界面新闻实习记者 | 蒋习

“天然气掺氢技术具备大规模推广应用的可行性。”

3月22日，《天然气管道掺氢输送及终端利用可行性研究》（下称《报告》）成果发布会在北京举行。会上，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披露了相关研究成果。

该会议由中国城市燃气协会主办，香港中华煤气有限公司、港华智慧能源有限公司、国家电投集团中央研究院、国家管网集团科学技术研究总院分公司等单位协办，北京市煤气热力工程设计院有限公司、中国石油大学承办。

此次发布的《报告》是在国家住房和城乡建设部2022年科学技术计划项目的支持下，由中国城市燃气协会组织，9家企业发起，18家编制单位共同编制完成。

天然气掺氢是指向已有的天然气管网中掺入一定比例的氢气，以实现氢能的利用。

氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，氢能应用也是实现工业、建筑、电力、交通等领域深度脱碳的重要途径。

中国国际经济交流中心科研信息部部长景春梅表示，中国氢能产业已具备规模化、效益化发展的基础条件，新兴能源体系的构建少不了氢能，必须要纳入氢能。

“天然气管道掺氢是一项系统工程，通过管道的纽带延伸到整个产业链，逐步影响到社会用能结构，是天然气时代走向氢能时代的序曲，意义重大、影响深远。”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也在会上表示。

《报告》指出，天然气掺氢技术既能解决大规模可再生能源消纳的问题，又能高效低成本地输送氢气，是降低天然气利用过程碳排放强度以及保障燃气供应安全的有效途径。

在中国西北部，风光等新能源资源丰富，因新能源电力存在波动性和间歇性问题，叠加输电通道容量限制，弃风、弃光现象时有发生。若这些弃电能用于发展电解水制氢，通过天然气管道运输至东部消费区，能较好地解决可再生能源消纳问题。

氢气燃烧不会产生任何碳排放。《报告》显示，在等热值条件下，随着掺氢比的提高，掺氢天然气的碳排放量逐渐降低，在掺氢比为10％和20%情况下，可实现碳减排3.5％和7.6%。

但天然气掺氢使用过程中存在一大关键问题，即安全性。因为氢气具有扩散速度快、燃爆极限范围宽、点火能量低、火焰传播速度快等特性。氢气的添加使得燃气泄漏爆炸风险增大。

《报告》指出，从掺氢天然气输送可行性上看，由于氢分子量小、易泄漏扩散、易燃易爆、对材料具有氢脆等劣化作用，掺氢天然气将对压缩机、储气库、调压器、流量计、阀门、天然气储罐等关键设备、仪表的性能产生影响。掺氢会改变检测设备的可靠性和精度，当前管道系统中的现有检测设备，在较高掺氢比例下存在失效风险。

“天然气管道经过微小的改造，掺氢比10％是安全可行的。”王洪建表示。

《报告》也指出，从安全性角度看，目前采用的安全防控和应急技术，基本能够满足掺氢比低于10％的输送过程中的安全需求。

经济效益也是天然气掺氢技术应用的一大难题。

绿氢和工业副产氢可作为掺氢天然气的氢气来源。工业副产氢伴生于工业企业生产主要产品的过程。《报告》显示，副产氢的典型价格为0.6元/Nm³，波动范围为0.45-0.9元/Nm³。

绿氢是可再生能源电解水制氢。目前绿氢的典型价格为2.36元/Nm³，波动范围为1.14-3.58元/Nm³。

天然气购气典型价格为2.52元/Nm³，波动范围为2-2.8元/Nm³；售气典型价格为3.06元/Nm³，波动范围为2.5-5元/Nm³。

由此可见，当前条件下工业副产氢具备经济可行性，绿氢因为价格较高，尚不具备经济可行性。

《报告》指出，绿氢价格下降是未来掺氢天然气规模化发展的必然要求。乐观情境下，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。

预计到2030年，通过掺氢将实现绿氢消纳约150万吨/年，约替代天然气51亿立方米/年，实现10-20Mt碳减排。

中国的天然气掺氢产业正处于工程示范验证阶段。国内处于运行阶段的示范性项目有两个，掺氢比为10%；处于试验阶段的示范项目一个，处于施工阶段的示范性项目有三个。

此外，处于设计、可研、规划阶段的示范性项目有八个，掺氢示范项目设计规模可达到20.5万吨氢气/年。

事实上，城市燃气企业对于氢气并不陌生。最早使用的城市燃气以人工煤气为主，即含有20%-50％的氢气。特别是香港的城燃管网中，氢气比例一度高达50%，目前已安全运行近50年，在富氢燃气生产、运营方面积累了经验。

香港中华煤气工程总监敖少兴表示，采用最低冲击功（CVN）要求36J以上的钢管，系统运行24年后，CVN值 (0℃) 仍接近产品质量书上的数值，钢管的断裂韧性没有受燃气中的氢气影响。

冲击功是衡量材料韧性的一个指标，是材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。

《报告》表示，国内的天然气掺氢项目缺乏系统性的技术成果，管道掺氢比的安全范围仍不明晰，但人工煤气中含有高比例氢气能够长期安全运行，可为天然气掺氢的应用提供借鉴。