在众多氢能相关技术中，天然气掺氢正逐渐走红。

当前国内天然气掺氢示范项目在快速推进当中。比如近日，国内首条掺氢高压输气管道工程开工建设；“扎-乌”氢混天然气长输管线签约等；西门子能源E级燃气轮机实现20%掺氢燃烧等好消息。在今年的两会上，全国政协委员李家杰也呼吁推进天然气管道掺氢试点。

我国天然气掺氢技术发展前景如何，未来还需在哪些方面取得突破？

管道网路正徐徐铺开

天然气掺氢技术是将氢气以一定体积比例掺入天然气中，形成掺氢天然气，通过现有天然气管道进行输送，可直接替代天然气使用的一种能源技术。大量研究结果表明，天然气掺氢混合气体的燃烧能够改善终端设备的燃烧性能，减少氮氧化物污染和二氧化碳排放。

掺氢技术一直是我国氢气运输和规模化利用的重要研究方向，上海、吉林、辽宁、四川、内蒙古等省市的氢能产业发展规划中也都提到了天然气掺氢。

近年来，天然气掺氢管道规划建设加速。国电投、管道局、清华大学、内蒙古西部天然气公司、浙江能源天然气公司、宁东恒瑞燃气公司等企业和科研院所相继开展了一系列天然气掺氢管道示范项目。

由于当前氢能储运仍是“卡脖子”环节，天然气掺混氢气有利于氢的低成本储运和规模化利用。以掺氢比例10%-20%计算，等热值碳减排量在3.5%-7.6%；充分利用已有燃气管网基础设施，大规模、长距离输氢成本每百公里为0.3-0.8元/千克。

此外，天然气掺氢是燃气资源的有效补充，能够保障燃气供应安全。2022年天然气对外依存度高达40.5%，氢气替代部分天然气燃烧提供热能和电能，有利于缓解天然气供应压力，提升我国能源安全水平；另一方面，若能充分利用现有西气东输、川气东输等逾8万公里天然气主干管网和庞大的支线管网掺氢运输，不仅可低成本实现氢气大范围输运，更有力地促进西部可再生能源制氢的发展，为氢能产业提供绿色低廉的氢气，并对实现我国能源结构转型意义重大。

掺氢打开氢气应用场景

由于我国纯氢运输成本高，新兴氢能应用场景规模小等特点限制了氢气应用规模的进一步扩大。而天然气掺氢具备投资成本低，终端客户多等优点，未来或将成为氢能大规模应用场景之一。

今年2月9日，张家口市天然气掺氢入户示范项目参与人员在示范现场完成了混气撬调试、富氢灶具安装、通气入户及灶具点火等系列工作流程后，将“绿氢”混入天然气，通过管道输送至该小区20户居民家中。此次示范面向真实居民用户，将“绿氢”输送至居民家中，成为国内首个掺氢天然气入户应用示范。

李家杰表示，在香港城燃管网中氢的比例达49%，且已安全运行近50年。以我国天然气消费量计算，如掺氢比例为10%（体积比），可消纳1700多亿度绿电，大幅提高我国可再生能源在能源生产结构中的渗透率。

除了天然气掺氢除了民用外，也为燃气轮机的发展提供了巨大的增长空间。掺氢燃烧发电的燃气轮机正成为全球能源企业布局的新兴赛道。

目前，国内多家燃机厂商已经开始对掺氢燃气轮机展开探索，并取得了一定的进展。

2021年12月23日，国家电投荆门绿动电厂在运燃机，成功实现15%掺氢燃烧改造和运行，这是我国首次在重型燃机商业机组上实施掺氢燃烧改造试验和科研攻关，也是全球范围内首个在天然气商业机组中进行掺氢燃烧的联合循环、热电联供示范项目。

2022年9月29日，国家电投荆门绿动能源有限公司在运燃机成功实现30%掺氢燃烧改造和运行。改造后的燃机机组具备了0~30%掺氢运行条件下的灵活性，燃机掺氢运行过程中，系统各项指标稳定，整体方案可靠性得到充分验证。

今年2月14日，由哈电通用生产的首台国产HA级重型燃机在秦皇岛顺利下线，随即被运往惠州大亚湾石化区综合能源站。投运后将实现掺烧10%的氢气，一台机组年度运行下来，相比煤电发电厂可以减少150万吨以上的碳排放。

近日，西门子能源与杭州汽轮动力集团股份有限公司对舟山绿色石化基地年产4000万吨炼化一体化项目中的三台SGT5-2000E燃气轮机成功进行了混合气燃烧调试，掺氢比例达到20%，不仅降低了项目的用能成本，还能减少废气排放，从而为项目创造了新的价值。

在可再生能源的规模化发展以及气电行业的减排需求下，燃气轮机“掺氢”技术的发展，在提高天然气燃烧效率的同时，也能有效缓解天然气用量，减少对天然气依赖，保障轮机燃料安全稳定。

另一方面，掺氢具有减碳环保效益，可以显著削减燃烧过程中温室气体的总排放量。根据国家电投集团的数据，荆门一台54兆瓦的燃机，掺氢30%后，每年可减少二氧化碳排放1.8万吨以上。

而减掉的二氧化碳排放，还能给企业带来实实在在的资产收益。据国家电投集团荆门绿动能源有限公司测算，在完全掺氢运行情况下，每年约能节省7.8万吨碳配额。富余的碳配额参与交易后，按照目前市场价55元/吨计算，每年约能实现超400万元的碳资产收益。

此外，天然气掺氢燃料在交通领域也具备较好推广价值。据数据显示，截至去年底我国天然气汽车保有量已突破702万辆。研究表明，在天然气中掺混20%的氢气，天然气汽车和加气设施改动小，发动机热效率可提高15%，经济性提高8%，污染物排放降低60%~80%。

天然气掺氢仍面临挑战

虽然发展潜力和减碳价值备受公认，但想真正让天然气掺氢实现商业化，目前来看，还有较长的路要走。

从经济性方面来看，天然气掺氢成本不占优势。天然气管道掺氢输送，可在短期内以相对少的投入，实现氢能长距离、大规模运输。然而，同样体积氢气的热值只有天然气的1/3，若要保证天然气掺氢后在终端提供相同热值，氢价理论上也应是气价的1/3。按照天然气门站价格1.8元/立方米计算，氢气价格应为6-7元/千克，而这个价格远低于现阶段的制氢成本。

从安全性方面来看，天然气掺氢风险较高。氢气与天然气掺混后，由于氢含量增加，在管道局部区域可能会达到饱和，使材料的韧性降低，诱发裂纹或产生滞后断裂，造成氢脆；另外氢的掺入会使点火能量降低、泄漏速率加快、可燃范围增大，掺氢比例的增加会使泄漏、燃爆危险相应增加。现阶段我国在掺氢管道设计、制造、运行、维护、检测等方面经验尚不成熟，标准规范也尚未出台。

综上所述，天然气掺氢管道在成本、技术、标准上距离规模化推广仍需要一段时间。

在“双碳”目标背景下，各行业的深度脱碳是未来的必然发展趋势。尤其氢能在我国能源绿色低碳转型中的战略定位已经确立，基于长期考虑下，天然气掺氢作为有效输送和利用氢气的重要方式，管网建设必须前置，才能保证多元化氢储运体系的建设。而在上游的天然气掺氢领域关键问题得到解决后，天然气掺氢将成为氢能大规模应用场景之一。