國家電投獲悉，該集團所屬荊門綠動能源有限公司在運燃機，于2022年9月底成功實現(xiàn)30%摻氫燃燒改造和運行。這是我國首次在重型燃機商業(yè)機組上實施高比例摻氫燃燒改造試驗和科研攻關(guān)，也是全球范圍內(nèi)首個在天然氣聯(lián)合循環(huán)、熱電聯(lián)供商業(yè)機組中進行高比例摻氫燃燒的示范項目。僅荊門一臺54兆瓦燃機，在摻氫30%的情況下，每年即可減少二氧化碳排放1.8萬噸以上。

產(chǎn)業(yè)尚處起步階段

價值備受公認，但想真正將天然氣摻氫用起來，目前還有較長的路要走。廈門大學中國能源政策研究院教授張博坦言，部分省份雖已發(fā)布地方規(guī)劃，將其作為氫能儲運及終端應用的突破口，但國家層面尚未出臺發(fā)展規(guī)劃，產(chǎn)業(yè)整體尚處于起步階段。

“這是一個復雜的系統(tǒng)工程，既要考慮技術(shù)可行性，還受安全性、經(jīng)濟性制約。在大規(guī)模推廣應用之前，一些關(guān)鍵問題必須解決。”張博表示，以安全為例，相較天然氣主要成分甲烷，氫的爆炸極限范圍更大，更易發(fā)生泄漏自燃，摻混后爆炸等風險相應擴大，對天然氣長輸管道、城市燃氣管網(wǎng)及終端用能設備，均提出了更高要求。研究摻氫天然氣泄漏擴散規(guī)律及安全風險管控，是需要重點關(guān)注的問題。

朱興珊也稱，現(xiàn)階段成熟項目不多，加上缺乏規(guī)劃和標準體系，帶來安全隱患不明晰等問題。“比如，在役管道對不同摻氫比例的適應性、如何提高儲運和終端設備的摻氫比例，研究得還不夠、不深。沒有經(jīng)過大量研究和實驗，管道運營商往往不敢做。根據(jù)不同摻氫比例，終端用能設備在設計、制造、運行、維護、檢測等方面，標準規(guī)范也是缺乏的。”

此外，還有經(jīng)濟性問題。天然氣管道摻氫輸送，可在短期內(nèi)以相對少的投入，實現(xiàn)氫能長距離、大規(guī)模運輸。然而，同樣體積氫氣的熱值只有天然氣的1/3，若要保證天然氣摻氫后在終端提供相同熱值，氫價理論上也應是氣價的1/3。“按照現(xiàn)行天然氣門站價格計算，得出的氫氣價格，遠低于現(xiàn)階段制氫成本。換句話說，從全產(chǎn)業(yè)鏈視角來看，天然氣摻氫項目的商業(yè)化應用目前并不具備經(jīng)濟可行性。”張博稱。

亟待加強頂層設計

在多位業(yè)內(nèi)人士看來，加強頂層設計和戰(zhàn)略研究是當務之急。“天然氣摻氫發(fā)展，關(guān)系到整個氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、天然氣工業(yè)轉(zhuǎn)型，應深入剖析其技術(shù)路線與重點任務，覆蓋基礎研究、裝備研發(fā)、技術(shù)實證、應用研究、規(guī)范標準、性能測試、商業(yè)模式創(chuàng)新等方面。同時，完善天然氣摻氫產(chǎn)業(yè)的管理模式，建立相關(guān)激勵機制。”張博表示。

具體如何推進？張博舉例，需高標準開展天然氣摻氫產(chǎn)業(yè)的安全與應急管理體系建設，探索建立基于信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的產(chǎn)業(yè)安全監(jiān)管平臺。加強管理部門之間的溝通協(xié)作，可延續(xù)天然氣行業(yè)管理模式，明確天然氣摻氫各環(huán)節(jié)的監(jiān)管部門及責任義務。在當前天然氣管網(wǎng)監(jiān)管框架的基礎上，完善摻氫工程建設的監(jiān)管審批流程，梳理產(chǎn)業(yè)標準化工作重點，保持摻氫天然氣與氫能、天然氣、城鎮(zhèn)燃氣標準的協(xié)調(diào)發(fā)展。

王洪建認為，從未來空間看，以天然氣為燃料作為重點趨勢，可借助燃氣管網(wǎng)實現(xiàn)氫的儲運，進而達到多元化燃料供應，從氫到氫能和天然氣并行。“現(xiàn)階段通過評估，在終端和管道摻氫10%-20%的比例，技術(shù)完全可行，部分改造后甚至可提升到20%-30%。但是，更高的摻氫比例還需驗證分析，尚缺乏系統(tǒng)的評估方法和數(shù)據(jù)庫。包括管材性能劣化規(guī)律、完整性管理與風險評價、泄漏監(jiān)測等環(huán)節(jié)，均需要進一步研究完善。”

“先充分利用已有基礎設施，再考慮新建摻氫應用，新建大型燃機應該優(yōu)先選用摻氫。”朱興珊建議，由國家層面組織開展天然氣摻氫重大示范工程，選取不同應用場景，包括管道摻氫、摻氫燃機等，因地制宜開展示范，積累經(jīng)驗、探索路徑。 

原標題：天然氣摻氫拓寬深度脫碳路