編者按：12月7日，由中國能源研究會分布式能源專業(yè)委員會、中國能源網(wǎng)主辦，中華環(huán)保聯(lián)合會支持，國際環(huán)保機(jī)構(gòu)綠色和平承辦的《分布式可再生能源助力鄉(xiāng)村振興和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)》線上研討會順利召開。會上，中石油集團(tuán)發(fā)展計(jì)劃部副總經(jīng)濟(jì)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(bào)告。

以下內(nèi)容根據(jù)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(rèn)的促進(jìn)能源轉(zhuǎn)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(jì)復(fù)蘇的新引擎，紛紛制定了國家氫能戰(zhàn)略和發(fā)展路線圖。我們國家也制定了一個(gè)氫能發(fā)展中長期規(guī)劃，明確了底層設(shè)計(jì)，將氫能作為國家未來體系的重要組成部分，根據(jù)不同的機(jī)構(gòu)預(yù)測2050年全球氫能的需求占比從12%-22%不等，各家的觀點(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(rèn)為氫能是我國建設(shè)新型能源體系的重要載體，為什么這么說?就是因?yàn)闅淠芩强梢造`活的進(jìn)行能量轉(zhuǎn)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(bǔ)的能源網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，也是未來能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的一個(gè)重要紐帶。關(guān)于新型能源體系我們認(rèn)為它是新型電力體系+現(xiàn)代能源體系的繼承和發(fā)揚(yáng)，我覺得新型能源體系仍然強(qiáng)調(diào)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(tǒng)和新型能源體系的主要特點(diǎn)。

但是對于系統(tǒng)的靈活性支撐我認(rèn)為它將超越電力系統(tǒng)，在更大范圍內(nèi)或者多能互補(bǔ)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(tǒng)里面可以更好的解決系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性的問題。我們認(rèn)為天然氣和氫在支撐靈活性里面可以發(fā)揮更大的作用，一方面可以儲存，另一方面在燃料和原料進(jìn)行切換，增加靈活性。從應(yīng)用范圍看屬于清潔低碳的，廣泛應(yīng)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(yù)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天然氣和氫能的融合發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)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(jié)和特點(diǎn)，在儲運(yùn)環(huán)節(jié)和發(fā)電，建筑工業(yè)等應(yīng)用場景具有大量融合發(fā)展的機(jī)會，天然氣的摻氫技術(shù)不僅有助于氫能的儲運(yùn)和利用，有效降低天然氣利用的碳排放強(qiáng)度。天然氣摻氫之后它的碳排放強(qiáng)度對大大的下降，并且還可以減輕天然氣的保供壓力，因?yàn)榘褮鋼降教烊粴饫锩?，增加了供?yīng)量，有助于保障國家能源安全。

摻氫應(yīng)用已經(jīng)有一定的基礎(chǔ)，這張表是我從網(wǎng)上找的，總結(jié)下來的，但是不是特別全，大概反映了燃?xì)廨啓C(jī)摻氫的示范項(xiàng)目，在小型燃機(jī)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(jī)現(xiàn)在真正應(yīng)用的還不多，正在示范的也就是10%左右，可能將來進(jìn)一步發(fā)展，按照這個(gè)規(guī)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(xiàn)了15%的摻氫燃燒改造和運(yùn)行，計(jì)劃2020年底開展30%的摻氫燃燒。還有廣東能源集團(tuán)下面的貴州大亞灣石化區(qū)的綜合能源站，用了GE兩臺H機(jī)組，按照10%的摻氫比例進(jìn)行混合燃燒，現(xiàn)在正在進(jìn)行建設(shè)，預(yù)計(jì)2023年投入使用。

從已經(jīng)成熟的技術(shù)來說，比如說GE的航改G機(jī)最高摻氫85%，E機(jī)100%，F(xiàn)機(jī)100%，H機(jī)從技術(shù)上可以摻50%，但是沒有真正運(yùn)行的項(xiàng)目。從西門子摻氫燃機(jī)來看，也是小型燃機(jī)能達(dá)到100%，有的30%左右，不同的機(jī)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有，大部分在實(shí)驗(yàn)或者示范的階段。

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

如果我們?nèi)紮C(jī)摻綠氫，可能解決大型新能源基地的綠電消納問題。大家知道風(fēng)電和光伏具有波動性，隨機(jī)性，需要更多的靈活性支撐，我們用摻氫的燃機(jī)可以調(diào)峰，解決這個(gè)問題。再一個(gè)是大型的新能源基地的集中布局，缺乏消納市場，我們大型的新能源機(jī)在陜北地區(qū)，經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，人口不稠密，這個(gè)時(shí)候要建特高壓運(yùn)出來，現(xiàn)在特高壓的通道也有問題，建設(shè)也跟不上節(jié)奏，如果我們在本地把它變成綠氫摻到管道里面運(yùn)輸出來，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(jié)合，發(fā)揮大型綜合能源基地的風(fēng)能，太陽能，太陽氣資源的組合優(yōu)勢，通過綠電制氫，地下儲氣庫儲氫，構(gòu)建風(fēng)光氣儲氫多能互補(bǔ)的系統(tǒng)，解決消納和靈活性的問題。

有什么挑戰(zhàn)?主要現(xiàn)在還是成熟的項(xiàng)目并不多，主要由于缺乏規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系，對不同摻氫比例的適應(yīng)性研究不深，如何提高儲運(yùn)和終端設(shè)備的摻氫比例研究不夠，缺乏相關(guān)適應(yīng)摻氫材料的研發(fā)。不同摻氫管道，儲罐，壓縮機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，鍋爐等終端的用能設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、維護(hù)、檢測方面標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是缺乏的，我們已有的標(biāo)準(zhǔn)，氫的標(biāo)準(zhǔn)多一點(diǎn)，摻氫的標(biāo)準(zhǔn)很少，現(xiàn)在查到只有煤制合成天然氣的規(guī)范，一類氣的氫燃量不超過3.5，二類氣不超過5，進(jìn)入天然氣管道里面天然氣摻氫不能超過3%，即使在這樣規(guī)定比較明確的時(shí)候，現(xiàn)在我們往常熟管道里面專門摻氫是很難的，管道的運(yùn)營商是不運(yùn)行的。沒有經(jīng)過大量的研究和實(shí)驗(yàn)，他們不敢做。

再舉個(gè)例子，燃機(jī)摻氫也存在很多技術(shù)的瓶頸。因?yàn)樵趽綒淙紵募夹g(shù)里面，要考慮氫含量增加導(dǎo)致自燃的風(fēng)險(xiǎn)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(yīng)更高氫氣的體積流量，需要應(yīng)對輸送壓力和溫度變化帶來的管道和輔助設(shè)備清退的風(fēng)險(xiǎn)，考慮氫氣的密閉問題。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(rèn)為好鋼用在刀刃上，氫氣首先要用來解決可再生能源不穩(wěn)定性和消納的問題，應(yīng)該首先用于風(fēng)光氣儲氫大基地和管道的外輸。解決無法用電的脫碳領(lǐng)域，比如說遠(yuǎn)洋運(yùn)輸，要大規(guī)模的應(yīng)用，而不是小打小鬧的，應(yīng)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)問題展開講一下，這張圖表達(dá)了比較清晰了，比如說油田，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，從電源來說一個(gè)是風(fēng)電光伏，可以用天然氣發(fā)電。從儲能的角度來說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(diào)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，進(jìn)行調(diào)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(yīng)問題，還有碳排放量比較高的問題，如果是油田有需求，可以進(jìn)行碳捕捉驅(qū)油。還有多余的電，電解水可以研究在當(dāng)?shù)剡M(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(yīng)用。如果當(dāng)?shù)赜貌涣耍€可以利用現(xiàn)有的管道摻氫外輸，這是最主要的應(yīng)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(qiáng)的，一個(gè)是助力國家清潔能源產(chǎn)業(yè)高地的建設(shè)，提升國家電力供應(yīng)保障能力。推動重型燃機(jī)國產(chǎn)化和自主運(yùn)維，摻氫燃機(jī)，燃料電池，燃料電站的核心技術(shù)攻關(guān)，帶動氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。關(guān)于重型燃機(jī)，現(xiàn)在天然氣燃機(jī)和國外比有一定的距離，如果想彎道超車，我們一開始要搞摻氫燃機(jī)，跳過純天然氣燃機(jī)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(chǔ)，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

應(yīng)用場景要用已有的基礎(chǔ)設(shè)施，這樣才會便宜。摻氫管道運(yùn)輸如果我們長距離運(yùn)輸問題解決了，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)會主要講分布式能源，分布式能源現(xiàn)在很難想象用專門的分布式的光伏或者制氫來摻到天然氣里面，這種模式經(jīng)濟(jì)上劃不了。在遠(yuǎn)方能源大基地有很便宜的氫進(jìn)來，可以做分布式能源，可以用家庭使用?，F(xiàn)在有幾個(gè)結(jié)論，對不對我沒有進(jìn)一步考察，從文獻(xiàn)里看當(dāng)天然氣摻氫體積小于10%的時(shí)候，使用不高于X52的管道沒有什么問題，鋼級高于X52的天然氣管道要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(jī)械性能不會發(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，原來我們使用人工煤氣氫燃量都很高，鍋爐，燃?xì)怆姀S，內(nèi)燃機(jī)均可以通過改造來使用燃?xì)鈸綒洹?/p>

第二部分，幾點(diǎn)思考。這幾點(diǎn)是我想的問題，沒有想的太清楚。一個(gè)是摻氫和純氫哪一個(gè)現(xiàn)在優(yōu)先，我認(rèn)為在目前我們這個(gè)國家，這個(gè)階段，我們覺得摻氫是優(yōu)先的，因?yàn)橹挥袚綒洳拍軐?shí)現(xiàn)大規(guī)模的運(yùn)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)過長距離輸送之后再提純，成本又上來了，我認(rèn)為沒有必要提純，直接燒就可以。

三是大型的燃機(jī)摻氫之后要不要配套CCUS，我認(rèn)為沒有必要強(qiáng)制的配套CCUS，根據(jù)當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)情況。

四是改造和新建。先利用現(xiàn)有的設(shè)施改造，然后考慮新建摻氫的這些應(yīng)用。新建的大型燃機(jī)應(yīng)該優(yōu)先選用摻氫，最起碼我們現(xiàn)在規(guī)劃的調(diào)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距離輸送之后再考慮分布式的應(yīng)用。

提一些建議。第一，我們覺得現(xiàn)在對天然氣摻氫這個(gè)事從社會上，從國家層面重視程度都不夠，應(yīng)該更加重視天然氣摻氫問題，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)。包括規(guī)劃，一些科技的規(guī)劃，戰(zhàn)略的規(guī)劃以及標(biāo)準(zhǔn)的制定，政策的完善等等工作。

第二，加強(qiáng)對天然氣摻氫技術(shù)攻關(guān)和標(biāo)準(zhǔn)體系的研究。標(biāo)準(zhǔn)也是建立在研究的基礎(chǔ)上，這兩個(gè)是一碼事，建議政府院校，企業(yè)，行業(yè)協(xié)會產(chǎn)學(xué)研用還有金融機(jī)構(gòu)共同來做這個(gè)事。

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

我要說的就是這些，謝謝各位聆聽。