利用在役天然气管道进行掺氢输送，被业内认为是未来实现氢能大规模输送、解决氢能供需错配的重要方向之一。
当前，我国天然气管道掺氢输送相关技术研究如火如荼。前不久，中国石油在宁夏银川宁东天然气掺氢管道示范项目上实现最高掺氢比例24%的新突破，并安全平稳运行100天。近日，由国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院主编的《天然气长输管道掺氢输送适应性评价技术指南》（以下简称《指南》）正式启动，标志着我国天然气长输管道掺氢输送领域第一个团体标准即将出炉。
利用在役天然气管道进行掺氢输送，被业内认为是未来实现氢能大规模输送、解决氢能供需错配的重要方向之一。不过，与纯氢不同，掺混氢气的天然气具有不同的物理化学特性。那么，在终端利用环节，掺氢天然气有哪些应用场景？又有哪些问题需要解决？
具备产业基础
据《中国能源报》记者了解，《指南》规定了天然气长输管道掺氢输送时进行管道适应性评价所遵循的技术要点，包括适应性评价的层次、流程、要素和方法，适用于在役天然气长输管道进行掺氢输送的适应性评价，新建管道可参考执行。
在近日举办的世界氢能技术大会氢能安全技术论坛上，中国石油天然气管道工程有限公司副总经理李国辉指出：“要解决我国氢能资源市场错配问题，未来中长距离的储运需求非常大，需要用纯氢或者掺氢管道解决制氢和用氢最后一公里的问题。预测到2050年，氢能规模达到7000万吨，一半以上需要管道输送。”
中国城市燃气协会日前发布的《天然气管道掺氢输送及终端利用可行性研究报告》（以下简称称《报告》）预测，“十四五”时期，新增天然气管道掺氢示范项目15-25个，掺氢比例3%-20%，氢气消纳量15万吨/年，总长度1000公里以上。其中新增长输天然气管道掺氢示范项目2-5个，掺氢比例3%，氢气消纳量10万吨/年，总长度800公里以上。新增城镇燃气掺氢示范项目10-20个，掺氢比例3%-20%，氢气消纳量5万吨/年，总长度200公里以上。
在中国城市燃气协会理事长刘贺明看来，我国具备较好的发展天然气管道掺氢输送技术的产业基础。“目前我国城镇天然气管道为113.5万公里，用气人口为5.3亿人。未来15-20年，我国天然气将得到进一步发展，天然气管网基础设施建设，将为氢能运输和储存提供更大可能性与空间。”
已有项目实践
掺氢天然气终端应用目前已有多个项目研究实践。2021年，国内首个“绿氢”掺入天然气示范项目在民用终端应用验证方面取得新进展。国家电投集团燕山湖发电有限公司联合国家电投集团科学技术研究院，在辽宁朝阳天然气掺氢示范现场组织召开天然气掺氢输送应用成果见证会，多家能源和燃气企业代表共同见证了掺氢天然气在民用燃气具上的成功点火，为后续推动天然气掺氢管道输送技术普及奠定了重要基础。
去年，国家电力投资集团所属北京重型燃气轮机技术研究有限公司、国家电投湖北分公司在荆门绿动能源有限公司成功实现SGT-800燃机30%掺氢燃烧改造。这是中国首次在重型燃机商业机组上成功实施高比例掺氢燃烧改造试验，改造后的机组具备0%-30%掺氢运行条件下自由切换的灵活性。经测算，在混烧30%氢气的情况下，每年可减少超过1.8万吨二氧化碳排放。
“目前掺氢天然气直接燃烧的应用场景可分为民用和工业用，其中民用主要针对家用燃烧器具，例如燃气灶具、燃气热水器等；工业主要用于工厂内大型锅炉燃烧和发电厂内大型燃气轮机燃烧。”北京石油化工学院氢能研究中心副研究员李敬法对《中国能源报》记者表示，“掺氢天然气直接燃烧利用首先可以降低碳排放，其次是直接燃烧利用简单方便，在一定的掺氢比范围内无需改造燃烧器具。”
“目前掺氢天然气直接燃烧在民用和工业领域的应用均较少，只有小规模定点示范，主要受限于掺氢燃烧器具不成熟、缺乏相应法律法规及标准规范以及较高的氢气成本等因素。”李敬法进一步指出，“但目前国内外正在开展针对掺氢锅炉及掺氢燃气轮机的研究，未来掺氢天然气有望在工业上实现大规模应用。”
应用前景广阔
中国城市燃气协会的《报告》对“十四五”期间的终端应用目标做出展望：终端用户实现民用掺氢天然气区域性示范应用，总用户数超过1万户。此外开展1-2处工业锅炉、大型采暖锅炉、燃气轮机等大型设备示范应用。
在李敬法看来：“未来掺氢天然气的主要应用方向是工业应用，主要原因是工业应用为较单一用户，对掺氢天然气的应用管理更容易、风险更可控，且应用规模大。不过，要实现终端的大规模应用，目前首先要研发适用于不同掺氢比例的掺氢天然气燃烧器具、工业锅炉、燃气轮机等；其次是制定相应的法律法规和标准规范，使得掺氢天然气的应用‘有法可依’；再次是加强掺氢天然气应用的安全风险管理，保证掺氢天然气的应用安全。”
刘贺明认为，我国天然气掺氢产业发展虽挑战重重，但发展前景广阔，需以政府引导、企业主导、多方参与、利益共享为原则，加强天然气掺氢示范项目的研究与布局，推动天然气掺氢产业规模化发展。
《报告》建议加强“政产学研用”机构合作，促进全产业链协同发展，建立有效的共享平台与合作机制；同时构建天然气掺氢适应性评估方法及数据库平台，积极推进天然气掺氢应用示范，实现“氢进万家”；此外，要培养复合型创新人才，成立国家级工程技术研究中心，加强天然气掺氢关键技术研究。
