7月14日12時30分，國家電力投資集團有限公司（簡稱國家電投）湖北公司鄂中區域公司荊門燃機項目熱網東線工程高能環保段蒸汽正式并入主管網供汽。該項目特色在于，其在重型燃機商業機組上成功實現了30%摻氫燃燒。這將提高荊門燃機項目的供熱能力和可靠性，增加零碳熱源點。
據報道，2021年7月，國家電投荊門氫混燃機示范項目正式簽約；2021年12月成功實現15%摻氫運行；2022年9月成功實現30%摻氫燃燒改造和運行。
國家電投一直以來致力于加快“減碳”步伐，已實現清潔能源裝機占比超過60%。其承擔的國家科技重大專項重型燃氣輪機研發工作正在加快推進，并致力于構建“風光電—氫—電熱”生態能源發展新模式，以期實現在氫能戰略新興產業的全球引領。該模式將顯著提高我國的能源自給率和清潔化水平，減少油氣進口依賴，實實在在地將能源飯碗端在自己手里。
天然氣摻氫，被業內認為是未來實現氫能大規模輸送、解決氫能供需錯配的重要路徑之一。此次在重型燃機商業機組上實現的30%摻氫燃燒改造和運行需要克服哪些困難？下一步，天然氣摻氫又該如何走？
荊門燃機項目，圖源科技日報
高比例摻氫要攻克回火和排放難題
走進國家電投荊門綠動能源有限公司，記者見到了大型調壓設備、配套管道設施、燃機控制系統以及4根卸氫柱。
“氫氣供應商通過高壓管束車將氫氣運到公司卸氫柱，氫氣卸下來后要進行2次調壓，然后在混氫罐同天然氣進行摻和，最終通過燃機產生電、熱。”國家電投湖北鄂中區域公司負責人于紅偉向科技日報記者介紹了荊門燃機項目運行流程。他告訴記者，項目配套建設了熱力管網，以電、熱、水、冷多聯供的方式實施綜合能源供應，替代了區域的分散鍋爐，實現了較高的能源綜合利用率。
“此前，在國際上沒有商業機組實現過30%摻氫燃燒這么高的比例。”于紅偉表示，為實現30%天然氣摻氫燃燒試驗，科研人員攻克了多項難題。其中，最困難的當屬回火和達標排放問題。
回火是指正在燃燒的氣體火焰引燃了還未燃燒的可燃混合氣的現象。于紅偉解釋道：“氫氣和天然氣具有不同的物理化學特性，這導致兩者在管道中的燃燒條件不同，易造成回火。回火極易破壞燃燒穩定性，對點火器和管道設備都會產生極大的損壞。”
面對這一難題，項目團隊對燃機的燃燒器和控制系統進行了改造，多次進行摻氫試驗和設備調試，最終找到了混合氣體的中間值，攻克了燃機高比例摻氫帶來的回火難題。
不僅如此，項目團隊還實現了大規模摻氫摻混精準控制技術與燃機的聯調技術，使改造后的燃機機組能夠兼容純天然氣和天然氣摻氫兩種運行模式，可在0%—30%摻氫運行條件下自由切換。
“在環保方面，降低摻氫天然氣的氮氧化物排放是一大難題。”國家電投湖北公司鄂中區域公司副總經理白紅濤說，由于混合氣體帶來的變化，原有天然氣排放調節系統難以適應新的工況，難以達到氮氧化物排放低于50毫克每立方米的國家規定。
“通過反復實驗和對設備進行調試改動，燃機最終實現了氮氧化物達標排放。”白紅濤表示，目前燃機在摻氫運行過程中，環保排放等各項指標合格穩定。
大規模商業應用要降低用氫成本
在現役天然氣機組中增加氫燃料來源，不僅能夠保證冬季供暖安全穩定，同時還能有效減少天然氣用氣量，減少碳排放。白紅濤說，僅荊門一臺54兆瓦的燃機在摻氫30%情況下每年就可減少二氧化碳排放1.8萬噸以上。
相關數據顯示，截至2020年底，全球天然氣摻氫項目約有40個。多個國家已將天然氣摻氫的應用列入國家規劃中，旨在通過天然氣摻氫技術實現建筑和工業供熱領域深度脫碳。
天然氣摻氫具有減碳、促進制造業升級、調整優化產業和能源結構等重要優勢。于紅偉表示，在探索大規模天然氣摻氫商業應用方面，荊門燃機項目還要降低用氫成本。
白紅濤給記者算了一筆賬：目前荊門燃機項目購買1立方米天然氣大約需花費2.7元，購買1立方米氫氣需要花費3元，而氫氣的熱值卻僅為天然氣的三分之一左右，這意味著燃燒約3立方米氫氣才能產生燃燒1立方米天然氣的熱量。“什么時候1立方米氫氣的價格降到0.9元了，摻氫燃燒就具有經濟效益了。”他說。
這也為全國其他地區天然氣摻氫項目提供了啟示：在具有制氫、輸氫、儲氫區位優勢的地方，摻氫項目更具大規模商業化優勢。
除降低用氫成本外，打開天然氣摻氫大規模商業應用場景，還需進一步完善頂層設計和相關標準體系，推進終端燃氣技術迭代，加強摻氫天然氣應用安全風險管理。
今年3月發布的《天然氣管道摻氫輸送及終端利用可行性研究報告》預測，“十四五”時期，我國預計新增天然氣管道摻氫示范項目15—25個，摻氫比例達到3%—20%，氫氣消納量每年15萬噸。
中國城市燃氣協會理事長劉賀明認為，我國具備較好的發展天然氣管道摻氫輸送技術的產業基礎。“目前我國城鎮用氣人口有5.3億人，天然氣管道長度達113.5萬公里。未來15—20年，我國天然氣產業將得到進一步發展，天然氣管網基礎設施建設將為氫能運輸提供更大可能性與空間。”
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