編者按：12月7日，由中國能源研究會分布式能源專業委員會、中國能源網主辦，中華環保聯合會支持，國際環保機構綠色和平承辦的《分布式可再生能源助力鄉村振興和新型城鎮化建設》線上研討會順利召開。會上，中石油集團發展計劃部副總經濟師朱興珊做了主題為《天然氣摻氫一種低碳發展的重要途徑》的報告。

以下內容根據論壇演講實錄進行整理。

朱興珊：我今天分享的題目是天然氣摻氫一種低碳發展的主要路徑。

分三個方面。首先介紹一下總體的概況。氫能已經成為全球公認的促進能源轉型和低碳發展的關鍵能源，歐美和日韓等國家已經將氫能作為能源體系脫碳的重要組成和綠色經濟復蘇的新引擎，紛紛制定了國家氫能戰略和發展路線圖。我們國家也制定了一個氫能發展中長期規劃，明確了底層設計，將氫能作為國家未來體系的重要組成部分，根據不同的機構預測2050年全球氫能的需求占比從12%-22%不等，各家的觀點不一致，至少是12%，歐盟比例高一點，占了24%。

大家知道二十大提出了新型能源體系，我們認為氫能是我國建設新型能源體系的重要載體，為什么這么說?就是因為氫能它是可以靈活的進行能量轉化，可以耦合熱網，電網，可以在燃料和原料之間進行切換，促進多能互補的能源網絡的建設，也是未來能源互聯網建設的一個重要紐帶。關于新型能源體系我們認為它是新型電力體系+現代能源體系的繼承和發揚，我覺得新型能源體系仍然強調清潔低碳，安全高效和高比例可再生能源這個特點，這是新型電力系統和新型能源體系的主要特點。

但是對于系統的靈活性支撐我認為它將超越電力系統，在更大范圍內或者多能互補進行支撐，特別是原料和燃料之間的切換，充分發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。在這個大系統里面可以更好的解決系統的靈活性和穩定性的問題。我們認為天然氣和氫在支撐靈活性里面可以發揮更大的作用，一方面可以儲存，另一方面在燃料和原料進行切換，增加靈活性。從應用范圍看屬于清潔低碳的，廣泛應用工業、發電、建筑、交通各個行業，從中國氫能聯盟預測看，我們目前關注的大部分交通領域，真正到了2050年，2060年交通領域并不是一個最主要的領域，真正最大的用途還是在工業領域和發電領域。

還有天然氣摻氫可以推動天然氣和氫能的融合發展，是實現深度脫碳的重要選擇。氫氣和天然氣在產業鏈上具有相似的環節和特點，在儲運環節和發電，建筑工業等應用場景具有大量融合發展的機會，天然氣的摻氫技術不僅有助于氫能的儲運和利用，有效降低天然氣利用的碳排放強度。天然氣摻氫之后它的碳排放強度對大大的下降，并且還可以減輕天然氣的保供壓力，因為把氫摻到天然氣里面，增加了供應量，有助于保障國家能源安全。

摻氫應用已經有一定的基礎，這張表是我從網上找的，總結下來的，但是不是特別全，大概反映了燃氣輪機摻氫的示范項目，在小型燃機基本上摻氫已經比較成熟了，一直到100%的都有，但是大型的燃機現在真正應用的還不多，正在示范的也就是10%左右，可能將來進一步發展，按照這個規劃一般到2025年能摻30%左右，2030年摻到100%。

我們國家主要是國電投進行了工作比較多，成功實現了15%的摻氫燃燒改造和運行，計劃2020年底開展30%的摻氫燃燒。還有廣東能源集團下面的貴州大亞灣石化區的綜合能源站，用了GE兩臺H機組，按照10%的摻氫比例進行混合燃燒，現在正在進行建設，預計2023年投入使用。

從已經成熟的技術來說，比如說GE的航改G機最高摻氫85%，E機100%，F機100%，H機從技術上可以摻50%，但是沒有真正運行的項目。從西門子摻氫燃機來看，也是小型燃機能達到100%，有的30%左右，不同的機型都不一樣。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，大部分在實驗或者示范的階段。

看看摻氫有什么優勢，還有什么挑戰。有利于氫氣的低成本儲運和規模化的利用。氫的儲運也是氫產業的痛點，制約氫能規模發展的主要問題，采用天然氣摻氫可以用現有的設施，小比例的摻混，或者新建摻氫儲運設施，這個比例還可以進一步提高，實現氫能的低成本，大規模的儲運，同時可以避免油氣儲運設施的浪費。從我們能源轉型的趨勢看，在2030年石油達到高峰，到2040年天然氣達到高峰，以后需求是下降的，所以我們建的這個儲運設施到了高峰期一部分閑置，如果用氫的儲運利用起來，或者在天然氣里面摻上氫之后，可以延長這些基礎設施的壽命。目前各個國家摻混比例來看已經實現了管道摻氫的，歐盟最多摻12%，示范的項目最多達到30%，德國是5%-10%。

如果我們燃機摻綠氫，可能解決大型新能源基地的綠電消納問題。大家知道風電和光伏具有波動性，隨機性，需要更多的靈活性支撐，我們用摻氫的燃機可以調峰，解決這個問題。再一個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在陜北地區，經濟不發達，人口不稠密，這個時候要建特高壓運出來，現在特高壓的通道也有問題，建設也跟不上節奏，如果我們在本地把它變成綠氫摻到管道里面運輸出來，這也是消納可再生能源很好的途徑。

再有我們可以把兩個功能結合，發揮大型綜合能源基地的風能，太陽能，太陽氣資源的組合優勢，通過綠電制氫，地下儲氣庫儲氫，構建風光氣儲氫多能互補的系統，解決消納和靈活性的問題。

有什么挑戰?主要現在還是成熟的項目并不多，主要由于缺乏規范和標準體系，對不同摻氫比例的適應性研究不深，如何提高儲運和終端設備的摻氫比例研究不夠，缺乏相關適應摻氫材料的研發。不同摻氫管道，儲罐，壓縮機，內燃機，鍋爐等終端的用能設備在設計、制造、運行、維護、檢測方面標準規范是缺乏的，我們已有的標準，氫的標準多一點，摻氫的標準很少，現在查到只有煤制合成天然氣的規范，一類氣的氫燃量不超過3.5，二類氣不超過5，進入天然氣管道里面天然氣摻氫不能超過3%，即使在這樣規定比較明確的時候，現在我們往常熟管道里面專門摻氫是很難的，管道的運營商是不運行的。沒有經過大量的研究和實驗，他們不敢做。

再舉個例子，燃機摻氫也存在很多技術的瓶頸。因為在摻氫燃燒的技術里面，要考慮氫含量增加導致自燃的風險等等，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，適應更高氫氣的體積流量，需要應對輸送壓力和溫度變化帶來的管道和輔助設備清退的風險，考慮氫氣的密閉問題。特別是像下面這個圖可以看到，氫氣和天然氣化學性質差別很大，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。這是個人的思考，不是太成熟。一個是我認為好鋼用在刀刃上，氫氣首先要用來解決可再生能源不穩定性和消納的問題，應該首先用于風光氣儲氫大基地和管道的外輸。解決無法用電的脫碳領域，比如說遠洋運輸，要大規模的應用，而不是小打小鬧的，應用在工業領域，工業鍋爐，冶金等等。

我們把風電氣儲能大基地這個問題展開講一下，這張圖表達了比較清晰了，比如說油田，油田油氣管網，配電網，地下儲氫庫，天然氣資源，這就具備了風光氣儲能一體化大基地的條件，從電源來說一個是風電光伏，可以用天然氣發電。從儲能的角度來說可以用壓縮空氣儲能，可以用電化學儲能，我們風光氣儲能一體化大基地就是用調峰氣電+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，進行調峰發電，或者一部分直接摻混，這樣可以解決氣電，一個是天然氣供應問題，還有碳排放量比較高的問題，如果是油田有需求，可以進行碳捕捉驅油。還有多余的電，電解水可以研究在當地進行利用，在交通領域，分布式能源和工業領域都可以應用。如果當地用不了，還可以利用現有的管道摻氫外輸，這是最主要的應用領域。

這種風光氣儲能大基地的示范作用還是非常強的，一個是助力國家清潔能源產業高地的建設，提升國家電力供應保障能力。推動重型燃機國產化和自主運維，摻氫燃機，燃料電池，燃料電站的核心技術攻關，帶動氫能全產業鏈發展。關于重型燃機，現在天然氣燃機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，跳過純天然氣燃機的階段，打通天然氣綠電CCUS的全產業鏈，以一體化新能源大基地為基礎，促進地方經濟發展。

應用場景要用已有的基礎設施，這樣才會便宜。摻氫管道運輸如果我們長距離運輸問題解決了，就可以摻到管道里面進行分布式能源了，今天我們這個會主要講分布式能源，分布式能源現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，這種模式經濟上劃不了。在遠方能源大基地有很便宜的氫進來，可以做分布式能源，可以用家庭使用。現在有幾個結論，對不對我沒有進一步考察，從文獻里看當天然氣摻氫體積小于10%的時候，使用不高于X52的管道沒有什么問題，鋼級高于X52的天然氣管道要進行實驗，這個東西需要研究。

中海油新能源研究院的研究，在氫氣體積為16.7%的時候，輸氣壓力12兆帕的工況下，使用X70的鋼，鋼的機械性能不會發生下降。城市配氣管網摻氫比例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，燃氣電廠，內燃機均可以通過改造來使用燃氣摻氫。

第二部分，幾點思考。這幾點是我想的問題，沒有想的太清楚。一個是摻氫和純氫哪一個現在優先，我認為在目前我們這個國家，這個階段，我們覺得摻氫是優先的，因為只有摻氫才能實現大規模的運用，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過長距離輸送之后再提純，成本又上來了，我認為沒有必要提純，直接燒就可以。

三是大型的燃機摻氫之后要不要配套CCUS，我認為沒有必要強制的配套CCUS，根據當時的經濟情況。

四是改造和新建。先利用現有的設施改造，然后考慮新建摻氫的這些應用。新建的大型燃機應該優先選用摻氫，最起碼我們現在規劃的調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用。

提一些建議。第一，我們覺得現在對天然氣摻氫這個事從社會上，從國家層面重視程度都不夠，應該更加重視天然氣摻氫問題，加強頂層設計。包括規劃，一些科技的規劃，戰略的規劃以及標準的制定，政策的完善等等工作。

第二，加強對天然氣摻氫技術攻關和標準體系的研究。標準也是建立在研究的基礎上，這兩個是一碼事，建議政府院校，企業，行業協會產學研用還有金融機構共同來做這個事。

第三，推動摻氫應用示范。我們現在處于起步階段，企業的參與度不高，很多問題缺乏了解，有待探索，通過試點示范帶動產業的發展。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，管道摻氫，還有摻氫的燃機等等這方面開展示范和實驗。

我要說的就是這些，謝謝各位聆聽。