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英國氫氣-天然氣混合項目進展如何?

氫氣-天然氣混合燃燒是氫能的另一種利用方式,英國的Hydeploy項目似乎也認為,這種方式將會更容易被大規模利用,并實現低碳社會的目標。

Hydeploy是英國第一個向氣體網絡注入氫氣的示范項目,氫氣注入體積比達到20%,旨在為英國境內的氫氣混合市場提供一個先鋒平臺。

Hydeploy是Cadent、北部氣體網絡(NGN)、漸進能量公司(Progressive Energy)、HSE定制研究與咨詢、ITM Power和基爾大學之間的合作項目。主要分包商是奧托西蒙有限公司(OSL)、戴夫蘭德咨詢公司和 Kiwa Gastec。該項目由英國天然氣及電力市場辦公室(Ofgem)通過網絡創新競賽資助,是Ofgem有史以來最大的天然氣創新項目。

Hydeploy是一個為期6年的項目,于2017年啟動,預計于2023年完成。該項目包括三個單獨的試驗,將20%體積的氫氣混合到基爾大學的專用網絡中和NGN、Cadent的網絡中。

該項目的總體目標是為氫氣-天然氣混合提供安全案例,并促進清除啟動氫混合市場所需的監管障礙。項目結束時的目標是將能夠讓氫氣生產商像現在的生物甲烷供應商一樣向天然氣網絡中注入氫氣。

氫氣混合比例為何是20%?

氫和低碳電可能是脫碳能源系統的兩大支柱。不遺余力、低風險的發展氫能是最低成本的實現英國具有法律約束力的碳減排目標至關重要的途徑。

HSE2之前的工作表明,20 vol %的氫混合物不太需要大量的對天然氣網絡進行改造。此外,作為歐盟認證的一部分,1996年《燃氣器具指令》(GAD)之后的所有家用燃氣器具都經過了23%的氫氣測試。因此,Hydeploy的目標是建立必要的證據基礎證明20 vol%的氫氣混合物與天然氣一樣安全。

通過證明當前的燃氣網絡和設備能夠在不進行修改的情況下采用20 vol%的氫混合物,從而使氫的商業部署不用需要定制設備,消除對設備的更改需求。這就解決了“雞和蛋”供應問題,反之亦然。它使早期的氫氣部署能夠將投資集中在交付批量生產所需的必要供應基礎設施上,尤其是天然氣調節和CCUS基礎設施,同時為通過燃料電池、低碳柔性發電以及潛在的氫替換實現更深層次的碳節約奠定基礎。

碳節約

英國的供熱需求僅占總排放量的一半以上,因此小的變化也會產生很大的影響。將20 vol%的氫氣混合到天然氣網絡中,將在國內天然氣需求范圍內釋放29 TWh /y的低碳供熱。

從這個數字來看,2018年英國可再生能源熱激勵計劃(RHI)總共提供了11TWh的低碳熱,預計年底將額外提供10 TWh /y低碳熱(總共 21 TWh /y)。RHI是英國政府的低碳熱支持機制,涵蓋非生活(生物甲烷、廢物等)和生活(生物質鍋爐、空氣源熱泵等)低碳熱。與氫混合物的比較如圖1所示。

很明顯,以20 vol%的比例混合氫將減少碳排放,同時降低氫的早期部署途徑的風險。

image.png

圖1:低碳熱比較

建立安全案例

所有配氣網絡均由Ofgem授權,按照天然氣安全(管理)條例(GS(M)R)將天然氣輸送給用戶。GS(m)R內的當前氫限值為0.1 mol%,因此運輸含氫量較大的氣體需要獲得英國健康安全與環境部(HSE)批準。根據科學證據的陳述,通過定制豁免授予HSE批準,以證明任何提議的變更與當前操作“一樣安全”。

HyDeploy于2018年11月被HSE批準,是英國有史以來第一個氫豁免項目,用于基爾大學的首次試驗。

每項試驗都需要單獨的批準程序,因此,項目將從HES申請三項豁免,以使所有三項試驗都能交付。

為什么要進行三次試驗?

Hydeploy的三個試驗經過精心設計,以適當管理輸送20 vol%氫氣混合物的風險。每項試驗將持續10個月。

第一次試驗將于2019年9月開始,并將把氫氣混合到基爾大學運營的一個氣體網絡中。第一次試驗將向100個家庭和30個教學樓提供氫混合物。

image.png

圖2:總體計劃時間表

作為支持首次豁免申請的證據收集的一部分,網絡中的燃氣器需要:

氣體安全檢查;

用高達28 vol%的氫氣進行泄漏試驗;

使用高達28 vol%的氫氣進行安全測試。

無一例外,所有在天然氣上安全且不泄漏的裝置在混合天然氣上都是安全且不泄漏的。

20 vol%氫氣混合物的最終推出不能依賴于檢查英國的每個家庭以確保氣體安全,并測試所有的燃氣用具。因此,在基爾進行的適當控制試驗存在著一條路徑,確保證據基礎足夠令人信服,允許在不進行干預的情況下混合氫。

通過進行兩次進一步的試驗,可以在證據基礎允許的情況下逐步減少試驗前干預。這兩個進一步的試驗將在2020年和2021年開始,每個試驗將為大約700個家庭提供20%混合量的燃氣。第二次試驗將在東北部的NGN網絡進行,第三次審判將在西北部的Cadent網絡上進行。

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