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天然气掺氢发电备受推崇

2022-07-28 15:19来源:中国能源报作者:王林关键词:天然气掺氢氢气氢燃料收藏点赞

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目前,天然气掺氢技术在燃气发电领域愈发受到关注,该技术不仅能够增加天然气的燃烧值,还可以充分利用现有的天然气管网等基础设施。三菱、西门子、GE等涡轮机制造商都在开发以氢为燃料的涡轮机。不过,业内对于氢气与天然气混合燃烧发电的经济性和环保性仍然存在一定的质疑。

三菱成功试运行20%掺氢燃机

近日,三菱动力公司位于北美的燃气轮机掺氢项目成功试运行。该项目在美国佐治亚州公用事业电力公司位于亚特兰大附近的McDonough-Atkinson工厂展开,掺氢测试在一台输出功率为265兆瓦的M501G燃气轮机机组上完成,截至7月下旬测试效果良好。

三菱动力公司表示,与利用纯天然气相比,燃烧掺氢20%的混合气可以减少7%的碳排放。氢气在常规燃气轮机中混合和燃烧无需进行太多技术改造,而在先进燃气轮机中则需要使用干式低氮氧化物燃烧技术(DLN)。

一般情况下,因为氢气燃烧速度快,燃气轮机中的氢气燃烧时容易变得不稳定,再加上氢气燃烧时的火焰温度很高,因此氮氧化物的产生量比燃烧天然气高两倍左右。DLN技术可以提高混合了氢气的先进燃气轮机的发电效率,并削减氮氧化物排放。

美国电力研究院能源供应和低碳资源副总裁NevaEspinoza表示:“掺氢20%的测试成功,不仅加强了DLN技术在帮助实现经济脱碳方面的重要作用,还有望改变‘天然气掺氢’行业的游戏规则。”

100%掺氢不是梦

三菱动力美国公司首席运营官MarkBissonnette表示:“我们认为通过DLN技术,未来还可以进一步增加氢气混合比例,100%掺氢率完全可以实现。”

事实上,业内一直在研究100%掺氢的技术和实践应用。挪威斯塔凡格大学日前利用自己的微型燃气发电厂,实现了100%掺氢运行燃气轮机的研究结果。团队负责人MohsenAssadi表示,这类项目可以使旧的涡轮机设备保持活力,同时将燃料来源转变成氢气,不过大规模应用的前提是制氢成本大幅下降。

印度管道基础设施公司则联合了独立能源咨询和认证机构DNV,评估其位于印度的天然气管道的完整性、安全性和网络运行,以便将掺氢率从5%、10%、15%逐步提升至100%。DNV能源系统副总裁兼亚太地区区域总监BriceLeGallo表示:“将天然气管道重新用于氢气是建设新的纯氢网络成本的10%-30%。”

经济性和减排效益待加强

不过,市场对于“天然气掺氢”技术的经济性、环保性以及运营风险仍存疑虑。国际可再生能源署(IRENA)指出,天然气掺氢可能会导致能源成本大幅增加,由于氢气远比天然气贵,随着氢气混合到天然气管网中,会逐渐提高天然气价格,国家必须通过补贴来进行补偿,否则这些成本最终会转嫁到终端消费者身上。

据德国气候智库Agora估算,将20%的氢气添加到燃气管网中,到2030年将导致消费者的供暖成本增加33%。

IRENA表示:“掺氢20%的天然气仅比单纯使用天然气减少7%的碳排放,而掺氢后的整体成本却远高于单纯使用天然气。这意味着,掺氢的实际减排成本非常高,按照目前全球可再生能源制氢的平均成本水平,二氧化碳价格在500美元/吨以上时,天然气掺氢才会具备一定的经济效益。”

德国弗劳恩霍夫能源经济研究所和美国气候智库能源创新机构的联合研究也表明,将氢气与天然气混合用于发电“非常低效”,对减少温室气体排放几乎没有促进作用,反而会增加消费者成本、加剧空气污染并带来安全风险。

此外,天然气掺氢还存在很大的技术问题。IRENA指出,天然气管网及其他相关设施对氢气的耐受性都不同,这意味着如果不大规模改造基础设施,最终可行的掺氢率可能会低于预期。因此,各国亟待有针对性地制定相关标准,循序渐进调整掺氢率,通过相容性等研究,找出最合适的掺氢路径。


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