文/付嘉欣
长期以来，掺氢作为天然气领域降碳的一种有效方式广受行业青睐。截至今年5月，英国、美国、比利时、德国、西班牙等国纷纷启动了天然气掺氢规划，我国企业掺氢也开始了首次尝试。
但多家行业研究机构近期表示，目前天然气掺氢领域仍存在技术、成本、减碳效果有限等多重挑战，大规模推广仍待时日。
顺势而生
天然气掺氢技术是将氢气以一定体积比例掺入天然气中，形成掺氢天然气，通过现有天然气管道进行输送，可直接替代天然气使用的一种能源技术。
“天然气与氢对于减碳都具有区别于其他化石能源的绿色低碳价值。从理论上讲，二者的结合可大大提升天然气的绿色低碳软实力。”新能源行业专家姜勇表示。
大量研究结果表明，天然气掺氢混合气体的燃烧能够改善终端设备的燃烧性能，减少氮氧化物污染和二氧化碳排放。因此，天然气掺氢技术正在成为各国竞相发展技术“潮流”。
我国也不例外，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。
国内尝试天然气掺氢技术还在于，目前大规模储氢存在成本高、氢气基础设施不完善等问题，并且氢能运输需要合适的管道网络系统，而利用现有天然气管道进行天然气掺氢的运输可节省庞大的基建成本。
“目前我们在西北等地区发展了很多风电光电，为了解决其消纳问题，最好的办法就是电解水生成氢气，利用现有天然气管道进行输送，使其成为可供北部地区以及东部地区使用的有效能源。”北京世创能源高级经济师徐博表示。
不仅如此，针对天然气掺氢技术，欧盟气候专员曾公开表示：“天然气相关基础设施的‘双重用途’越多就越明显，这将有助于社会过渡到使用绿色氢气的场景。”英国官方机构也曾测算，根据英国的天然气消费水平，如果能达到20%的掺氢率，英国预计每年将减少600万吨二氧化碳在供热和供电方面的排放。
“天然气掺氢技术的诞生应用属于顺势而为，在促进低碳、减少化石燃料消耗的同时，可以最大限度利用现有基础设施，节省投资。”某天然气业内专家认为。
困难重重
在氢气成本过高和风电光电消纳等难题的困扰下，天然气掺氢技术很快被许多国家所青睐。然而，目前天然气掺氢还有诸多难点，该领域仍存在技术、成本、减碳效果有限等多重挑战，大规模推广仍待时日。
“实际上，天然气掺氢会对现有天然气管道输送系统和终端用气单位产生不同程度的影响。”姜勇表示，“不同的掺氢比会导致燃气的燃烧速度、热负荷系数等燃烧指数以及相对密度、传热系数、黏度等水力指数都发生改变；由于热值不同，引起后端用气设备的运行状态不稳定，容易增加氢气的聚集浓度，增加输送系统的氢腐蚀风险。这些因素都是发展天然气掺氢亟待完善的方面。”
相关报道显示，目前英、德等欧洲国家已经开始逐步实施天然气管网掺氢，用于终端设备的项目，但国内由于燃具和燃气相关标准的欠缺，燃气管网掺氢的适应性和安全性有待验证，终端设备的应用则处于起步阶段。不仅如此，在天然气管道掺氢技术上还面临关键问题认识不足、实践经验不足、规范标准缺失等问题。
此外，经济效益也是目前天然气掺氢技术应用的一大难题。“我国现有的天然气掺氢项目全部都是示范研究作用，亏本是常有的事，获得效益更是困难。”中国石油大学（北京）经济管理学院副教授金镭告诉记者。
根据国际可再生能源署测算，混掺20%的氢气仅能比单纯使用天然气降低约7%的温室气体排放，而掺氢后天然气供能的成本却远高于单纯使用天然气。按照目前全球可再生能源制氢的平均成本水平，二氧化碳价格应在每吨500美元以上时才会具备一定的经济效益。由此可见，天然气掺氢技术应用还有很大不经济性。
需完善信息与标准
尽管该项技术的发展仍存有一定挑战，但我国能源企业也在进行天然气管网掺氢的尝试和部署，力图突破技术瓶颈，促进能源产业体系升级。
“针对现有难题，首先国家应当组织加快机构开展天然气掺氢标准的推出，其次就是联合国内实力企业、高校对天然气掺氢领域问题进行攻关研究。比如混氢站的设计、掺氢天然气比例影响、掺氢天然气与输送管道材料相容性等方面，都需要加深规律研究。国家或者行业可以在这方面进行资金扶持。”姜勇表示。
今年4月底，国际可再生能源署发布的报告显示，现在全球范围内各个天然气管网及每条天然气管道对氢气比例的容纳程度都不相同，在不实施基础设施大规模改造的情况下，最终可行的掺氢比例可能会低于预期。
由此，目前各国纷纷开始制定针对性的相关标准，循序渐进地调整掺氢比例，力求通过相容性等研究，找出最合适的掺氢方法。比如近日，西班牙第二大天然气分销商诺特天然气就开启了该国首个天然气掺氢试验项目，计划逐步提高天然气基础设施和设备中的氢气比例，实现天然气管道的转换改造。
“合适的掺氢比例十分重要，为促进该技术的应用，也为了保障管道安全，我们还需做出更多的现场试验。”徐博解释说，氢气掺入天然气管道后会对管道造成一定的危害，其中氢脆的危害最大。而我国目前天然气管道所用材质为钢材，更容易发生氢脆。
“对此，各企业应针对我国的燃气设备、分输站等做出详细评估，并深入了解其对配气官网损害有多大。掌握更多重要信息，以便更好地开展下一步工作。”徐博表示。
结合我国当前氢能源利用的现状，大规模推广还有很长一时间要走。可通过政策扶植天然气掺氢应用端的企业的发展，利用应用端市场的培育，反过来促进天然气掺氢领域关键问题的解决。“建议今后我国应加强在掺氢、输送、用户环节等一些核心问题的研究与标准体系完备，最终促进氢能产业的发展，助力‘双碳’目标的实现。”姜勇说。
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