朱興珊：天然氣摻氫一種低碳發(fā)展的重要途徑

編者按：12月7日，由中國能源研究會(huì )分布式能源專(zhuān)業(yè)委員會(huì )、中國能源網(wǎng)主辦，中華環(huán)保聯(lián)合會(huì )支持，國際環(huán)保機構綠色和平承辦的《分布式可再生能源助力鄉村振興和新型城鎮化建設》線(xiàn)上研討會(huì )順利召開(kāi)。會(huì )上，中石油集團發(fā)展計劃部副總經(jīng)濟師朱興珊做了主題為《天然氣摻氫一種低碳發(fā)展的重要途徑》的報告。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

朱興珊：我今天分享的題目是天然氣摻氫一種低碳發(fā)展的主要路徑。

分三個(gè)方面。首先介紹一下總體的概況。氫能已經(jīng)成為全球公認的促進(jìn)能源轉型和低碳發(fā)展的關(guān)鍵能源，歐美和日韓等國家已經(jīng)將氫能作為能源體系脫碳的重要組成和綠色經(jīng)濟復蘇的新引擎，紛紛制定了國家氫能戰略和發(fā)展路線(xiàn)圖。我們國家也制定了一個(gè)氫能發(fā)展中長(cháng)期規劃，明確了底層設計，將氫能作為國家未來(lái)體系的重要組成部分，根據不同的機構預測2050年全球氫能的需求占比從12%-22%不等，各家的觀(guān)點(diǎn)不一致，至少是12%，歐盟比例高一點(diǎn)，占了24%。

大家知道二十大提出了新型能源體系，我們認為氫能是我國建設新型能源體系的重要載體，為什么這么說(shuō)?就是因為氫能它是可以靈活的進(jìn)行能量轉化，可以耦合熱網(wǎng)，電網(wǎng)，可以在燃料和原料之間進(jìn)行切換，促進(jìn)多能互補的能源網(wǎng)絡(luò )的建設，也是未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)建設的一個(gè)重要紐帶。關(guān)于新型能源體系我們認為它是新型電力體系+現代能源體系的繼承和發(fā)揚，我覺(jué)得新型能源體系仍然強調清潔低碳，安全高效和高比例可再生能源這個(gè)特點(diǎn)，這是新型電力系統和新型能源體系的主要特點(diǎn)。

但是對于系統的靈活性支撐我認為它將超越電力系統，在更大范圍內或者多能互補進(jìn)行支撐，特別是原料和燃料之間的切換，充分發(fā)揮多種能源的儲備功能，儲電是成本最高的，其他能源的儲存相對容易一點(diǎn)。在這個(gè)大系統里面可以更好的解決系統的靈活性和穩定性的問(wèn)題。我們認為天然氣和氫在支撐靈活性里面可以發(fā)揮更大的作用，一方面可以?xún)Υ?，另一方面在燃料和原料進(jìn)行切換，增加靈活性。從應用范圍看屬于清潔低碳的，廣泛應用工業(yè)、發(fā)電、建筑、交通各個(gè)行業(yè)，從中國氫能聯(lián)盟預測看，我們目前關(guān)注的大部分交通領(lǐng)域，真正到了2050年，2060年交通領(lǐng)域并不是一個(gè)最主要的領(lǐng)域，真正最大的用途還是在工業(yè)領(lǐng)域和發(fā)電領(lǐng)域。

還有天然氣摻氫可以推動(dòng)天然氣和氫能的融合發(fā)展，是實(shí)現深度脫碳的重要選擇。氫氣和天然氣在產(chǎn)業(yè)鏈上具有相似的環(huán)節和特點(diǎn)，在儲運環(huán)節和發(fā)電，建筑工業(yè)等應用場(chǎng)景具有大量融合發(fā)展的機會(huì )，天然氣的摻氫技術(shù)不僅有助于氫能的儲運和利用，有效降低天然氣利用的碳排放強度。天然氣摻氫之后它的碳排放強度對大大的下降，并且還可以減輕天然氣的保供壓力，因為把氫摻到天然氣里面，增加了供應量，有助于保障國家能源安全。

摻氫應用已經(jīng)有一定的基礎，這張表是我從網(wǎng)上找的，總結下來(lái)的，但是不是特別全，大概反映了燃氣輪機摻氫的示范項目，在小型燃機基本上摻氫已經(jīng)比較成熟了，一直到100%的都有，但是大型的燃機現在真正應用的還不多，正在示范的也就是10%左右，可能將來(lái)進(jìn)一步發(fā)展，按照這個(gè)規劃一般到2025年能摻30%左右，2030年摻到100%。

我們國家主要是國電投進(jìn)行了工作比較多，成功實(shí)現了15%的摻氫燃燒改造和運行，計劃2020年底開(kāi)展30%的摻氫燃燒。還有廣東能源集團下面的貴州大亞灣石化區的綜合能源站，用了GE兩臺H機組，按照10%的摻氫比例進(jìn)行混合燃燒，現在正在進(jìn)行建設，預計2023年投入使用。

從已經(jīng)成熟的技術(shù)來(lái)說(shuō)，比如說(shuō)GE的航改G機最高摻氫85%，E機100%，F機100%，H機從技術(shù)上可以摻50%，但是沒(méi)有真正運行的項目。從西門(mén)子摻氫燃機來(lái)看，也是小型燃機能達到100%，有的30%左右，不同的機型都不一樣。再就是摻氫管道，我們國家純氫管道建成還有不少，但是摻氫管道建成的幾乎沒(méi)有，大部分在實(shí)驗或者示范的階段。

看看摻氫有什么優(yōu)勢，還有什么挑戰。有利于氫氣的低成本儲運和規?；睦?。氫的儲運也是氫產(chǎn)業(yè)的痛點(diǎn)，制約氫能規模發(fā)展的主要問(wèn)題，采用天然氣摻氫可以用現有的設施，小比例的摻混，或者新建摻氫儲運設施，這個(gè)比例還可以進(jìn)一步提高，實(shí)現氫能的低成本，大規模的儲運，同時(shí)可以避免油氣儲運設施的浪費。從我們能源轉型的趨勢看，在2030年石油達到高峰，到2040年天然氣達到高峰，以后需求是下降的，所以我們建的這個(gè)儲運設施到了高峰期一部分閑置，如果用氫的儲運利用起來(lái)，或者在天然氣里面摻上氫之后，可以延長(cháng)這些基礎設施的壽命。目前各個(gè)國家摻混比例來(lái)看已經(jīng)實(shí)現了管道摻氫的，歐盟最多摻12%，示范的項目最多達到30%，德國是5%-10%。

如果我們燃機摻綠氫，可能解決大型新能源基地的綠電消納問(wèn)題。大家知道風(fēng)電和光伏具有波動(dòng)性，隨機性，需要更多的靈活性支撐，我們用摻氫的燃機可以調峰，解決這個(gè)問(wèn)題。再一個(gè)是大型的新能源基地的集中布局，缺乏消納市場(chǎng)，我們大型的新能源機在陜北地區，經(jīng)濟不發(fā)達，人口不稠密，這個(gè)時(shí)候要建特高壓運出來(lái)，現在特高壓的通道也有問(wèn)題，建設也跟不上節奏，如果我們在本地把它變成綠氫摻到管道里面運輸出來(lái)，這也是消納可再生能源很好的途徑。

再有我們可以把兩個(gè)功能結合，發(fā)揮大型綜合能源基地的風(fēng)能，太陽(yáng)能，太陽(yáng)氣資源的組合優(yōu)勢，通過(guò)綠電制氫，地下儲氣庫儲氫，構建風(fēng)光氣儲氫多能互補的系統，解決消納和靈活性的問(wèn)題。

有什么挑戰?主要現在還是成熟的項目并不多，主要由于缺乏規范和標準體系，對不同摻氫比例的適應性研究不深，如何提高儲運和終端設備的摻氫比例研究不夠，缺乏相關(guān)適應摻氫材料的研發(fā)。不同摻氫管道，儲罐，壓縮機，內燃機，鍋爐等終端的用能設備在設計、制造、運行、維護、檢測方面標準規范是缺乏的，我們已有的標準，氫的標準多一點(diǎn)，摻氫的標準很少，現在查到只有煤制合成天然氣的規范，一類(lèi)氣的氫燃量不超過(guò)3.5，二類(lèi)氣不超過(guò)5，進(jìn)入天然氣管道里面天然氣摻氫不能超過(guò)3%，即使在這樣規定比較明確的時(shí)候，現在我們往常熟管道里面專(zhuān)門(mén)摻氫是很難的，管道的運營(yíng)商是不運行的。沒(méi)有經(jīng)過(guò)大量的研究和實(shí)驗，他們不敢做。

再舉個(gè)例子，燃機摻氫也存在很多技術(shù)的瓶頸。因為在摻氫燃燒的技術(shù)里面，要考慮氫含量增加導致自燃的風(fēng)險等等，以及氮氧化物排放增加。在改造方面還要考慮加寬管道改變材料，適應更高氫氣的體積流量，需要應對輸送壓力和溫度變化帶來(lái)的管道和輔助設備清退的風(fēng)險，考慮氫氣的密閉問(wèn)題。特別是像下面這個(gè)圖可以看到，氫氣和天然氣化學(xué)性質(zhì)差別很大，主要清脆，容易泄露，火焰更大，容易回火，氮氧化物隨著(zhù)氫含量的增加也是增加的。

第三部分，思考和建議。這是個(gè)人的思考，不是太成熟。一個(gè)是我認為好鋼用在刀刃上，氫氣首先要用來(lái)解決可再生能源不穩定性和消納的問(wèn)題，應該首先用于風(fēng)光氣儲氫大基地和管道的外輸。解決無(wú)法用電的脫碳領(lǐng)域，比如說(shuō)遠洋運輸，要大規模的應用，而不是小打小鬧的，應用在工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)鍋爐，冶金等等。

我們把風(fēng)電氣儲能大基地這個(gè)問(wèn)題展開(kāi)講一下，這張圖表達了比較清晰了，比如說(shuō)油田，油田油氣管網(wǎng)，配電網(wǎng)，地下儲氫庫，天然氣資源，這就具備了風(fēng)光氣儲能一體化大基地的條件，從電源來(lái)說(shuō)一個(gè)是風(fēng)電光伏，可以用天然氣發(fā)電。從儲能的角度來(lái)說(shuō)可以用壓縮空氣儲能，可以用電化學(xué)儲能，我們風(fēng)光氣儲能一體化大基地就是用調峰氣電+摻氫，把電解水的氫摻到地下儲氣庫里面，和天然氣混合，從儲氣庫里面采出來(lái)，進(jìn)行調峰發(fā)電，或者一部分直接摻混，這樣可以解決氣電，一個(gè)是天然氣供應問(wèn)題，還有碳排放量比較高的問(wèn)題，如果是油田有需求，可以進(jìn)行碳捕捉驅油。還有多余的電，電解水可以研究在當地進(jìn)行利用，在交通領(lǐng)域，分布式能源和工業(yè)領(lǐng)域都可以應用。如果當地用不了，還可以利用現有的管道摻氫外輸，這是最主要的應用領(lǐng)域。

這種風(fēng)光氣儲能大基地的示范作用還是非常強的，一個(gè)是助力國家清潔能源產(chǎn)業(yè)高地的建設，提升國家電力供應保障能力。推動(dòng)重型燃機國產(chǎn)化和自主運維，摻氫燃機，燃料電池，燃料電站的核心技術(shù)攻關(guān)，帶動(dòng)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。關(guān)于重型燃機，現在天然氣燃機和國外比有一定的距離，如果想彎道超車(chē)，我們一開(kāi)始要搞摻氫燃機，跳過(guò)純天然氣燃機的階段，打通天然氣綠電CCUS的全產(chǎn)業(yè)鏈，以一體化新能源大基地為基礎，促進(jìn)地方經(jīng)濟發(fā)展。

應用場(chǎng)景要用已有的基礎設施，這樣才會(huì )便宜。摻氫管道運輸如果我們長(cháng)距離運輸問(wèn)題解決了，就可以摻到管道里面進(jìn)行分布式能源了，今天我們這個(gè)會(huì )主要講分布式能源，分布式能源現在很難想象用專(zhuān)門(mén)的分布式的光伏或者制氫來(lái)?yè)降教烊粴饫锩?，這種模式經(jīng)濟上劃不了。在遠方能源大基地有很便宜的氫進(jìn)來(lái)，可以做分布式能源，可以用家庭使用?，F在有幾個(gè)結論，對不對我沒(méi)有進(jìn)一步考察，從文獻里看當天然氣摻氫體積小于10%的時(shí)候，使用不高于X52的管道沒(méi)有什么問(wèn)題，鋼級高于X52的天然氣管道要進(jìn)行實(shí)驗，這個(gè)東西需要研究。

中海油新能源研究院的研究，在氫氣體積為16.7%的時(shí)候，輸氣壓力12兆帕的工況下，使用X70的鋼，鋼的機械性能不會(huì )發(fā)生下降。城市配氣管網(wǎng)摻氫比例10%資源，管道中氫氣壓低于0.4兆帕，這樣的壓力下基本上不會(huì )產(chǎn)生氫廢，摻氫比例控制20%，灶具正常工作。這也很正常，原來(lái)我們使用人工煤氣氫燃量都很高，鍋爐，燃氣電廠(chǎng)，內燃機均可以通過(guò)改造來(lái)使用燃氣摻氫。

第二部分，幾點(diǎn)思考。這幾點(diǎn)是我想的問(wèn)題，沒(méi)有想的太清楚。一個(gè)是摻氫和純氫哪一個(gè)現在優(yōu)先，我認為在目前我們這個(gè)國家，這個(gè)階段，我們覺(jué)得摻氫是優(yōu)先的，因為只有摻氫才能實(shí)現大規模的運用，先摻氫后純氫是這樣的水平。

二是摻混輸送后是否提純?如果把氫摻到管道里面經(jīng)過(guò)長(cháng)距離輸送之后再提純，成本又上來(lái)了，我認為沒(méi)有必要提純，直接燒就可以。

三是大型的燃機摻氫之后要不要配套CCUS，我認為沒(méi)有必要強制的配套CCUS，根據當時(shí)的經(jīng)濟情況。

四是改造和新建。先利用現有的設施改造，然后考慮新建摻氫的這些應用。新建的大型燃機應該優(yōu)先選用摻氫，最起碼我們現在規劃的調峰電站都是考慮摻氫的。

五是集中與分散。先考慮集中，在摻氫管道輸送解決之后可以長(cháng)距離輸送之后再考慮分布式的應用。

提一些建議。第一，我們覺(jué)得現在對天然氣摻氫這個(gè)事從社會(huì )上，從國家層面重視程度都不夠，應該更加重視天然氣摻氫問(wèn)題，加強頂層設計。包括規劃，一些科技的規劃，戰略的規劃以及標準的制定，政策的完善等等工作。

第二，加強對天然氣摻氫技術(shù)攻關(guān)和標準體系的研究。標準也是建立在研究的基礎上，這兩個(gè)是一碼事，建議政府院校，企業(yè)，行業(yè)協(xié)會(huì )產(chǎn)學(xué)研用還有金融機構共同來(lái)做這個(gè)事。

第三，推動(dòng)摻氫應用示范。我們現在處于起步階段，企業(yè)的參與度不高，很多問(wèn)題缺乏了解，有待探索，通過(guò)試點(diǎn)示范帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從國家層面組織開(kāi)展天然氣摻氫的示范工程，面對不同的示范場(chǎng)景因地制宜開(kāi)展示范，包括大基地的建設，管道摻氫，還有摻氫的燃機等等這方面開(kāi)展示范和實(shí)驗。

我要說(shuō)的就是這些，謝謝各位聆聽(tīng)。