掺氢天然气助力“端稳能源的饭碗”_王洪建.pdf
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1、经营与管理Management and Administration36城市燃气 2022/10 总第 572 期王洪建,张晓瑞,秦业美,曹 权北京市煤气热力工程设计院有限公司掺氢天然气助力“端稳能源的饭碗”摘要:当前,世界正处于百年未有之大变局,国家能源安全的重要性日益凸显。天然气掺氢技术不仅有助于缓解天然气供应压力,有利于我们国家实现能源自主,而且有助于实现多领域的深度脱碳。为此开展天然气掺氢技术研究具有重要的意义。本团队开展了掺氢天然气的战略规划研究,并针对掺氢混气站、输氢管道安全性以及掺氢天然气燃具等关键技术展开了深入研究。研究表明:掺氢天然气是氢能与天然气融合发展的纽带,对实现能源碳
2、中和具有重大意义。天然气掺氢技术具备大规模推广应用的技术可行性。现阶段通过评估后掺氢比可达到10%,部分改造后进一步可提升到20%30%。乐观情境下,天然气掺氢技术在2026年左右开始进入商业化导入阶段。因此建议推动天然气掺氢关键技术研究,加快制定氢气管道输送(掺氢/纯氢)专项规划,制定适合国情的天然气掺氢产业发展实施路线图。掺氢天然气是我们国家能源领域内的杂交水稻,我们努力将掺氢天然气这新的能源粮食送入到千家万户,助力我国牢牢地端稳能源的饭碗。关键词:能源安全;掺氢天然气;战略规划;技术研发doi:10.3969/j.issn.1671-5152.2022.10.0081 前言2022年6月
3、,欧洲天然气价格一周猛涨60%,这是为什么呢?其主要原因在于欧洲天然气的40%来自于俄罗斯,但因为俄乌冲突,使得俄罗斯削减了对欧洲部分天然气的供应,通过北溪管道被切断的总供气量约为60%。当前,世界正处于百年未有之大变局,国家能源安全的重要性日益凸显,然而,我们国家的能源安全吗?2021年,习近平总书记考察调研胜利油田时强调,能源的饭碗必须端在自己的手里。但是,当前我国石油天然气的对外依存度却居高不下,特别是作为气基能源重要组成的天然气,进口比例从2011年的24%到2021年逐步增加达到了45.6%(1 699亿m3)。试想,如果有一天这些进口的天然气供给暂停将会怎样?作为一名能源人,我们希
4、望保障千家万户的用能安全,为此我们希望能够寻找一种中国的能源杂交水稻,来填满我们能源的饭碗。当前可再生能源开发已经越来越成为许多国家实现能源独立的共识。德国、意大利等国家正探索将可再生能源制成的氢气掺混到天然气管道中,并在城市中实现掺氢天然气的直接利用1。欧洲在运或在建的可再生能源制氢项目有35%都用于天然气掺氢,截至2020年,全球共有40多个示范工程,每年有2 900t氢气掺入天然气管网2。我国幅员辽阔,有着丰富的可再生能源,如果我们也能够将氢气作为燃气的一种,掺入到天然气管道中,这不仅能够有助于缓解天然气37城市燃气 2022/10 总第 572 期供应压力,更有利于我们国家实现自己的能
5、源独立。而且掺氢天然气的利用有助于实现工业、建筑等领域的深度脱碳,掺氢比例10%/20%时,可实现碳减排3.5%/7.6%(等热值),从而有利于我们国家实现碳中和的目标。由此可见,掺氢天然气就是能源领域的“杂交水稻”,为了加快推动掺氢天然气的应用,我们团队开展了高掺氢比的天然气掺氢技术的研究。2 天然气掺氢技术面临的挑战与研发实践2.1天然气掺氢技术面临的挑战虽然氢气(H2)只是比天然气中的甲烷(CH4)少了一个碳原子(C),但是在密度、热值、扩散特性、燃烧特性等物理化学性质上有了很大的差异,而且在当前的天然气管道标准体系中尚未涵盖掺氢天然气。为此,对天然气管道掺氢带来三方面的挑战:(1)顶层
6、设计方面缺乏相关专项规划及标准体系(2)在管网方面存在掺混均匀性、材料相容性等风险。(3)在终端燃烧器方面存在燃料互换性、安全性等影响。虽然有诸多困难与挑战,但是,这些问题都是可以通过管道技术的改进和优化得到解决的。2.2天然气掺氢技术的研发实践为了明确天然气掺氢技术对未来碳中和能源体系构建的重要意义,厘清我国发展天然气掺氢的难点和重点,提出我国天然气掺氢的发展路径,为相关国家能源规划的制定提供支撑,推动天然气掺氢产业健康发展。在国家能源局、住建部和中国城市燃气协会的支持下,我们联同香港中华煤气、佛山燃气、国家管网、国家电投、清华大学等几十家单位共同开展了“天然气管道掺氢输送及终端利用”的可行
7、性研究工作,从天然气掺氢的意义及发展现状、天然气掺氢技术可行性研究、天然气掺氢碳排放和经济性分析、我国天然气掺氢技术发展目标与路径等4个方面展开了深入研究,研究结果表明,掺氢天然气是氢能与天然气融合发展的纽带,对实现能源碳中和具有重大意义。通过发展天然气掺氢技术,到2030年,预计可实现氢气消纳约150万t/a,替代天然气约51亿m3/a,碳减排潜力可达到10Mt/a20Mt/a。到2060年,预计实现氢气消纳约1 691万t/a,替代天然气约572亿m3/a,可实现碳减排约114Mt/a229Mt/a。天然气掺氢技术具备大规模推广应用的技术可行性,现阶段通过评估后掺氢比可达到10%,部分改造
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