據(jù)報(bào)道，2021年7月，國(guó)家電投荊門氫混燃機(jī)示范項(xiàng)目正式簽約；2021年12月成功實(shí)現(xiàn)15%摻氫運(yùn)行；2022年9月成功實(shí)現(xiàn)30%摻氫燃燒改造和運(yùn)行。

 

國(guó)家電投一直以來(lái)致力于加快“減碳”步伐，已實(shí)現(xiàn)清潔能源裝機(jī)占比超過(guò)60%。其承擔(dān)的國(guó)家科技重大專項(xiàng)重型燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)工作正在加快推進(jìn)，并致力于構(gòu)建“風(fēng)光電—氫—電熱”生態(tài)能源發(fā)展新模式，以期實(shí)現(xiàn)在氫能戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的全球引領(lǐng)。該模式將顯著提高我國(guó)的能源自給率和清潔化水平，減少油氣進(jìn)口依賴，實(shí)實(shí)在在地將能源飯碗端在自己手里。

 

天然氣摻氫，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是未來(lái)實(shí)現(xiàn)氫能大規(guī)模輸送、解決氫能供需錯(cuò)配的重要路徑之一。此次在重型燃機(jī)商業(yè)機(jī)組上實(shí)現(xiàn)的30%摻氫燃燒改造和運(yùn)行需要克服哪些困難？下一步，天然氣摻氫又該如何走？

 

 

荊門燃機(jī)項(xiàng)目，圖源科技日?qǐng)?bào)

 

高比例摻氫要攻克回火和排放難題

 

走進(jìn)國(guó)家電投荊門綠動(dòng)能源有限公司，記者見(jiàn)到了大型調(diào)壓設(shè)備、配套管道設(shè)施、燃機(jī)控制系統(tǒng)以及4根卸氫柱。

 

“氫氣供應(yīng)商通過(guò)高壓管束車將氫氣運(yùn)到公司卸氫柱，氫氣卸下來(lái)后要進(jìn)行2次調(diào)壓，然后在混氫罐同天然氣進(jìn)行摻和，最終通過(guò)燃機(jī)產(chǎn)生電、熱。”國(guó)家電投湖北鄂中區(qū)域公司負(fù)責(zé)人于紅偉向科技日?qǐng)?bào)記者介紹了荊門燃機(jī)項(xiàng)目運(yùn)行流程。他告訴記者，項(xiàng)目配套建設(shè)了熱力管網(wǎng)，以電、熱、水、冷多聯(lián)供的方式實(shí)施綜合能源供應(yīng)，替代了區(qū)域的分散鍋爐，實(shí)現(xiàn)了較高的能源綜合利用率。

 

“此前，在國(guó)際上沒(méi)有商業(yè)機(jī)組實(shí)現(xiàn)過(guò)30%摻氫燃燒這么高的比例。”于紅偉表示，為實(shí)現(xiàn)30%天然氣摻氫燃燒試驗(yàn)，科研人員攻克了多項(xiàng)難題。其中，最困難的當(dāng)屬回火和達(dá)標(biāo)排放問(wèn)題。

 

回火是指正在燃燒的氣體火焰引燃了還未燃燒的可燃混合氣的現(xiàn)象。于紅偉解釋道：“氫氣和天然氣具有不同的物理化學(xué)特性，這導(dǎo)致兩者在管道中的燃燒條件不同，易造成回火。回火極易破壞燃燒穩(wěn)定性，對(duì)點(diǎn)火器和管道設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生極大的損壞。”

 

面對(duì)這一難題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)燃機(jī)的燃燒器和控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，多次進(jìn)行摻氫試驗(yàn)和設(shè)備調(diào)試，最終找到了混合氣體的中間值，攻克了燃機(jī)高比例摻氫帶來(lái)的回火難題。

 

不僅如此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模摻氫摻混精準(zhǔn)控制技術(shù)與燃機(jī)的聯(lián)調(diào)技術(shù)，使改造后的燃機(jī)機(jī)組能夠兼容純天然氣和天然氣摻氫兩種運(yùn)行模式，可在0%—30%摻氫運(yùn)行條件下自由切換。

 

“在環(huán)保方面，降低摻氫天然氣的氮氧化物排放是一大難題。”國(guó)家電投湖北公司鄂中區(qū)域公司副總經(jīng)理白紅濤說(shuō)，由于混合氣體帶來(lái)的變化，原有天然氣排放調(diào)節(jié)系統(tǒng)難以適應(yīng)新的工況，難以達(dá)到氮氧化物排放低于50毫克每立方米的國(guó)家規(guī)定。

 

“通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試改動(dòng)，燃機(jī)最終實(shí)現(xiàn)了氮氧化物達(dá)標(biāo)排放。”白紅濤表示，目前燃機(jī)在摻氫運(yùn)行過(guò)程中，環(huán)保排放等各項(xiàng)指標(biāo)合格穩(wěn)定。

 

大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用要降低用氫成本

 

在現(xiàn)役天然氣機(jī)組中增加氫燃料來(lái)源，不僅能夠保證冬季供暖安全穩(wěn)定，同時(shí)還能有效減少天然氣用氣量，減少碳排放。白紅濤說(shuō)，僅荊門一臺(tái)54兆瓦的燃機(jī)在摻氫30%情況下每年就可減少二氧化碳排放1.8萬(wàn)噸以上。

 

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，全球天然氣摻氫項(xiàng)目約有40個(gè)。多個(gè)國(guó)家已將天然氣摻氫的應(yīng)用列入國(guó)家規(guī)劃中，旨在通過(guò)天然氣摻氫技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑和工業(yè)供熱領(lǐng)域深度脫碳。

 

天然氣摻氫具有減碳、促進(jìn)制造業(yè)升級(jí)、調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)等重要優(yōu)勢(shì)。于紅偉表示，在探索大規(guī)模天然氣摻氫商業(yè)應(yīng)用方面，荊門燃機(jī)項(xiàng)目還要降低用氫成本。

 

白紅濤給記者算了一筆賬：目前荊門燃機(jī)項(xiàng)目購(gòu)買1立方米天然氣大約需花費(fèi)2.7元，購(gòu)買1立方米氫氣需要花費(fèi)3元，而氫氣的熱值卻僅為天然氣的三分之一左右，這意味著燃燒約3立方米氫氣才能產(chǎn)生燃燒1立方米天然氣的熱量。“什么時(shí)候1立方米氫氣的價(jià)格降到0.9元了，摻氫燃燒就具有經(jīng)濟(jì)效益了。”他說(shuō)。

 

這也為全國(guó)其他地區(qū)天然氣摻氫項(xiàng)目提供了啟示：在具有制氫、輸氫、儲(chǔ)氫區(qū)位優(yōu)勢(shì)的地方，摻氫項(xiàng)目更具大規(guī)模商業(yè)化優(yōu)勢(shì)。

 

除降低用氫成本外，打開(kāi)天然氣摻氫大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，還需進(jìn)一步完善頂層設(shè)計(jì)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，推進(jìn)終端燃?xì)饧夹g(shù)迭代，加強(qiáng)摻氫天然氣應(yīng)用安全風(fēng)險(xiǎn)管理。

 

今年3月發(fā)布的《天然氣管道摻氫輸送及終端利用可行性研究報(bào)告》預(yù)測(cè)，“十四五”時(shí)期，我國(guó)預(yù)計(jì)新增天然氣管道摻氫示范項(xiàng)目15—25個(gè)，摻氫比例達(dá)到3%—20%，氫氣消納量每年15萬(wàn)噸。

 

中國(guó)城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)理事長(zhǎng)劉賀明認(rèn)為，我國(guó)具備較好的發(fā)展天然氣管道摻氫輸送技術(shù)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。“目前我國(guó)城鎮(zhèn)用氣人口有5.3億人，天然氣管道長(zhǎng)度達(dá)113.5萬(wàn)公里。未來(lái)15—20年，我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)將得到進(jìn)一步發(fā)展，天然氣管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將為氫能運(yùn)輸提供更大可能性與空間。”