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氢能观察:天然气管网掺氢

张赢 2022-07-28 14:50 · 头闻号氢能技术
受俄乌战争影响,欧洲天然气供应已经呈现下降的紧张趋势。天然气管网掺氢输送再次受到能源界的诸多关注。


前景光明:天然气掺氢应运而生

气态氢的储运有纯氢管道输送、天然气管道掺氢输送两种方式,管道输氢能够实现远距离、大规模、低能耗等储运优点。想对比而言,纯氢管道输送面临的安全性问题较少,但目前我国纯氢管道建设刚刚起步,还未形成大规模管网形式,且碍于成本及技术问题,纯氢管道输送还需几年准备和发展。基于此形势,我国已开展天然气管道掺氢输送的示范应用项目,探索天然气掺氢实践。

我国是世界上制氢量最大的国家,近年来我国天然气管网基本建成,实现了天然气干线管道的互联互通;天然气管网总里程约为11万km,据估算,2025年天然气管网总里程将达到16.3万km,天然气掺氢将会有更大发展。

欧洲此前有项目实践得出结论,在天然气管网中掺氢比例控制在20%以下,可保证安全问题。目前欧洲一些国家,已经在天然气中掺入10%左右的氢气输送给千家万户加以利用,荷兰Ameland于2008-2011年开展了有关将风电制氢掺入当地天然气管网的研究,其中2010年年平均氢气掺入体积分数达到12%。

我国今年出台的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》中明确表明:开展掺氢天然气管道、纯氢管道等试点示范。逐步构建高密度、轻量化、低成本、多元化的氢能储运体系。

此外,天津市、四川省、河北省、北京市、广东省、内蒙古自治区等地区的氢能产业发展规划中均有提及“天然气掺氢”技术及示范应用。

据了解,国家电投“朝阳可再生能源掺氢示范项目”是国内天然气掺氢技术的首次尝试,其燃气轮机掺氢燃烧示范项目已正式投运,填补了国内天然气管道掺氢示范项目的空白。

关键阻碍:技术与标准的双重压力

管道输氢及天然气管网掺氢技术面临的首要难题就是“氢脆”。氢脆是在低温下形成的,钢制管道的氢脆是由于管道内壁受到氢气的侵蚀,造成材料塑性和强度降低,并因此而导致的脆断或延迟性的脆性破坏。应根据不同的氢脆机理,制定相应的防护方法。

CGA-5.6-2005《HydrogenPipelineSystem》研究表明,当天然气掺氢体积比≤10%时,可使用不高于X52钢级的管道直接运输,钢级高于X52的天然气管道需要进行氢脆试验。

天然气与氢气在能量密度、爆炸极限、扩散系数等特性方面又有明显差别,使得天然气掺氢输送对管材的适应性有特定要求,也会对压缩机、调压器、储气库、储罐、阀门等关键设备性能产生潜在影响。已有研究表明,利用天然气管网输送低掺氢比天然气,原有管网的适应性较好;输送高掺氢比天然气,则需要更新(或改造)原有管材及设备,升级安全防控与应急技术体系。

基于此,掺氢比例至关重要。目前各国关于掺氢比例的问题尚且没有明确标准,我国也没有明确表示具体应用场景下的掺氢比例。我国已发布的氢能相关国家标准有90余项,但涉及天然气掺氢技术的仅有《车用压缩氢气天然气混合燃气》(GB/T 34537—2017)1项。

纵观我国氢能产业发展历史,天然气管网掺氢从技术突破到项目的示范应用,再到千家万户的普及和发展,还有很长一段路要走。标准的制订以及体系的建立也离不开产业上下游的合力支持。天然气掺氢技术注定面临诸多挑战,但面对清洁能源将成为未来能源主力的趋势,天然气管网掺氢都是帮助商业、民用及交通领域解决诸多问题的最佳解决方案之一。


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