中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：天然氣摻氫技術(shù)是將氫氣以一定體積比例摻入天然氣中形成摻氫天然氣HCNG（Hydrogen compressed natural gas, 氫氣含量大于20%），也被稱為氫烷Hythane（hydrogen－methane－mixture, 氫氣含量小于20%），通過現(xiàn)有天然氣管道進(jìn)行輸送，并可直接替代天然氣進(jìn)行使用的一種能源技術(shù)。該技術(shù)的突破及應(yīng)用，將有助于我國(guó)綠色能源發(fā)展戰(zhàn)略的順利實(shí)施，保障和促進(jìn)我國(guó)清潔能源行業(yè)的健康發(fā)展。
我國(guó)現(xiàn)有天然氣管線具有覆蓋廣、傳輸距離長(zhǎng)、輸運(yùn)量大等特點(diǎn)，天然氣中摻入一定比例氫氣后，利用天然氣管道或管網(wǎng)進(jìn)行輸送，是促成氫氣大范圍運(yùn)送的有效途徑。與高壓或液化氫氣的輸送方式相比，利用管道或管網(wǎng)輸送摻氫天然氣可實(shí)現(xiàn)我國(guó)現(xiàn)有在役天然氣管道和城市輸配氣管網(wǎng)的充分利用，便于氫氣大范圍、長(zhǎng)距離、低成本運(yùn)送。天然氣管網(wǎng)組成非常復(fù)雜，主要部分為供氣站、輸氣管道和住宅終端用戶。天然氣摻氫后對(duì)現(xiàn)有天然氣管道輸送系統(tǒng)和終端用氣單位產(chǎn)生不同程度的作用。不同的摻氫比會(huì)導(dǎo)致燃?xì)獾娜紵俣?、熱?fù)荷系數(shù)等燃燒指數(shù)以及相對(duì)密度、傳熱系數(shù)、黏度等水力指數(shù)都發(fā)生改變，對(duì)管道輸送工況和終端用戶都有很大影響。
天然氣摻氫商業(yè)化項(xiàng)目推廣的重點(diǎn)，在于解決氫氣產(chǎn)業(yè)的難題：運(yùn)輸成本和應(yīng)用場(chǎng)景。
一是氫氣運(yùn)輸成本高。氫能輸送方式眾多，包括長(zhǎng)管拖車、液氫槽車、氫能管道等。目前主要應(yīng)用的長(zhǎng)管拖車、液氫等方式成本偏高，管道輸送具有運(yùn)輸體量大、距離遠(yuǎn)、能耗損失低等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)過高，目前氫氣長(zhǎng)輸管道的造價(jià)約30-95萬美元/公里，數(shù)倍于天然氣管道價(jià)格。
二是氫氣應(yīng)用場(chǎng)景不足，新型應(yīng)用規(guī)模較小。根據(jù)IEA數(shù)據(jù)，目前全球范圍內(nèi)氫氣用量達(dá)到9000萬噸，對(duì)比天然氣約為3.9萬億立方米（約合273000萬噸）的用量，相形見絀。原因是目前氫氣主要應(yīng)用于化工、煉化等項(xiàng)目，屬于輔助地位，新型應(yīng)用如汽車、燃機(jī)發(fā)電等用量較低，總體看場(chǎng)景不足、難以進(jìn)一步擴(kuò)大氫氣的應(yīng)用規(guī)模，擴(kuò)大氫氣的能源屬性。
天然氣摻氫之所以長(zhǎng)期受到關(guān)注，正是因?yàn)槟軌蚪鉀Q這兩大問題：一是管道運(yùn)輸方式能夠大幅降低氫氣運(yùn)輸成本，同時(shí)基于現(xiàn)有天然氣管道,減少新管道的資本投入；二是氫氣直接進(jìn)入天然氣應(yīng)用場(chǎng)景，解決氫氣終端應(yīng)用場(chǎng)景和用量難題，同時(shí)也能改善天然氣的燃燒特性，降低碳排放。但由于管道運(yùn)輸和民用領(lǐng)域?qū)τ诎踩珕栴}敏感，項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證周期長(zhǎng)，天然氣摻氫一直處于示范的階段，而且規(guī)模有限。
天然氣摻氫后工程設(shè)計(jì)影響
1.節(jié)流后低溫影響。摻氫10%～20%的天然氣對(duì)管道輸送系統(tǒng)的節(jié)流低溫影響具有較明顯的抑制作用，摻氫天然氣的節(jié)流后低溫影響隨氫氣濃度增大而降低，為摻氫天然氣的放空操作提供了更大可操作性。
2.氣體泄漏流量影響。相同泄放條件下，天然氣摻氫后泄漏體積流量隨摻氫比增大而升高；在中小孔泄漏時(shí)，受泄漏瞬時(shí)噴射速度影響，擴(kuò)散范圍隨摻氫比增加而增加，但在泄漏孔徑較大時(shí)，呈現(xiàn)擴(kuò)散范圍隨摻氫比增加而降低的趨勢(shì)；在泄漏后發(fā)生噴射火的場(chǎng)景下，摻氫比例越高，綜合計(jì)算的熱輻射強(qiáng)度越低，熱輻射邊界范圍越小；對(duì)于摻氫天然氣，其站場(chǎng)設(shè)計(jì)可參考天然氣的相關(guān)防火間距。
3.對(duì)潛在影響半徑的影響。相同操作條件下，埋地管道的潛在影響半徑隨摻氫比例增大而降低；對(duì)于小比例摻氫的天然氣，執(zhí)行天然氣潛在影響半徑規(guī)定是保守的。
4.調(diào)壓沖蝕影響。天然氣摻氫對(duì)調(diào)壓裝置沖蝕具有一定影響，必要的前置除塵設(shè)施有利于提高調(diào)壓設(shè)施的可靠性。
5.可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)影響。對(duì)于摻氫比例較小的天然氣，應(yīng)評(píng)估可燃?xì)怏w探測(cè)的適應(yīng)性，可根據(jù)甲烷的分壓濃度重新設(shè)定各級(jí)報(bào)警值。
氫氣作為一種理想的新能源具有廣闊的運(yùn)用前景，我國(guó)氫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展處于起步階段，開展天然氣摻氫方面的系統(tǒng)整體性研究，可為氫氣社會(huì)的發(fā)展探索并開啟更多的路徑?，F(xiàn)階段天然氣摻氫在儲(chǔ)能運(yùn)輸、交通、燃燒、發(fā)電等行業(yè)均可以得到有效的運(yùn)用,大規(guī)模推動(dòng)天然氣摻氫的技術(shù)應(yīng)用，仍需各方的不懈努力，今后應(yīng)加強(qiáng)在摻氫、輸送、用戶環(huán)節(jié)的一些核心問題如摻氫比、混氫工藝，管材相容性、管網(wǎng)完整性、燃爆安全性、終端設(shè)備適應(yīng)性等的技術(shù)研究與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系建立完備，最終促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)。
