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发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

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天然气掺氢相关应用技术在2000年之后开始被深入研究。其中有部分研究成果被公开。香橙会研究院选取全球有代表的三份研究报告，帮助中国行业揭开天然气掺氢应用质的面纱。

（来源：微信公众号“香橙会研究院” ID：xch-club 作者：张宇）

3份报告介绍

报告一：2002-2006年的Naturalhy项目报告

Naturalhy是一个综合项目，该项目由欧盟委员会通过第六框架计划（2002-2006）共同资助。Naturalhy认为“将氢作为一种现实的能源选择迫在眉睫，必须在现有广泛的天然气系统范围内采取切实可行的策略。这是在未来30至50年内在欧洲大规模推广氢气的唯一现实解决方案。”本次项目的直接目的为：发现并解决将氢气逐步引入天然气网络的障碍。

细分目标可以归纳为以下四个方面：

1、经济方面，分析过渡天然气/氢气系统的社会经济影响，并将其与当前的天然气及相关系统进行比较，特别是在创造就业机会、维护、资本投资和总经济成本方面。

2、技术方面，对使用氢技术过程中的安全，耐用和管道完整的问题将进行调查并开发出新的设备。具体的聚焦点为爆炸、老化与修理。

3、法规方面，评估有关氢气/天然气混合物的标准和法规的现状，并确定必要的修改并启动所需的更改。

4、决策方面，开发决策支持工具，以评估现有天然气系统（传输，存储，分配，最终用户基础设施和最终用户设备）对氢气/天然气混合物的适用，并开发模型以确定经济。

项目团队由39个合作伙伴组成的国际财团，由NV Nederlandse Gasunie统筹协调。Gasunie成立于1963年，是荷兰的天然气基础设施和运输公司。

由于Naturalhy项目具体的试验场所，手段，具体试验参数披露较少，并且关于结论方面的信息披露的也较为零散和专业，在本文中先不对该项目具体的试验数据做深入讨论，只对部分主要结论做展示。关于经济方面，Naturalhy评估了通过富氢天然气撬动氢能产业链的可行。关于技术方面，Naturalhy主要披露了天然气管道的修理方法、爆炸情况。

报告二：2008-2011年Sustainable Ameland项目报告

该项目第一次长时间测试了天然气掺氢的家用能。

该项目选择了风景秀丽的旅游小镇Ameland Nes，通过用同样材料建设通富氢天然气的管道和用来对比的通纯天然气的管道，以此来研究富氢天然气对管道的影响。项目第一年采用外运瓶装的氢气进行混合，此后三年的氢气来源为试验地附近的太阳能发电制氢。

报告三：2013年美国国家可再生能源实验室（NREL）发布的《天然气管道混入氢的关键技术报告》

该报告为综述报告，总结了美国本土天然气掺氢研究成果，并且也结合了全球其它重要的研究成果。该报告由天然气技术研究院(GTI)完成，主要提供给NREL。项目也由“美国能源部的燃料电池技术项目”资助。该报告的完成得到了H2Pump LLC，NaturalHy项目，AP公司，Power Energy Inc和CBI Lummus Technology的支持。

本篇报告的数据主要来源于：NaturalHy报告，CTC（Concurrent Technologies Corp. PA, US）报告，IEA温室气体研究项目中的报告，以及美国机械工程师协会，美国天然气基金会，美国石油协会，Hydrogenics公司，通用汽车公司，Directed Technologies, Inc，Radian International LLC，美国环境保护局，美国能源信息管理局，日本能源经济研究所，欧洲工业气体协会，荷兰GASTEC科技公司，荷兰EET项目等研究成果。香橙会研究院从上述三个报告中，提炼出凝练出经济社会意义、使用安全与管道耐久以及终端家用情况三大方面结论分享给读者。

1.HCNG是打开氢能社会的一把金钥匙

由于可再生能源的波段，区域局限，其大规模使用不得不依赖高效并且灵活的能量存储载体。同样的能量，如果采用盐穴储氢，其成本比锂离子电池存储电能成本低100倍。而如果重新利用天然气管道运输氢，其能力为电网输送能力的效率高至少10倍（数据来源：欧洲2×40GW项目计划）。然而由于下游缺乏对氢气的应用场景，且应用端投资较大，上游便无法大规模生产氢气，而这又导致了氢气价格居高不下，下游的应用则更难推广。

天然气掺氢HCNG（hydrogen compressed natural gas）也被称为Hythan（hydrogen-methane-mixture）。由于其有潜力直接利用天然气管道，投资少，可以直接接触到广泛的消费者，产生经济效益迅速，并且可以允许一部分的氢含量波动（此特点与可再生能源制氢具有间歇的特点契合），因此被认为是撬动氢能产业链，解决氢能全产业面临的“先有鸡还是现有蛋”问题的金钥匙。

2.氢气与天然气基本质比较

首先，从氢和天然气的基本参数对比（表1）可以看出：1、燃烧能量方面：氢气密度较低，但单位质量的燃烧热远大于天然气（氢约144MJ/kg，天然气为47.5MJ/kg）。2、燃烧质方面：氢更容易点燃且其火焰速率要远快于天然气。3、安全方面：虽然氢在PE管道和铁制管道中的扩散系数远高于天然气5倍左右（表1，2），容易造成泄露，但是其在空气中的扩散系数也远大于天然气，这样便不易造成扩散后的聚集，从而降低了危险。

表1.天然气与氢基本参数对比（标准大气压下）

表2. 氢在塑料管的氢和甲烷的渗透系数（单位10-3×ft3-mil/ft/day/psig）

资料来源：NREL

3.氢脆与泄露不是拦路虎

许多钢都容易发生氢脆（如图1），即材料接触氢时，在低于屈服强度的持续载荷下发生脆断裂。氢浓度和操作压力是导致氢脆的最关键因素。而如果是使用低强度钢的管道，其主要的氢损伤是拉伸延的丧失或起泡，但通常在氢环境下以延断裂而非灾难脆断裂。氢损伤的严重程度在很大程度上取决于氢浓度和操作压力。

在中低压力（290 psig（20 bar））管道系统中，由于管道运行抗拉强度相对于设计强度较低，因此对氢增强裂纹增长的影响要小得多。在全世界范围内，在压力低于290 psig （20 bar）的情况下成功运输纯氢已有很长的历史，在过去的几十年里没有出现操作问题。

资料来源：NREL

图1. 氢脆过程

对于其他金属管道，包括球墨铸铁、铸铁和锻铁以及铜管道，在天然气运输系统的一般操作条件下，不需要担心氢损伤。关于氢老化对聚乙烯（PE）或聚氯乙烯（PVC）管道材料的影响，也没有大的担忧。大多数用于天然气管道系统的弹体材料也可与氢相兼容。

4.安全综合评估

此处根据天然气管道的不同模块，分开讨论HCNG在其中的安全能。参照美国国家可再生能源实验室技术报告对天然气管道的分类，天然气管道可以分为：收集段线路、主干道传输线路、主支线传输线路和终端服务分配传输线路四大模块（如图2）。各环节所用材料等在不同地区都会有所不同，具体情况还应具体处理。此处给出披露的研究结论作为参考。

资料来源：NREL

图2.包含收集线路、输配主干线、分配主线和分配服务线的天然气供应链

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