天然氣摻氫20年試驗(yàn),全球3大權(quán)威報(bào)告給出了5點(diǎn)結(jié)論
天然氣摻氫相關(guān)應(yīng)用技術(shù)在2000年之后開始被深入研究。其中有部分研究成果被公開。香橙會研究院選取全球有代表性的三份研究報(bào)告,幫助中國行業(yè)揭開天然氣摻氫應(yīng)用性質(zhì)的面紗。
3份報(bào)告介紹報(bào)告一:2002-2006年的Naturalhy項(xiàng)目報(bào)告
Naturalhy是一個綜合項(xiàng)目,該項(xiàng)目由歐盟委員會通過第六框架計(jì)劃(2002-2006)共同資助。Naturalhy認(rèn)為“將氫作為一種現(xiàn)實(shí)的能源選擇迫在眉睫,必須在現(xiàn)有廣泛的天然氣系統(tǒng)范圍內(nèi)采取切實(shí)可行的策略。這是在未來30至50年內(nèi)在歐洲大規(guī)模推廣氫氣的唯一現(xiàn)實(shí)解決方案!北敬雾(xiàng)目的直接目的為:發(fā)現(xiàn)并解決將氫氣逐步引入天然氣網(wǎng)絡(luò)的障礙。
細(xì)分目標(biāo)可以歸納為以下四個方面:
1、經(jīng)濟(jì)方面,分析過渡性天然氣/氫氣系統(tǒng)的社會經(jīng)濟(jì)影響,并將其與當(dāng)前的天然氣及相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行比較,特別是在創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會、維護(hù)、資本投資和總經(jīng)濟(jì)成本方面。
2、技術(shù)方面,對使用氫技術(shù)過程中的安全性,耐用性和管道完整性的問題將進(jìn)行調(diào)查并開發(fā)出新的設(shè)備。具體的聚焦點(diǎn)為爆炸、老化與修理。
3、法規(guī)方面,評估有關(guān)氫氣/天然氣混合物的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的現(xiàn)狀,并確定必要的修改并啟動所需的更改。
4、決策方面,開發(fā)決策支持工具,以評估現(xiàn)有天然氣系統(tǒng)(傳輸,存儲,分配,最終用戶基礎(chǔ)設(shè)施和最終用戶設(shè)備)對氫氣/天然氣混合物的適用性,并開發(fā)模型以確定經(jīng)濟(jì)性。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由39個合作伙伴組成的國際財(cái)團(tuán),由NV Nederlandse Gasunie統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。Gasunie成立于1963年,是荷蘭的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)輸公司。
由于Naturalhy項(xiàng)目具體的試驗(yàn)場所,手段,具體試驗(yàn)參數(shù)披露較少,并且關(guān)于結(jié)論方面的信息披露的也較為零散和專業(yè),在本文中先不對該項(xiàng)目具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)做深入討論,只對部分主要結(jié)論做展示。關(guān)于經(jīng)濟(jì)性方面,Naturalhy評估了通過富氫天然氣撬動氫能產(chǎn)業(yè)鏈的可行性。關(guān)于技術(shù)方面,Naturalhy主要披露了天然氣管道的修理方法、爆炸情況。
報(bào)告二:2008-2011年Sustainable Ameland項(xiàng)目報(bào)告
該項(xiàng)目第一次長時(shí)間測試了天然氣摻氫的家用性能。
該項(xiàng)目選擇了風(fēng)景秀麗的旅游小鎮(zhèn)Ameland Nes,通過用同樣材料建設(shè)通富氫天然氣的管道和用來對比的通純天然氣的管道,以此來研究富氫天然氣對管道的影響。項(xiàng)目第一年采用外運(yùn)瓶裝的氫氣進(jìn)行混合,此后三年的氫氣來源為試驗(yàn)地附近的太陽能發(fā)電制氫。
報(bào)告三:2013年美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)發(fā)布的《天然氣管道混入氫的關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告》
該報(bào)告為綜述性報(bào)告,總結(jié)了美國本土天然氣摻氫研究成果,并且也結(jié)合了全球其它重要的研究成果。該報(bào)告由天然氣技術(shù)研究院(GTI)完成,主要提供給NREL。項(xiàng)目也由“美國能源部的燃料電池技術(shù)項(xiàng)目”資助。該報(bào)告的完成得到了H2Pump LLC,NaturalHy項(xiàng)目,AP公司,Power & Energy Inc和CB&I Lummus Technology的支持。
本篇報(bào)告的數(shù)據(jù)主要來源于:NaturalHy報(bào)告,CTC(Concurrent Technologies Corp. PA, US)報(bào)告,IEA溫室氣體研究項(xiàng)目中的報(bào)告,以及美國機(jī)械工程師協(xié)會,美國天然氣基金會,美國石油協(xié)會,Hydrogenics公司,通用汽車公司,Directed Technologies, Inc,Radian International LLC,美國環(huán)境保護(hù)局,美國能源信息管理局,日本能源經(jīng)濟(jì)研究所,歐洲工業(yè)氣體協(xié)會,荷蘭GASTEC科技公司,荷蘭EET項(xiàng)目等研究成果。 香橙會研究院從上述三個報(bào)告中,提煉出凝練出經(jīng)濟(jì)社會意義、使用安全與管道耐久性以及終端家用情況三大方面結(jié)論分享給讀者。
HCNG是打開氫能社會的一把金鑰匙
由于可再生能源的波段性,區(qū)域局限性,其大規(guī)模使用不得不依賴高效并且靈活的能量存儲載體。同樣的能量,如果采用鹽穴儲氫,其成本比鋰離子電池存儲電能成本低100倍。而如果重新利用天然氣管道運(yùn)輸氫,其能力為電網(wǎng)輸送能力的效率高至少10倍(數(shù)據(jù)來源:歐洲2×40GW項(xiàng)目計(jì)劃)。然而由于下游缺乏對氫氣的應(yīng)用場景,且應(yīng)用端投資較大,上游便無法大規(guī)模生產(chǎn)氫氣,而這又導(dǎo)致了氫氣價(jià)格居高不下,下游的應(yīng)用則更難推廣。
天然氣摻氫HCNG(hydrogen compressed natural gas)也被稱為Hythan(hydrogen-methane-mixture)。由于其有潛力直接利用天然氣管道,投資少,可以直接接觸到廣泛的消費(fèi)者,產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益迅速,并且可以允許一部分的氫含量波動(此特點(diǎn)與可再生能源制氫具有間歇性的特點(diǎn)契合),因此被認(rèn)為是撬動氫能產(chǎn)業(yè)鏈,解決氫能全產(chǎn)業(yè)面臨的“先有雞還是現(xiàn)有蛋”問題的金鑰匙。
氫氣與天然氣基本性質(zhì)比較
首先,從氫和天然氣的基本參數(shù)對比(表1)可以看出:1、燃燒能量方面:氫氣密度較低,但單位質(zhì)量的燃燒熱遠(yuǎn)大于天然氣(氫約144MJ/kg,天然氣為47.5MJ/kg)。2、燃燒性質(zhì)方面:氫更容易點(diǎn)燃且其火焰速率要遠(yuǎn)快于天然氣。3、安全性方面:雖然氫在PE管道和鐵制管道中的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)高于天然氣5倍左右(表1,2),容易造成泄露,但是其在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)也遠(yuǎn)大于天然氣,這樣便不易造成擴(kuò)散后的聚集,從而降低了危險(xiǎn)性。
表1. 天然氣與氫基本參數(shù)對比(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)
表2. 氫在塑料管的氫和甲烷的滲透系數(shù)(單位10-3×ft3-mil/ft/day/psig)
資料來源:NREL
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