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。
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。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。
2022-07-28
氢能观察张赢415860
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