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    重要发展方向!天然气掺氢有利于氢气运送和规模化使用

    时间:2022-04-29 10:37:22  编辑:敖包信息网  来源:敖包网  浏览:18013次   【】【】【网站投稿

    近来,英国首个天然气掺氢份额到达20%(体积百分比)的演示项目投入运转,据悉,本项目第一阶段经过斯塔福德郡基尔大学自有天然气网络掺氢并向100户家庭和30座教学楼供气。测验成功后,该项目还将在英国东北部和西北部天然气网络中进行更大规划和规划的测验。


    事实上,我国吉林省白城市、四川省成都市等地氢能工业展开规划中也都提到了天然气掺氢。天然气混合氢气一直是国内外氢气运送和规划化运用的重要研讨方向,对促进我国氢能工业展开具有更为重要的含义。


    对此,国发能研院、绿能智库以为:一方面,我国天然气需求持续上升,2019年对外依存度高达44%,氢气代替部分天然气焚烧供给热能和电能,有利于缓解天然气供给压力,进步我国动力安全水平;另一方面,若能充分运用现有西气东输、川气东输等逾8万公里天然气骨干管网和巨大的支线管网掺氢运送,不仅可低本钱完成氢气大规划输运,更有力地促进西部可再生动力制氢的展开,为氢能工业供给绿色低价的氢气,并对完成我国动力结构转型含义严重。


    天然气掺氢是氢能研讨热门


    截止2019年年头,据IEA数据显现,各国有37个演示项目正在研讨天然气网络中掺氢。研讨项目中包含经过天然气配送网络掺氢为家庭和企业供热可行性、测验天然气网络掺氢份额对天然气输配关键设备、资料、终端设备和电器的影响、掺氢天然气地下贮存的技能和监测要求等。


    一起,天然气掺氢规范研讨作业纷繁推进。在欧洲,HyReady和HIPS-Net等技能委员会和职业安排正在研讨掺氢的规范,而欧盟委员会也在研讨氢在天然气网络中的效果及相关规范。


    国发能研院、绿能智库整理发现,氢能运送是约束氢能工业展开的薄弱环节,经济性和安全性都有待完善。而氢能运用现在首要聚集在交通范畴,特别是氢燃料电池轿车极端配套设备,在工业和修建范畴仍缺少老练的运用场景和商业模式。天然气网络掺氢是处理上述问题的有用计划,近年来一直是国外研讨和测验的热门。


    依照国内现在缺乏5000辆演示运转的氢燃料电池公交车、客车和物流车来预算,年用氢量不超越2万吨;2025年,依照我国氢能联盟猜测的5万辆用车规划预算,用氢量也不到20万吨。而据IEA测算,2018年全球天然气需求达3.9万亿立方米,其间掺氢3%(体积分数)就可拉动1200万吨氢气消纳,若氢气首要来自电解槽,电解槽装机容量需求可达100GW,这会使电解槽出资本钱下降50%,有用下下降碳氢气制备本钱,而掺氢的本钱仅会稍微添加0.3美元-0.4美元/kg。


    天然气掺氢仍面对应战


    相同工况下掺氢下降天然气网络运送能量。氢的能量密度低,大约是天然气的1/3,坚持相同压力下掺氢会下降运送气体的能量含量。IEA数据显现,在天然气运送管道中参加3%的氢气,将使管道运送的能量削减2%左右,终究用户天然气需求量有所上升。


    天然气管网中掺氢份额遭到的约束多。掺氢上限取决于与其相连的设备,管网规划越大,设备越多,对掺氢上限的要求或许越严厉。例如,掺氢后运用天然气作为质料的化工企业或许需求调整工艺和流程。现有燃气轮机的操控系统和密封无法习惯高份额的氢气,掺氢份额需低于5%。已装置的燃气发动机因相同原因,氢的最大浓度为2%。


    图1 天然气价值链各环节答应的最大掺氢份额(来历:IEA)


    更大的应战来自安全性及对应的检测和办理体系的完善。


    金属资料在氢环境下有或许发生氢脆问题,氢气对运送管道的影响首要是资料耐性的损失和疲惫裂纹扩展速率的添加,这是影响掺氢份额的一个重要因素。别的氢的掺入会使焚烧能量下降、走漏速率加速、可燃规划增大,掺氢份额的添加会使走漏、燃爆危险相应添加。检测手法和设备需求完善,现有的管道完整性办理也需做调整习惯掺氢带来的影响。


    由于面对许多应战,天然气掺氢的规范在包含我国在内的多个国家仍有空白。推进更为活跃的欧洲国家也体现慎重,大多数国家和区域设置掺氢份额不超越2%,少量国家和区域设定为4%到6%之间,德国虽然规则上限为10%,但假如紧缩天然气加气站连接到网络,则该份额大幅下调到2%以下。在一些相关设备的规范方面也存在约束,欧洲规范规则燃气轮机所供天然气的氢含量有必要低于1%。


    图2 部分国家和区域答应的最大掺氢份额(来历:IEA)


    *假如没有连接到该网络的紧缩天然气加气站,则德国适用更高的限额;荷兰的上限适用于高热量气体;当管道压力大于16bar时,立陶宛适用更高的极限。


    天然气骨干管道掺氢运送有待时日


    骨干管网可完成天然气远距离大规划运送,在我国与可再生动力的散布和运送方向高度符合,经过天然气骨干网运送氢气在多个方面具有严重含义,但现在尚不具有条件。


    我国对该范畴研讨有所短缺。在“十一五”、“十二五”、“十三五”涉氢科技攻关项目和2019年科技部“可再生动力与氢能技能”要点专项所列的9个与氢能相关的项目,均无天然气掺氢的研讨。


    骨干管网运送压力较高,我国西气东输三线运送压力就达12MPa,较高压力下氢气对管道资料的影响变大。而天然气成分不同、管道资料不同、管道工况不同,都使氢对管网资料的影响程度存在差异,国际上的研讨成果不宜直接照搬,掺氢天然气骨干管网安全掺氢份额规范尚无法确认。比如管道资料与掺氢天然气的相容性实验、掺氢天然气的走漏与焚烧爆破问题等根底研讨作业需厚实推进。


    别的,将氢混合到天然气中运送,假如需求在终究运用地点将氢别离(现在终端运用方法都需求此操作),会添加较高的本钱,以变压吸附为例,依据混合水平缓终究运用需求,有研讨数据标明其本钱在3美元-6美元/kg。


    国发能研院、绿能智库以为,虽然仍有较长的路要走,但我国天然气管网建造十四五期间将有相当大空间,新增骨干管网在设计时应尽或许考虑未来运送掺氢天然气的需求,进步未来掺氢运送的可行性。在管材挑选上加强对氢脆现象的防护处理,加强对管道损害、裂缝的探查和处理。对管道的焊缝要提出更高的要求,使其对氢脆现象有更强的防护才能。


    图3 我国天然气各年干线管网总路程


    掺氢天然气混烧应首先推行


    在天然气终端消费分类中,城市燃气和工业用气占有七成以上,且出现较快上升趋势,这为掺氢天然气直接混烧发明了有利条件。


    图4 我国天然气消费各范畴分类(来历:我国石化)


    天然气配送管道通常以1MPa以下的较低压力运送到终端运用设备,有研讨发现,我国配送管网受氢损害危险低,掺氢可行性更高。


    天然气配送管网规划更灵敏,运送方法更多样,部分掺氢可行性高,便于分期进行测验,便于安全办理和危险操控。


    而终端设备对掺氢天然气中氢气体积分数也有更高的承受程度,操控在23%掺氢份额可使灶具正常作业,而荷兰Ameland项目混合30%的氢未发现对家庭设备形成影响,包含锅炉、燃气灶和烹饪用具。


    2019年9月,作为国内首个电解制氢掺入天然气项目,国家电投集团公司向阳可再生动力掺氢演示项目第一阶段工程满意竣工。该项目选用集装箱式卡车运送高压氢瓶,在运用单位经过掺混设备完成天然气掺氢演示焚烧。在电力制氢和氢气流量随动定比掺混、天然气管道资料与氢气相容性剖析、掺氢天然气多元化运用等技能的老练性、可靠性和稳定性进行了验证。


    在交通范畴推行天然气掺氢燃料也具有较好的完成条件。据我国石化数据显现,LNG重卡2019年上半年销量同比增加3.1倍,累计出售8.5万辆,2020年估计天然气轿车保有量将超越700万辆。研讨标明,在天然气中掺混20%的氢气,天然气轿车和加气设备改动小,发动机热效率可进步15%,经济性进步8%,污染物排放下降60%~80%。据报道,四川省将展开天然气掺氢轿车演示,推进氢能工业快速展开。


    国发能研院、绿能智库以为,天然气掺氢仍是有用运送和运用氢气的重要方法,我国现阶段应集中力量展开研讨和测验作业,一起进步多样化运用水平,在具有条件的区域首先展开天然气掺氢混烧范畴的演示运用,有利于促进氢能规划消纳,推进氢能工业健康展开。


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