既有建筑燃气低碳化解决方案-天然气掺氢

建筑的能源消耗类型主要包括电力、热力和燃气等三种，其中电力和热力等二次能源与可再生能源的耦合度高，目前在实现碳中和方面具备技术可行性，而燃气燃烧排放的二氧化碳则无法避免。鉴于此，当前大力推动建筑电气化进程。但是区别于新建建筑，建筑100%电气化对于既有建筑并不是十分友好，涉及到提升负荷和线路改造等。考虑到目前我国城镇燃气输配管道已超90万公里，且氢能利用技术迅猛发展，天然气掺氢则有望成为既有建筑100%电气化的替代解决方案，该技术具备以下几方面优势：一是在天然气中加入氢气可以显著减少温室气体的总排放量，是一种“绿化”天然气的有效手段；二是可以利用天然气管道等基础设施，对现阶段氢气运输、氢能的广泛及规模运用开拓更多的可能性；三是可以改变天然气的燃烧特性，增加燃烧值。截止到目前为止，为了实现“氢进万家”的愿景，国内外具体开展了哪些实践呢？

一、国外实践

（一）荷兰实践

荷兰Ameland曾于2008-2011年开展了有关将风电制氢掺入当地天然气管网的研究，其中2010年年均氢气掺入体积分数达到12%。项目主要内容有两个方面，第一是对不同的材料和接头进行了测试，确定掺氢对管道及接头的机械和化学性能的影响；第二是对下游应用的三种厨具（内置灶炉，独立灶炉和带电烤箱）进行污染物排放、回火、泄漏的测试。得出以下主要结论。对于被检测管道材料的物理老化、抗冲击能力、拉伸强度、稳定性等重要性能，氢气的添加对其几乎无影响。渗透试验结果表明总体渗透率较低，预计不会导致任何安全问题，氢/天然气混合物的渗透常数比纯氢要低，同时研究中也没有发现与氢有关的管道材料缺陷。对于测试的三种厨具，氢气的加入能够轻微降低污染物排放。氢气的加入虽然加快了燃气的燃烧速度，但是厨具仍能够通过回火测试。各个暴露在富氢天然气下的接头、密封部件没有表现出任何退化，对相关部件的目视检查也并没有发现与氢有关的缺陷或污染。三种厨具均能够满足法规对污染物排放、回火和泄漏的要求。

（二）英国实践

2020年1月，英国示范项目HyDeploy正式投入运营。该项目是英国首个向燃气中注入氢气以供家庭和企业使用的试点项目，同时向100户家庭和30栋教学楼提供掺氢天然气。目前，该项目的掺氢比例为欧洲最高，向现有的天然气管网中注入体积分数高达20%的氢气，考虑到英国法律规定天然气管网中掺氢比例上限为0.1%，HyDeploy向健康与安全执行委员会（HSE）提供了包括房屋和建筑物的气体安全测试、燃气具测试以及燃气网络材质测试等一系列证据，证明了混合气体将“像天然气一样安全”。

二、国内实践

（一）深圳实践

深圳市燃气集团股份有限公司建设了全国首座城镇燃气掺氢综合实验平台，该项目平台主要包括掺混模块、减压调压模块、管材相容性评价模块、燃气器具测试模块以及终端利用模块，天然气与氢气通过掺混模块，能够得到掺氢体积比为5%—20%、掺氢精度达到1%的掺氢燃气。掺氢燃气经减压调压模块后，进入管材相容性评价模块进行长周期试验测试，然后进入燃气器具测试模块进行验证。测试完成后，掺氢燃气进入深圳市龙华区求雨岭生活区。据《中国能源报》报道，到2024年1月22日，该平台已成功为求雨岭生活区安全供气近200天，构建了国内首座可推广、可复制的城镇燃气氢气“掺—输—用”一体化平台，平台集成测试、验证、生产功能，掺氢比最高达到20%，压力范围覆盖城镇燃气全部压力运行范围。

（二）朝阳实践

辽宁朝阳天然气掺氢项目是国内首个电解制氢掺入天然气项目，于自2019年4月启动，2020年9月，该项目启动现场10%掺氢试验，同步新增民用燃气灶具系统掺氢对比试验，并于2021年9月、12月相继完成两项试验，实现安全掺氢，并发布6项团体标准，正式具备氢气“制—储—压缩—充装—运—掺（氢气售卖）—用”全产业链条示范能力。该项目历经慢应变速率拉伸试验、疲劳裂纹扩展速率试验、断裂韧度试验，还进行了火焰稳定性的实验，表明在10%的掺氢比例下，在民用灶具的燃烧仍可保持稳定。研究发现，掺氢比例控制在10%的范围内不影响管道的安全性。该项目到目前为止已经成功运行3年，每年掺合气量大概100-120标方左右。

未来随着天然气掺氢技术的应用案例进一步增多，将积累越来越多的宝贵经验，技术的应用也会由试点示范逐步过渡至规模化推广，丰富氢能的应用场景，助力实现我国“双碳”战略目标。