天然气管网规模化运氢难题有解了
文章来源：中国能源报 更新时间：2023-04-06 11:05:49
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3月22日，《天然气管道掺氢输送及终端利用可行性研究报告》（以下简称《报告》）成果发布会在京举行。
《报告》指出，目前天然气掺氢技术可充分利用已有成熟天然气管网基础设施，有利于实现氢能长距离、低成本运输和大规模储存，缓解天然气供应压力。同时，有利于降低终端碳排放强度，实现氢进万家。“绿氢价格下降是未来掺氢天然气规模化发展的必然要求。乐观情形下，2026年左右开始进入商业化导入阶段，2042年进入商业化应用阶段。”
“从技术可行性上来说，现阶段通过评估后掺氢比可达10%，部分改造后进一步可提升至20%-30%，而更高的掺氢比需要实验验证和分析，缺乏系统的评估方法和数据。” 北京市煤气热力工程设计院有限公司道石研究院总工程师王洪建分析。
中国城市燃气协会理事长刘贺明表示，我国天然气掺氢产业发展前景广阔，但仍需以政府引导、企业主导、多方参与、利益共享为原则，加强天然气掺氢示范项目的研究与布局，以推动天然气掺氢产业规模化发展。
解决消纳和供需错配
天然气掺氢技术既能实现氢能的大规模储存，又能高效低成本输送氢气，是降低天然气利用过程碳排放强度，保障燃气供应安全的有效途径。在“双碳”目标下，天然气作为低碳化石能源，其需求仍在逐步增加。“天然气管道建设将会大力发展，为氢能的储运提供发展空间的可能性”成为与会人士共识。
发展天然气掺氢技术，还可以实现大规模氢储能，有效解决大规模可再生能源消纳问题。
《报告》指出，以我国目前天然气消费量计算，天然气掺氢比例为10%时，具备300多万吨/年的氢气消纳能力，消纳1700多亿度绿电，从而进一步提高可再生能源在能源生产结构中的渗透率。此外，天然气管道掺氢还具备跨季节、跨地域的长时储能的能力，预计到2030年，天然气管道掺氢储能规模达到抽水蓄能的1/5。
国家管网集团科学技术研究总院分公司氢能技术专家彭世垚指出，天然气管网和储气库是很大的“调峰厂”，可以作为氢调峰的示范。“充分利用国家管网‘一张网’优势是解决氢能规模化应用的最佳方案。掺氢和纯氢管道输送将成为新的业务增长点，预计管道输氢量占比达20%，约3000亿标方，可解决资源错配问题和调峰需求。”
国家电投集团科学技术研究院有限公司碳中和研究中心副总监于文涛表示，天然气管掺氢对绿电转化也有重要作用，天然气掺氢技术能够将可再生能源制取的“绿氢”通过天然气管网输送到用户终端，天然气管道运输可大幅降低氢气输送成本，解决绿电转化中输氢成本的产业堵点。“当前，我国天然气管道网络系统框架已形成，主干天然气管道长11万公里，输气能力较强。利用已有成熟的天然气管道设施输送掺氢天然气，能够加强‘电网-气网’深度融合，实现大规模、长距离、低成本氢能运输。”
行业尚在起步阶段
《报告》也提出了未来的发展目标。即“十四五”时期，预计新增天然气管道掺氢示范项目15-25个，掺氢比例3%-20%，氢气消纳量15万吨/年，总长度1000公里以上。其中新增长输天然气管道掺氢示范项目2-5个，掺氢比例3%，氢气消纳量10万吨/年，总长度800公里以上。新增城镇燃气掺氢示范项目10-20个，掺氢比例3%-20%，氢气消纳量5万吨/年，总长度200公里以上。终端用户实现民用掺氢天然气区域性示范应用，总用户数超过1万户。此外开展1-2处工业锅炉、大型采暖锅炉、燃气轮机等大型设备示范应用。
与会专家均表示，天然气掺氢技术具备规模化推广应用的技术和经济可行性，我国天然气管网具备规模化氢能运输的能力,但要完成上述目标，仍面临诸多挑战。
刘贺明认为，天然气掺氢技术的发展面临三方面的挑战：一是顶层设计方面还需要相关专项规划及标准体系研究；二是在管网方面存在掺混均匀性、材料相容性等风险；三是在终端利用方面存在燃料互换性、安全性等影响。“在天然气管道掺氢输送和终端利用上，我国应有自己的发展路线图。
王洪建指出，我国天然气掺氢产业起步晚但发展快，虽然已布局多项示范性项目，但多数处于前期研究阶段，相关技术指标与成果较少且缺乏系统性梳理。
“当前天然气掺氢标准化工作也处在起步阶段，少量团体标准正在推进中，国家标准的缺失也一定程度上制约了天然气管道掺氢技术的推广应用。” 王洪建特别强调。
彭世垚也认为，国内现有天然气掺氢项目，多处于研究和示范验证阶段。“国内示范项目以燃气终端应用为主，长输或中高压管道掺氢比的安全范围仍不明晰，缺乏可借鉴的技术成果。”
“规模化用氢，长输管道功能必不可少。储运不是我国氢能产业规模化发展的掣肘，输氢成本占到终端售价的40%-50%。未来，我们也将重点攻克长距离、高压力掺氢纯氢管道输送、地下储气库储氢等关键技术，进一步降低成本。” 彭世垚说。
制定产业发展规划图
发展天然气管道掺氢输送及终端利用涉及政府、天然气中下游企业、氢能中上游企业、科研院所与设计院、关键设备制造企业等多个主体，该如何解决现有问题和挑战？
目前一些国家已开展掺氢天然气技术的初步推广，但现有的研究和实践成果尚不能全面标准化，目前仍在积极推广尝试。由于各国技术发展水平各异，因此需充分考虑中国对掺氢天然气系统问题的研究水平，弥补现有天然气掺氢理论研究与实践操作中的不足，探究适宜于中国天然气掺氢输送的建议。
《报告》指出，可以通过制定氢气管道输送专项规划，统筹推进天然气掺氢规模化应用，制定适合国情的天然气掺氢产业发展路线图。
王洪建认为，中国掺氢天然气管道输送示范项目的研究正逐步展开，国家层面的战略性统筹规划较少，相关技术标准尚不完善，相应的法律法规、产业政策等配套支撑也有待完善。“因此，为了实现天然气掺氢产业高质量发展目标，应规划部署天然气掺氢输送系统建设，确定中国天然气掺氢管道输送的相关技术指标，完善天然气掺氢技术的政策保障体系。”
在发展的同时，需建立健全符合我国国情的天然气掺氢产业安全监管、技术与运营管理标准体系，以确保天然气掺氢产业健康安全有序发展。
《报告》建议，可加大对天然气掺氢全产业链的补贴政策及金融政策。坚持市场主导与政策驱动并行，逐步建立科学合理的补贴和退坡机制。
“未来还需要培养复合型创新人才，成立国际级工程技术研究中心，加强天然气掺氢关机技术研究，实现氢进万家。”王洪建称。
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