天然氣摻氫拓寬深度脫碳路

天然氣摻氫混合，不但能夠拓展氫能應用場景，還可改善終端設備的燃燒性能，減少二氧化碳、氮氧化物等排放，綠色低碳特性讓其越來越受熱捧。

“推進零煤城市建設。2030年前開展天然氣摻混氫氣等低碳技術在燃氣發電和供熱中的試點。”日前印發的《崇明世界級生態島碳中和示范區建設實施方案（2022年版）》提出上述重點任務，上海崇明成為首個明確天然氣摻氫時間點的地區，引發業內關注。

天然氣摻氫混合，不但能夠拓展氫能應用場景，還可改善終端設備的燃燒性能，減少二氧化碳、氮氧化物等排放，綠色低碳特性讓其越來越受熱捧。據中國工程院院士彭蘇萍團隊預測，若按摻氫比例10%-20%、“制儲輸用”全生命周期成本（30元/千克）計算，全產業鏈產值將達800億-1800億元/年。面對廣闊的市場前景，如何搶抓發展機遇？

為減碳提供新思路

在眾多氫能相關技術中，天然氣摻氫的走紅不是偶然。

“二者融合發展是實現深度脫碳的重要選擇。”在近日舉行的第十八屆中國分布式能源國際論壇上，中國石油集團發展計劃部副總經濟師朱興珊表示，把氫摻入天然氣，相當于增加了供應量，在緩解后者供應壓力的同時，帶動碳排放強度大大下降。當前氫能儲運仍是“卡脖子”環節，摻混有利于氫的低成本儲運和規模化利用。“天然氣和氫能在運、輸、用等產業鏈環節，本就具有相似特點，可在發電、建筑工業等應用場景中找到大量融合機會。”

北京市燃氣熱力工程設計院道石研究院總工程師王洪建進一步給出印證：以摻氫比例10%-20%計算，等熱值碳減排量在3.5%-7.6%；充分利用已有燃氣管網基礎設施，大規模、長距離輸氫成本每百公里為0.3-0.8元/千克。“國際上從2000年開始相關研究，全球共有40多個示范項目，每年約2900噸氫氣摻入天然氣管網，摻氫比例最高達20%。在我國，隨著氫能中長期規劃明確提出，開展摻氫天然氣管道等試點示范，研究工作和論證示范加速展開。”

除了區域層面，部分企業也先行先試。記者從國家電投獲悉，該集團所屬荊門綠動能源有限公司在運燃機，于2022年9月底成功實現30%摻氫燃燒改造和運行。這是我國首次在重型燃機商業機組上實施高比例摻氫燃燒改造試驗和科研攻關，也是全球范圍內首個在天然氣聯合循環、熱電聯供商業機組中進行高比例摻氫燃燒的示范項目。僅荊門一臺54兆瓦燃機，在摻氫30%的情況下，每年即可減少二氧化碳排放1.8萬噸以上。

產業尚處起步階段

價值備受公認，但想真正將天然氣摻氫用起來，目前還有較長的路要走。廈門大學中國能源政策研究院教授張博坦言，部分省份雖已發布地方規劃，將其作為氫能儲運及終端應用的突破口，但國家層面尚未出臺發展規劃，產業整體尚處于起步階段。

“這是一個復雜的系統工程，既要考慮技術可行性，還受安全性、經濟性制約。在大規模推廣應用之前，一些關鍵問題必須解決。”張博表示，以安全為例，相較天然氣主要成分甲烷，氫的爆炸極限范圍更大，更易發生泄漏自燃，摻混后爆炸等風險相應擴大，對天然氣長輸管道、城市燃氣管網及終端用能設備，均提出了更高要求。研究摻氫天然氣泄漏擴散規律及安全風險管控，是需要重點關注的問題。

朱興珊也稱，現階段成熟項目不多，加上缺乏規劃和標準體系，帶來安全隱患不明晰等問題。“比如，在役管道對不同摻氫比例的適應性、如何提高儲運和終端設備的摻氫比例，研究得還不夠、不深。沒有經過大量研究和實驗，管道運營商往往不敢做。根據不同摻氫比例，終端用能設備在設計、制造、運行、維護、檢測等方面，標準規范也是缺乏的。”

此外，還有經濟性問題。天然氣管道摻氫輸送，可在短期內以相對少的投入，實現氫能長距離、大規模運輸。然而，同樣體積氫氣的熱值只有天然氣的1/3，若要保證天然氣摻氫后在終端提供相同熱值，氫價理論上也應是氣價的1/3。“按照現行天然氣門站價格計算，得出的氫氣價格，遠低于現階段制氫成本。換句話說，從全產業鏈視角來看，天然氣摻氫項目的商業化應用目前并不具備經濟可行性。”張博稱。

亟待加強頂層設計

在多位業內人士看來，加強頂層設計和戰略研究是當務之急。“天然氣摻氫發展，關系到整個氫能產業高質量發展、天然氣工業轉型，應深入剖析其技術路線與重點任務，覆蓋基礎研究、裝備研發、技術實證、應用研究、規范標準、性能測試、商業模式創新等方面。同時，完善天然氣摻氫產業的管理模式，建立相關激勵機制。”張博表示。

具體如何推進？張博舉例，需高標準開展天然氣摻氫產業的安全與應急管理體系建設，探索建立基于信息技術、數字技術的產業安全監管平臺。加強管理部門之間的溝通協作，可延續天然氣行業管理模式，明確天然氣摻氫各環節的監管部門及責任義務。在當前天然氣管網監管框架的基礎上，完善摻氫工程建設的監管審批流程，梳理產業標準化工作重點，保持摻氫天然氣與氫能、天然氣、城鎮燃氣標準的協調發展。

王洪建認為，從未來空間看，以天然氣為燃料作為重點趨勢，可借助燃氣管網實現氫的儲運，進而達到多元化燃料供應，從氫到氫能和天然氣并行。“現階段通過評估，在終端和管道摻氫10%-20%的比例，技術完全可行，部分改造后甚至可提升到20%-30%。但是，更高的摻氫比例還需驗證分析，尚缺乏系統的評估方法和數據庫。包括管材性能劣化規律、完整性管理與風險評價、泄漏監測等環節，均需要進一步研究完善。”

“先充分利用已有基礎設施，再考慮新建摻氫應用，新建大型燃機應該優先選用摻氫。”朱興珊建議，由國家層面組織開展天然氣摻氫重大示范工程，選取不同應用場景，包括管道摻氫、摻氫燃機等，因地制宜開展示范，積累經驗、探索路徑。