我国天然气掺氢可行性剖析

氢能是推进传统化石动力清洁高效运用和支撑可再生动力大规模展开的抱负互联前言。作为清洁质料和燃料，是完成交通运送、传统工业和修建等范畴大规模深度脱碳的终极动力。一方面，氢能是风电、光伏等不安稳可再生动力的转化中枢;另一方面，氢可广泛用于发电和发热等范畴，运用进程具有“零碳排放”的优势。

可再生动力制氢是处理我国风、光等绿色电力消纳难题的有效途径。跟着可再生动力制氢技能的迅猛展开，未来氢作为一种清洁可再生的动力载体，将为不断增加的可再生动力发电与难以完成电气化的职业之间树立桥梁。一起，氢气的贮存和运送本钱过高仍然是职业的痛点。风电并网和消纳问题正成为限制风电开发的最首要要素，因而将氢气掺入天然气中将是处理大规模、长距离氢气运送的一个杰出的过渡办法。

天然气掺氢技能是将氢气以必定体积份额掺入天然气中构成掺氢天然气(HCNG)，经过现有天然气管道进行运送，并可直接代替天然气进行运用的一种动力技能。该技能的打破及运用，将有助于我国绿色动力展开战略的顺畅施行，确保和促进我国清洁动力职业的健康展开。但当时氢气大规模储运技能存在技能壁垒，现有的技能都不适用于当时的办法，将氢气掺入天然气中运用天然气管道运送为氢气长距离、大规模运送供给了新的思路。现在国际许多国家现已逐渐展开天然气管网掺氢项目。

国内外典型项目

荷兰项目

荷兰Ameland于2008－2011年展开了有关将风电制氢掺入当地天然气管网的研讨，其间2010年年均匀氢气掺入体积分数到达12%。

日本天然气掺氢项目

日本三菱日立动力体系有限公司(MIPS)将体积分数为30%的掺氢天然气通入大型烧燃气轮机中进行测验。结果标明，MPS专用焚烧器焚烧掺氢天然气能够完成烧燃气轮机安稳运转，与单纯焚烧天然气比较，CO2的排放量能够削减10%，发电功率大于63%，且除了焚烧器外，其他部件能够不必改动，削减了改造的本钱。

英国项目

2020年1月，英国演示项目HyDeploy正式投入运营。该项目是英国首个向燃气中注入氢气以供家庭和企业运用的试点项目，向现有的天然气管网中注入体积分数高达20%的氢气，一起向100户家庭和30栋教学楼供给掺氢天然气。

德国项目

2019年8月，德国意昂(E.ON)的子公司Ava-con方案将其天然气管网的氢气混合率提高到20%。Avacon将在斯科普斯多夫市装置400套供暖体系并和其他用户设备进行“酸性试验”。

国内项目

现在，我国动力企业也在进行天然气管网掺氢的测验和布置，力求打破天然气掺氢技能瓶颈，堆集天然气掺氢与管道适应性的相关数据，编撰天然气管道掺氢的规范和规范，促进动力工业体系晋级，助力我国在国际第三轮动力替换进程中掌握主动赢得先机。

向阳可再生动力掺氢演示项目是国内初次测验将电解水制得的氢气掺入天然气中。该项目规划了天然气掺氢在线混合体系，经过试验验证天然气管道与掺氢天然气的适应性，掺氢天然气多元化运用等技能的安稳性和可靠性，打破天然气掺氢技能瓶颈，添补国内天然气管道掺氢演示项目的空白。

氢气对天然气管道的影响

氢气掺入天然气管道后会对管道构成必定的损害，首要包含氢脆、氢鼓泡、氢开裂等。其间，氢脆的损害最大，氢脆是在低温下构成的。钢制管道的氢脆是因为管道内壁遭到氢气的腐蚀，构成资料塑性和强度下降，并因而而导致的脆断或推迟性的脆性损坏。应依据不同的氢脆机理，拟定相应的防护办法。

天然气管网包含长输管道和配送管道，长输管道运送压力较高，一般挑选高钢级钢管。有研讨标明，钢级越高越容易发生氢脆。

CGA－5.6－2005《HydrogenPipelineSystem》研讨标明，当天然气掺氢体积比≤10%时，可运用不高于X52钢级的管道直接运送，钢级高于X52的天然气管道需求进行氢脆试验。

我国海洋石油新动力研讨院进行了天然气掺氢与管道适应性模仿试验，展开了氢气对长输管网的腐蚀性研讨。结果标明，在H2体积分数为16.7%时，输气压力为12MPa的工况下，运用X70钢不会发生氢腐蚀，钢机械性能也不会发生明显下降。

我国天然气管道剖析

管道散布和压力

我国天然气主产地集中于中西部及沿海地区，而消费地集中于东部及中部人口密布和经济发达地区。此外，我国进口管道天然气首要来自于中亚、缅甸、俄罗斯等地，入境地首要坐落新疆、云南、内蒙古、黑龙江等地。因而我国非常重视天然气管网的建造，现在已开始构成了“西气东输、海气登陆、就近供给”的供气格式。到2015年，全国天然气骨干管道路程约为10万km，城市天然气管道共43.46万km。

依据《动力展开战略行动方案(2014－2020年)》，我国将依照西气东输、北气南下、海气登陆的供气格式，持续加速天然气管道及储气设备建造，构成进口通道、首要生产区和消费区相连接的全国天然气骨干管网。

依据我国天然气的输气压力，可将天然气管道分为高压管道、中压管道及低压管道。高压管道一般为全国战略性管道，如西气东输管道、中亚天然气管道等，其压力一般为10～12MPa;中压管道一般为区内干线、联络线和干线配套支线管道等，规划压力为4～12MPa;低压管道一般为城市燃气管道，其压力低于4MPa。

我国管道掺氢可行性剖析

我国天然气干线管道的输气压力为4～12MPa，原料一般为金属资料X60～X80和Ｒ245～Ｒ365等。在4MPa以上的作业压力下，氢气有或许进入到管道中发生氢脆的影响，但因为掺氢体积比较低(≤10%)，氢气的分压也低(＜1MPa)，天然气掺氢对管道的实践影响有待进一步的验证。从欧美国家的经历来看，在较低的掺氢比和较低的氢气分压下，管道的氢脆根本能够疏忽，运用天然气管道运送掺氢天然气的安全性能够得到确保。为了确保安全，能够进行管道氢脆的验证试验。

我国天然气骨干管道的结尾一般为城市天然气门站，门站后的天然气管网即为城市天然气管网。城市管网的天然气输气压力一般低于4MPa，其原料一般选用低强度钢Ｒ245～Ｒ365和非金属原料如聚乙烯等。若按掺氢份额10%核算，管道中的氢气分压低于0.4MPa，在此压力下根本不会发生氢脆等问题。

综上所述，运用现有天然气管道运送较低掺氢体积比的掺氢天然气，根本不会发生氢脆等问题，能够确保管道的安全运转。为了确保安全，能够对干线管道的氢脆进行验证试验，以更好地展开下一步作业。

天然气掺氢展开剖析

在交通范畴，运用掺氢天然气作为CNG轿车动力燃气，有着较好的焚烧特性和较低的排放目标。现在，国内清华大学等单位展开了掺氢天然气在CNG轿车上的运用研讨和演示，取得了较好的研讨成果。未来交通范畴将会是掺氢天然气运用的一个可行方向。

掺氢天然气可直接用于居民燃气。近年来，我国空气污染问题越来越严峻，尤其是北方冬天的雾霾，更是严峻影响人们的健康。空气污染物的来历首要为煤、石油等化石动力的焚烧导致。而将氢气掺入到城市天然气管网用于冬天供温暖居民日常日子，还能进一步下降硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)等有害物质的排放，更有利于空气污染的管理。

结语和主张

据统计，我国三北和西南地区的年弃风、弃光、弃水电量超千亿kWh。若能有一半弃电用于制氢，则年制氢量将超100亿m3，一起，这些氢气可掺入到天然气干线管道构成掺氢天然气并运送至东部地区运用。此办法能够在极大程度上处理了我国的弃电问题，一起又在必定程度弥补了我国天然气的缺口。别的，还有利于缓解我国东部地区的大气污染问题。整体来看，天然气掺氢项目的推广运用能够发生杰出的经济和社会效益。我国对天然气管道掺氢的研讨较少，且短少相关规范规范、评价办法和实践试验数据。为促进我国在掺氢这一范畴的展开，主张如下:

在确保管道设备设备安全的基础上，在特定城市的天然气管道网络中展开掺氢天然气和管道适应性研讨，堆集相关试验数据，构成天然气掺氢的相关规范规范，打破技能壁垒;针对不同原料和不同年限的天然气管道，树立不同的天然气掺氢可行性的评价规范和评价办法。