天然气管道掺氢输送条件和应用场景展望

氢能是未来能源发展方向之一,被认为是未来的终极能源。天然气管道掺氢输送并在终端使用,将会不断扩大氢能应用场景,为碳达峰、碳减排做贡献。首先介绍了国内天然气管道掺氢输送最新前沿的研究应用现状,然后以陕西省为例,从政策、产业布局、资源条件及现状等方面综合分析了开展天然气掺氢输送的可行性及发展建议,旨在为促进氢能产业和天然气掺氢技术的推广发展提供指引。     

掺氢天然气管道输送研究进展和挑战

风电、光电的波动性是其发展的重要制约因素之一。国际上普遍认为,可再生能源制氢结合在役天然气管网掺氢输送的技术是解决大规模风光电消纳问题的有效途径之一。本文介绍了掺氢天然气管道输送应用示范项目,综述了管材氢相容性、设备掺氢适应性、管道运行安全保障以及标准体系建设4个方面的研究进展,并指出了目前发展掺氢天然气管道输送面临的问题与挑战。结合我国掺氢天然气管道输送发展现状,本文建议统筹规划掺氢天然气管道输送网络,因地制宜有序推进掺氢天然气基础设施建设,加强管材氢相容性、管网设备和部件掺氢适应性以及管道运行安全保障技术研究,逐步开展掺氢天然气输送技术应用示范,加快制定掺氢天然气管道输送规范标准,促进氢能产业发展。     

关于天然气管网安全掺氢比10%的商榷

大力发展氢能是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径之一。将氢气掺入现有天然气管网利于实现氢能经济高效、大规模输送与应用。安全掺氢比是掺氢天然气管输系统有待解决的关键问题之一。有观点提出当掺氢天然气中的掺氢比在10%以下时,可无需加以验证地直接通过天然气管网输送。本文提出从目前来看,该观点不成立。文章从管网系统掺氢适应性、示范项目掺氢比探讨和标准规范3个方面阐述了个中缘由。文中指出,掺氢天然气管输技术正处于起步阶段,其安全保障还面临诸多挑战,任何结论都需要经过反复论证和验证,以稳步推动氢能产业发展。     

"双碳"目标下我国氢能产业发展路线研判

"双碳"目标出台后,我国氢能产业步入快速发展阶段.预计当前至2030年是我国氢能产业发展的奠基期,这一时期氢气将经历由化工原料向交通燃料的角色转换,蓝氢、绿氢技术成熟且实现商业化.绿氢时代我国将形成绿电制氢、依托天然气管网跨区域输氢、氢储能、分布式天然气制氢及系列氢走廊建设等氢能重点工程,构成氢能发展路线.目前地方发展氢能积极性高,建议及时制定出台国家层面氢能发展规划,攻关氢能领域核心技术,进一步完善氢能产业系列标准,加大氢能发展政策支持以及组建氢发展联盟,促进氢能产业实现可持续发展.     

我国氢能产业发展和氢资源探讨

分析了我国氢能产业近期发展情况,我国氢能产业正步入快速发展机遇期。指出氢能是21世纪最具发展潜力的一种清洁二次能源,具有"清洁、高效、安全、可持续"四大特点,被誉为未来世界能源架构的核心。重点讨论了我国氢资源和绿色氢气制备问题,指出目前实际使用的氢气包括"灰氢""蓝氢"和"绿氢"三大类,显然"灰氢"不可取,"蓝氢"可以用,"废氢"可回收,"绿氢"是方向。讨论了加快氢能系统建设,建立发展氢气存储和运输系统及加氢站基础设施建设等问题。未来,我国氢能产业发展潜力巨大,但是在下决心大力发展氢能产业时,需要高度注意目前存在的实际情况和困难,要防范一系列的产业风险,做到有序发展,稳中有进,才能实施氢能产业的可持续发展。     

掺氢天然气输送管道放空系统适应性分析

针对天然气掺入氢气后其物性参数发生改变,放空过程的温度压力等变化规律也会因此发生改变的问题,采用TGNET软件建立掺氢天然气输送管道放空管路模型,分析放空过程中放空口温度、压力、泄放流量等参数的变化规律,并对比不同掺氢量、管内温度、管内压力情况下的放空过程。结果表明：紧急放空方式下,掺氢量对于放空过程影响很小;计划放空...     

掺氢天然气管道输送安全技术

介绍了利用现有天然气管道进行掺氢天然气输送的安全问题,总结了掺氢天然气与材料相容性、泄漏与积聚、完整性管理及风险评估等方面的研究现状,讨论了掺氢天然气管道输送研究进一步所需解决的安全问题。     

煤化工企业转型氢能的路线探讨

煤化工产业目前面临环保、碳减排、生存压力,亟待转型升级.煤制天然气工厂可以在不影响主产品的基础上,调整部分工艺路线提纯氢气,为煤化工企业新增一个高价值副产品,但氢气如何跨越地域运输尚无报道.综述了气氢液化、储氢材料储氢、长输管道掺氢3种技术路线的可行性和有利条件,借助氢能产业蓬勃发展之势,实现煤化工产业的转型升级.     

氢泵法分离氢气技术研究现状分析及优化建议

混氢天然气输送技术是近年发达国家提出的氢气输送新方案,该技术利用现有的天然气管道设施,有效避免了大规模输氢管网的建设投资,可以解决氢气规模化长距离运输的难题。电化学氢泵作为一种创新形式的氢气分离提纯装置,相较于传统的氢气分离手段,它对于长距离混输天然气下游用户分离氢气具有较大优势,剩余甲烷等气体可作燃料气继续使用。通过氢泵法分离得到高纯度产品氢气的同时可以对氢气进行压缩输出,进而一步实现氢气的提纯和压缩。     

我国管道输氢发展SWOT分析

氢能作为优质的清洁能源,被看作传统化石能源的替代品,其大规模发展应用已成为石化行业转型升级的新趋势,而管道输氢作为实现氢能大规模、长距离运输的终极模式,是否可以广泛建设应用成为大家较为关注的问题。立足于氢能产业发展需求,对我国管道输氢发展进行SWOT分析,通过分析发现管道输氢发展优势与劣势并存,机遇与威胁同在。最后,根据分析结果提出管道输氢的改进对策建议及今后发展目标,为实现管道长距离大规模输氢提供一定理论基础。     

以生物质为原料的未来绿色氢能

目前开发氢能技术已具备了推广应用的基本条件,而发展生物质为原料的绿色氢能将有助于解决氢气来源绿色化与氢气储运成本两大问题。本文首先从解决氢能源发展制约因素、实现碳中和目标、加速生物质资源化能源化利用的角度阐述了发展生物质绿色氢能的意义。接着,从氢能产业的政策环境和技术成熟度分析出发,对我国氢能源的制取和储运技术发展现状及存在的问题进行了分析,比较高压、液氢和含氢化合物作为氢载体储运的几种方式,提出以生物质作为氢载体储运具有的突出优势。最后,探讨了生物质氢载体未来的发展方向,对氢生产和储运的多条技术路径成本和产业化前景进行了初步技术经济分析,指出以生物质为原料生产的甲烷、甲醇和乙醇有望成为最先实现产业化的储氢载体,在未来将有可能成为实现氢燃料电池“绿色化”的一种经济可行的方式。     

新型双压Linde-Hampson氢液化工艺设计与分析

为降低氢液化厂的生产能耗与投资成本,加快我国氢能商业化、民用化的发展,本文提出了一种采用液化天然气（LNG）预冷的新型双压Linde-Hampson（L-H）氢液化工艺系统。系统的设计液氢产量为5t/d,采用膨胀降温与换热冷却相结合的方法实现了对氢气的深冷。借助Aspen HYSYS软件对工艺流程展开了详细的模拟计算与分析,结果表明,该氢液化系统的比能耗为9.802,?效率为41.4%,系统的总?损失为1373.3kW,其中换热设备的?损失占主要部分;在对系统中关键参数进行的灵敏度分析中发现,氢气预压缩压力在2~4MPa范围内变化对液化系统的比能耗和氢气液化率影响较大,而LNG的加压压力对系统性能影响较小。新型氢液化工艺系统设备简单,投资成本较低,具备良好的液化性能,在未来中小型氢液化厂的建设中优势明显。     

氢气液化及输送经济性分析

结合液氢技术发展,比较在不同场景下、不同氢气运输方式与液氢运输方式的经济性,认为高昂的液化成本是目前制约液氢发展的主要因素。通过对装置规模、外购电价等进行分析,得出电价是影响成本的关键因素。因此,在电、氢资源丰富、廉价的地区对氢气进行液化可以降低成本。同时,长距离输送比气态输氢辐射面更广、更具经济性。探索液氢装置的经济规律,分析液氢在交通领域的经济性,为推动液氢技术广泛应用、助力氢能产业高质量发展提供参考和借鉴。     

掺氢天然气在家用燃烧器中的燃烧特性

为了降低CO2排放,缓解天然气供应压力,促进氢能规模消纳,掺氢天然气被认为是最有前途的途径之一。目前,掺氢天然气的研究主要集中在工业上,本工作基于以掺氢天然气为燃料的家用大气式燃烧器的燃烧特性,利用Fluent软件结合GRI 2.11化学反应机理文件,建立燃烧器二维轴对称模型,对比数值模拟结果与实验结果,验证了数值模型的合理性;分析了燃料与空气不同预混量以及二次风流速对燃烧器的燃烧温度、主要自由基含量、燃烧污染物等的影响规律。结果表明,随着预混量(一次空气系数)增大,峰值温度大幅度升高,NO峰值质量分数先增大后降低,CO峰值质量分数逐渐增大;随着二次风流速(过量空气系数)增大,温度与污染物含量变化很小,与预混量的影响相比,二次风流速的影响几乎可以忽略不计。     

玻璃熔窑中天然气/氢气混合燃料的燃烧过程仿真研究

推动硅酸盐材料制造过程的低碳排放对于实现碳达峰、碳中和总体战略目标意义重大。本工作以平板玻璃窑炉为基础，采用数值模拟方法开展氢能在玻璃窑炉中应用的基础研究。分析采用天然气/氢气混合燃料对玻璃窑炉燃烧空间温度场/速度场分布、燃烧生成烟气成分的影响，预测氢能在玻璃窑炉中应用的可行性。结果表明，采用天然气/氢气混合燃料为玻璃液熔化提供能量，可以保证玻璃窑炉温度制度稳定。采用天然气/氢气混合燃料供能，燃料燃烧速率加快，释放热量集中，掺氢体积比为20%及以上时，燃烧形成的火焰长度会明显缩短，而热烟气在窑炉内停留时间延长。对比基础窑炉，采用掺氢比例40%的燃料，窑炉总烟气排放质量减少了4.13%,CO₂排放质量减少了12.50%，烟气中NO_x浓度由1 093 mg·Nm^–3 (干燥，8%O₂条件下)增加至1 282 mg·Nm^–3 (干燥，8%O₂条件下)。为推动氢能在硅酸盐制造领域的应用还需开展燃烧系统设计、耐火材料侵蚀等方面研究，以解决氢能在大型窑炉中应用存在的问...     

化石原料制氢技术发展现状与经济性分析

对煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢以及工业副产回收氢气等化石原料制氢技术发展现状进行了详细分析,研究对比了几种化石原料制氢技术的生产成本与经济性,并对化石原料制氢产业发展前景进行了深入思考,总体认为：煤制氢具有资源成本优势,是实现大规模制氢的首选技术;天然气制氢发展潜力大,但目前存在资源约束和成本较高的问题;工业副产回收氢气是未来颇具发展潜力的制氢方式;甲醇制氢规模灵活,但存在设备成本高、稳定性较差等不足。在当前太阳能等新能源制氢技术尚未成熟的现实条件下,化石原料制氢必将担当主要角色,未来氢能产业必将是化石原料制氢与电解水制氢、新能源制氢多种方式共存、多元化发展的供给格局。     

我国典型城市氢能经济性和低成本氢源探索分析

氢能经济性一直是氢能与燃料电池汽车产业发展关注的重点。本文构建了一种简洁、有效的加氢站氢气成本计算模型,可适用于现阶段已投入运行的加氢站经济性研究计算。应用该成本计算模型,通过实地调研,本文得到了张家口、郑州、盐城、佛山等地典型加氢站的氢气成本,经对比分析可知,由于氢气来源、储运距离、应用端市场规模等现实条件不同,加氢站的氢能经济性具有很大差异。为进一步提升氢能经济性、探索加氢站氢气成本低于40CNY/kg的可行性,本文以张家口市氢气来源于风电电解水制氢的某加氢站为例,详细分析其氢气成本构成情况,得出低成本氢源开发对于降低加氢站氢气成本具有重要意义。本文还根据氢能产业发展现状和在交通领域的应用前景,从降低氢气制取成本、氢气储运成本、加氢站固定资产折旧及运营成本等方面为进一步提升氢能经济性、降低加氢站氢气成本提出建议。     

混氢天然气燃气互换性研究

混氢天然气具有燃烧速度快,能够降低碳排放等技术优势。通过分析混氢天然气性质的变化,合理确定天然气掺混氢气的比例,以适应终端用户燃具。     

玻璃熔窑天然气掺氢燃烧探究

当前国内还没有玻璃企业直接将氢气用于玻璃熔窑燃烧,也没有在天然气中掺入一定量的氢气进行混合燃烧,以降低玻璃熔化过程中的碳排放量,来实现生产过程降低碳排放的目的。根据天然气掺氢燃烧特性,探究玻璃熔窑天然气燃烧系统中掺氢的三个不同燃烧方案,为玻璃企业提供参考和借鉴。     

加氢站供氢模式的选择及制氢技术的 研究现状分析

通过对集中式供氢和分布式供氢两种供氢模式的技术进展和成本的分析,说明分布式供氢模式是加氢站氢气来源的首选。对天然气制氢、甲醇制氢和电解水制氢的成本和原料供应情况进行了对比,阐述了甲醇制氢的优势。总结了近年甲醇制氢技术的发展趋势,包括传统甲醇制氢技术以及甲醇制氢的一些新技术,通过相关阐述,为加氢站供氢模式的选择和氢能产业的发展提供参考。