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天然气掺氢输送系统氢脆研究进展

2022-03-31

大量传统化石能源的燃烧导致温室气体排放,并引起全球气候异常、环境恶化。因此,世界各国大力发展可再生能源。但可再生能源发电严重受制于自然条件,其发电量具有波动性大、预测性低的特点。

 

中国中西部地区的可再生能源难以完全就地消纳,剩余的电量也难以全部输送到用电量大的地区。因此,利用风电、光电转化的电能难以有效储存,全国普遍存在弃水、弃风、弃光等问题,如 2021 年中国“三弃”及未利用电量高达 548.9×108kW·h。在解决可再生能源弃电消纳问题和环境污染问题上,作为优质可再生清洁能源载体的氢气起到了关键的作用,即通过可再生能源发电制氢技术将电网无法消纳的弃电转化为氢气。目前,氢能产业化的瓶颈在于储运方式,常用的输送方式为高压气氢储运技术,但成本较高、效率低。因此,选择安全高效,经济便捷的储运技术至关重要。

 

天然气管网具有区域广、输送量高、传输距离长及费用低等优势,利用现役天然气输配管网与基础设施掺氢输送,可实现低成本、规模化的氢能供应。Lynch 等率先提出了掺氢天然气的概念。但掺入氢气可能会导致天然气输送管道的安全性风险增大,导致输送系统材料发生氢脆风险,降低材料的强度、韧性等力学性能,从而影响整个管网系统的安全运行问题。21 世纪以来,欧洲国家开展了天然气掺氢研究,并建立了示范项目。目前,国内外已有 37 座天然气掺氢输送示范项目,初步证明了天然气管道掺氢输送(掺氢比低于 10%)可行,但对于掺氢比大于 10%的掺氢系统的氢脆研究极少,需结合实际情况开展更深入的研究。基于此,从氢脆发生的机理出发,分别对压缩装置、输送装置、终端装置等天然气掺氢输送系统发生氢脆的研究现状进行了梳理,概述了部分文献中关于氢脆的应对措施,并对天然气掺氢输送系统的性能提升进行了展望。


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