氢气-天然气混合燃烧将会更容易被大规模利用
发布日期：2019/6/10
氢气-天然气混合燃烧是氢能的另一种利用方式，英国的Hydeploy项目似乎也认为，这种方式将会更容易被大规模利用，并实现低碳社会的目标。
Hydeploy是英国第一个向气体网络注入氢气的示范项目，氢气注入体积比达到20%，旨在为英国境内的氢气混合市场提供一个先锋平台。
Hydeploy是一个为期6年的项目，于2017年启动，预计于2023年完成。该项目包括三个单独的试验，将20%体积的氢气混合到气基尔大学的专用网络中和NGN、Cadent的网络中。
该项目的总体目标是为氢气-天然气混合提供安全案例，并促进清除启动氢混合市场所需的监管障碍。项目结束时的目标是将能够让氢气生产商像现在的生物甲烷供应商一样向天然气网络中注入氢气。
氢气混合比例为何是20%？
氢和低碳电可能是脱碳能源系统的两大支柱。不遗余力、低风险的发展氢能是最低成本的实现英国具有法律约束力的碳减排目标至关重要的途径。
HSE2之前的工作表明，20 vol %的氢混合物不太需要大量的对天然气网络进行改造。此外，作为欧盟认证的一部分，1996年《燃气器具指令》（GAD）之后的所有家用燃气器具都经过了23%的氢气测试。因此，Hydeploy的目标是建立必要的证据基础证明20 vol%的氢气混合物与天然气一样安全。
通过证明当前的燃气网络和设备能够在不进行修改的情况下采用20 vol%的氢混合物，从而使氢的商业部署不用需要定制设备，消除对设备的更改需求。这就解决了“鸡和蛋”供应问题，反之亦然。它使早期的氢气部署能够将投资集中在交付批量生产所需的必要供应基础设施上，尤其是天然气调节和CCUS基础设施，同时为通过燃料电池、低碳柔性发电以及潜在的氢替换实现更深层次的碳节约奠定基础。
碳节约
英国的供热需求仅占总排放量的一半以上，因此小的变化也会产生很大的影响。将20 vol%的氢气混合到天然气网络中，将在国内天然气需求范围内释放29 TWh /y的低碳供热。
从这个数字来看，2018年英国可再生能源热激励计划（RHI）总共提供了11TWh的低碳热，预计年底将额外提供10 TWh /y低碳热（总共 21 TWh /y）。RHI是英国政府的低碳热支持机制，涵盖非生活（生物甲烷、废物等）和生活（生物质锅炉、空气源热泵等）低碳热。与氢混合物的比较如图1所示。
很明显，以20 vol%的比例混合氢将减少碳排放，同时降低氢的早期部署途径的风险。
图1：低碳热比较
建立安全案例
所有配气网络均由Ofgem授权，按照天然气安全（管理）条例（GS（M）R）将天然气输送给用户。GS（m）R内的当前氢限值为0.1 mol%，因此运输含氢量较大的气体需要获得英国健康安全与环境部（HSE）批准。根据科学证据的陈述，通过定制豁免授予HSE批准，以证明任何提议的变更与当前操作“一样安全”。
HyDeploy于2018年11月被HSE批准，是英国有史以来第一个氢豁免项目，用于基尔大学的首次试验。
每项试验都需要单独的批准程序，因此，项目将从HES申请三项豁免，以使所有三项试验都能交付。
为什么要进行三次试验？
Hydeploy的三个试验经过精心设计，以适当管理输送20 vol%氢气混合物的风险。每项试验将持续10个月。
第一次试验将于2019年9月开始，并将把氢气混合到基尔大学运营的一个气体网络中。第一次试验将向100个家庭和30个教学楼提供氢混合物。
图2：总体计划时间表
作为支持首次豁免申请的证据收集的一部分，网络中的燃气器需要：
气体安全检查；
用高达28 vol%的氢气进行泄漏试验；
使用高达28 vol%的氢气进行安全测试。
无一例外，所有在天然气上安全且不泄漏的装置在混合天然气上都是安全且不泄漏的。
20 vol%氢气混合物的最终推出不能依赖于检查英国的每个家庭以确保气体安全，并测试所有的燃气用具。因此，在基尔进行的适当控制试验存在着一条路径，确保证据基础足够令人信服，允许在不进行干预的情况下混合氢。
通过进行两次进一步的试验，可以在证据基础允许的情况下逐步减少试验前干预。这两个进一步的试验将在2020年和2021年开始，每个试验将为大约700个家庭提供20%混合量的燃气。第二次试验将在东北部的NGN网络进行，第三次审判将在西北部的Cadent网络上进行。
试用审批流程
为支持首次豁免申请，进行了18个月的实验室、案头和实地工作，重点领域是：器具；材料；气体检测；气体特性；操作程序。
在以上每个领域都建立了一个全面的证据基础，并制定了定量风险评估（QRA），以便将所有证据汇总到一个比较分析中。QRA侧重于了解试验风险概况并得出结论：含20 vol%氢气的混合天然气与天然气一样安全。
工艺设计
用于交付每次试验的操作设备将是一台由ITM电力公司提供的0.5 MWe电解槽和一台由蒂森公司提供的氢气并网装置（H2GEU）。电解槽将使用可再生电力，以确保产生的氢气是低碳的。在每次试验中，一条中压天然气供应管线将被改道至一个安全的混合装置。混合装置中氢气将由电解槽产生，并与H2GEU内的天然气混合（见图3）。
图3:Hydeploy工艺设计
混合气体将返回至中压供应管线，然后通过现有的调节站输送至独立的低压供应家庭。控制方案将使混合水平在工艺限制范围内最大化，同时保持在GS（M）R规定的沃泊指数限制范围内。沃泊指数是以MJ/m3计量的气体能量输送能力的度量。
在整个设计过程中进行了严格的安全评估，包括保护层分析（LOPA）和HAZOP。电解槽和H2GEU设计为自动运行，只有在停机后重启运行时才需要手动干预。
根据ALARP原则，每次试验都将确定电解槽和H2GEU的位置，以将风险降至最低。每次试验交付后，电解槽和H2GEU运至下一个试验地点进行安装和运行。
混合途径
HyDeploy的目的是为氢混合部署提供一个平台。在计划成功交付后，氢气供应商应能够申请豁免。这将启动氢混合市场，使氢混合成为一种低碳气体载体，与生物甲烷相当。
氢混合有许多部署途径，大批量供应和P2G项目是两个方向。
大量供应氢气混合气，如Hynet项目，使混合天然气得到广泛应用。Hynet旨在向英国西北部超过200万消费者提供氢混合燃料，同时实现西北工业集群的脱碳。生产方法将是通过自动热重整（ATR）和CCUS基础设施对天然气进行调节，以脱碳并隔离二氧化碳。
图4:Hynet项目
另一种混合部署途径是利用低碳电力（如果可行且经济），并通过电解产生氢气。这条途径不太可能在近几年内提供大量供应，但可以证明对早期生产，特别是对于分布式需求和高纯度需求（如燃料电池）有帮助。
Hydeploy目前正在进行实际部署，为英国及其他国家的氢能应用提供了一个示范平台。
Hydeploy是Cadent、北部气体网络（NGN）、渐进能量公司（Progressive Energy）、HSE定制研究与咨询、ITM Power和基尔大学之间的合作项目。主要分包商是奥托西蒙有限公司（OSL）、戴夫兰德咨询公司和 Kiwa Gastec。该项目由英国天然气及电力市场办公室（Ofgem）通过网络创新竞赛资助，是Ofgem有史以来最大的天然气创新项目。
来源： OFweek氢能
