“碳达峰，碳中和”目标下混氢天然气技术研究

“碳达峰，碳中和”目标下混氢天然气技术研究

包长全

中石油云南石化有限公司  云南安宁  650300

摘要：氢能的合理开发与综合利用，是实现“碳达峰，碳中和”目标的重要基础，其中混氢天然气技术的应用，不仅可以满足跨省运输氢能的需求，对大规模消纳可再生能源有着一定积极的促进作用，并加快“双碳”目标实现进程。基于此，本文对混氢天然气技术应用的必要性进行分析，并对“双碳”目标下的技术关键环节加以阐述，以期进一步提高混氢天然气技术水平，减少不可再生能源消耗。

关键词：碳达峰；碳中和；混氢天然气技术；能源消耗

引言：化石能源一直是支撑我国核心产业发展的重要能源，“碳达峰，碳中和”目标的设立，是我国控制能源领域碳排放、减少化石能源消耗以及促进可再生能源发展的必然要求。提出在现有的天然气管网中掺入适当比例的氢气，即混氢天然气，在某种程度上能够解决目前制约我国氢能利用与发展的问题，如制氢与储氢基础设施不完善、高成本管网建设等。基于“碳达峰，碳中和”目标，如何有效应用与发展混氢天然气技术，是目前各相关人员需要考虑的问题。

1.混氢天然气技术应用的必要性分析

    化石能源是生产氢能的重要能源载体，是目前有着良好市场需求的消费型工业原料，但仍存在氢能源利用不足等问题。2030年与2060年是我国氢能消费潜力、碳减排潜力、可再生能源制氢潜力这三方面发展与提升的关键时间节点，但由于制氢、储氢等工艺环节的技术制约以及较高的管网建设成本投入，在一定程度上局限了氢能在我国各行业领域中的应用和发展[1]。基于“碳达峰，碳中和”目标，应用与发展混氢天然气技术，不仅能够打破我国氢能能源化利用不足的困境，也能满足可再生能源大规模消纳需求，减少能源领域碳排放，为我国能源系统向低碳化发展提供强有力技术支撑，深度挖掘我国氢能发展潜力，从而有效解决我国能源紧张的局面。

2.基于“碳达峰，碳中和”目标如何应用与发展混氢天然气技术

为了可以在我国能源系统中将混氢天然气进行合理应用，需要构建系统且全面的混氢天然气技术应用与发展路径。具体可从以下几个方面着手：

一是，加快技术瓶颈突破。控制与进一步降低可再生能源发电与水电解制氢技术方面的成本投入，以可再生能源发电与电解水装置转化二者效率双提高为抓手，以此提升可再生能源制氢在市场方面的竞争优势。鉴于我国是最大的可再生能源市场，必须加快混氢天然气技术的瓶颈突破，综合考虑混氢天然气与现有天然气基础设施二者间的相容性和适应性问题，结合目前耐氢改造方式及耐氢材料研究现状，积极开展基于混氢天然气管道建设与配套设备的试验研究活动，并做到相应安全风险评估，为混氢天然气技术应用与发展的实践路径构建提供专业数据支撑。例如，从目前天然气、氢气等能源的大规模存储角度出发，再根据我国综合能源布局特点，着力于研究适合存储混氢天然气的装置，持续优化和改进混氢天然气中氢气分离或提纯工艺，以此减少此方面成本投入，提高工艺效率。

二是，配气网络改造。由于氢能利用和发展受到制氢、储氢方面基础设施发展动力不足以及纯氢管网建设成本高等因素限制，综合考虑混氢天然气与现有天然气基础设施二者间的相容性和适应性问题，改造现有配气网络，有利于解决上述问题的同时，也能进一步提升我国可再生能源制氢潜力[2]。例如，将城市门站设置为上游天然气的注入端，在掌握本地区天然气、煤炭制氢工厂分布情况以及可再生能源区位特征的前提下，将集中式掺氢站在该区域合理设置，掺氢站同时可以满足氢气制取、气体混合等工艺操作需求。因以天然气、煤炭能源为主的制氢工艺生产的氢能均为“灰氢”，需要将其转化为“蓝氢”，充分利用当地出台的碳税政策，为其提供基础保障。集中式掺氢站可将充分混合后的混氢天然气通过改造后的配气管网进行输送，为燃气用户（城市居民、交通部门、工商企业等）提供燃料能源。针对存在纯氢需求的用户，可以采用氢气分离或提纯的方式从管输混氢天然气中获得纯氢。同时综合考虑本地区地质条件，是否符合地下储气库建设要求，通过合理建设地下储气库满足混氢天然气的调峰需求。此外，由于混氢天然气的掺氢比波动变化会直接影响热值计量结果准确性，相关部门需要将热值计量装置安装在用户侧，确保其收费计算精准。为有效防控混氢天然气泄漏、意外爆炸等风险，应将气体检测装置在管网附近定点布置，一旦出现混氢天然气泄露等情况时，气体检测装置能够第一时间发出警报并通知相关人员解决该问题，从而保障管网附近居民生命安全。

    三是，完善供应链建设。综合能源系统涉及到多个领域主体的利益，如政府部门、能源部门、化工部门等，当掺氢、分离等环节在混氢天然气供应链加入，必然会有新的利益主体增加，以实现综合能源系统规模化发展为导向，各行业领域间存在的壁垒打破非常必要，构建完善的供应链，有利于为制氢、掺混、存储、分离、运营等关键环节操作提供基础保障，维护与协调供应链上多方主体利益，既能积极促进氢能综合利用与发展，又能为优化混氢天然气技术应用顶层设计提供方便。基于“双碳”目标，构建符合我国能源利用特点的混氢天然气技术应用与发展的实践路径，设计与其相配套的供应链，以此达到进一步扩大氢能应用领域，挖掘新的氢能需求点，平衡市场氢能供需关系。与此同时，明确针对混氢天然气供应链统一构建的标准条件及规范，重点加强各环节管控，真正打破制约混氢天然气技术发展的各方阻碍。

结束语：综上所述，大规模、跨季节存储是氢能的基本特点，当出现电网故障、能源短缺等情况时，氢能可作为替代能源来使用，消除需求侧资源供应不足风险。氢能利用与发展的前提必须依靠强力的技术体系支撑。为了解决制氢、储氢方面存在的设施发展动力不足以及节约管网建设成本，提出应用与发展混氢天然气技术，以期打破我国氢能利用困境，真正减少能源领域碳排放，降低对化石能源依赖性，并助力“双碳”目标早日实现。

参考文献：

[1]李茜璐,唐柳怡. 混氢天然气在终端管网中应用的研究进展[J]. 油气储运,2022,41(04):381-390.

[2]邱玥,周苏洋,顾伟. “碳达峰、碳中和”目标下混氢天然气技术应用前景分析[J]. 中国电机工程学报,2022,42(04):1301-1321.