由歐洲兩大天然氣傳輸系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(TSOs)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)成功地在Titan 130 SoLoNOx索拉透平燃?xì)廨啓C(jī)上測(cè)試了高達(dá)25%的氫氣混合率，該燃?xì)廨啓C(jī)是德國(guó)天然氣壓縮機(jī)的原動(dòng)機(jī)。

該項(xiàng)目的成功標(biāo)志著歐洲天然氣輸送部門的勝利，該部門正在尋求多樣化的燃料，用于機(jī)械壓縮天然氣管道中不同階段使用的天然氣——從提取到分配到最終消費(fèi)者。

圖1：德國(guó)GRTgaz公司、OGE公司和索拉透平已成功測(cè)試低排放 Titan 130 SoLonOx Solar 燃?xì)廨啓C(jī)作為天然氣壓縮機(jī)的原動(dòng)機(jī)，氫氣混合率高達(dá) 25%。

這個(gè)為期六周的項(xiàng)目是由德國(guó)GRTgaz公司、OGE公司(歐洲領(lǐng)先的燃?xì)釺SOs之一)和索拉透平公司合作完成的。GRTgaz公司在德國(guó)南部運(yùn)行一條1200公里長(zhǎng)的燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)。OGE和GRTgaz Deutschland共同擁有的位于巴伐利亞Waidhaus的MEGAL壓縮站，兩家公司開始在Titan 130 SoLoNOx燃?xì)廨啓C(jī)中測(cè)試混合氫，該燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)氣體壓縮機(jī)(圖1)。

該壓縮機(jī)服務(wù)于MEGAL天然氣管道系統(tǒng)，該系統(tǒng)在Waidhaus的德國(guó)-捷克邊境提供雙向跨境點(diǎn)。兩家公司在2月份的一份聲明中指出：“該項(xiàng)目的準(zhǔn)備工作始于兩年前，當(dāng)時(shí)為測(cè)試建立了一個(gè)40英尺ISO集裝箱大小的移動(dòng)混合工廠和臨時(shí)氫氣供應(yīng)。”“根據(jù)適用于公共能源供應(yīng)的規(guī)則和條例，由獨(dú)立專家對(duì)整個(gè)配置進(jìn)行了驗(yàn)收測(cè)試，并批準(zhǔn)運(yùn)行。在這些測(cè)試中，至關(guān)重要的是不能損害壓縮站的安全性和可用性。”

挑戰(zhàn)：為氫氣需求準(zhǔn)備關(guān)鍵天然氣管網(wǎng)組件

天然氣壓縮機(jī)原動(dòng)機(jī)是為壓縮機(jī)提供動(dòng)力的關(guān)鍵設(shè)備。雖然往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)有時(shí)被用作壓縮機(jī)原動(dòng)機(jī)，但燃?xì)廨啓C(jī)是最常見的，主要是因?yàn)樗鼈兺ǔ１绕渌x擇成本更低。他們還提供可靠性和相當(dāng)?shù)偷呐欧?。然而，燃?xì)廨啓C(jī)通常由從管道系統(tǒng)中獲取的天然氣提供動(dòng)力。

然而，行業(yè)組織歐洲天然氣傳輸系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)(ENTSOG)建議，隨著脫碳的發(fā)展，天然氣電網(wǎng)——包括傳輸系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(TSO)和分配系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(DSO)級(jí)別——將需要配備以滿足氫氣需求。

該公司去年指出，到目前為止，將高達(dá)2%的氫氣混合到天然氣中是可能的。然而，根據(jù)國(guó)家和地區(qū)的情況，以及客戶的需求、要求和電網(wǎng)拓?fù)?，在中期可能需要高達(dá)20%的混合氫氣量。“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，大多數(shù)行業(yè)將改造為專用氫氣系統(tǒng)。然而，這對(duì)于特定的工業(yè)過程可能是不可能的，例如化學(xué)品的生產(chǎn)，這在很大程度上依賴于甲烷分子。因此，根據(jù)地區(qū)不同，使用天然氣、生物甲烷和/或合成氣的甲烷網(wǎng)絡(luò)也將在未來發(fā)揮作用。”

圖2. 歐洲天然氣輸送系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò) (ENTSOG) 正在主持一個(gè)工作組，以實(shí)現(xiàn)天然氣價(jià)值鏈的脫碳。這張圖展示了一個(gè)未來能源系統(tǒng)互聯(lián)度更高的潛在場(chǎng)景。

然而，就目前而言，天然氣TSOs和DSOs必須管理和適應(yīng)“為了氣候和所有消費(fèi)者的利益和安全而選擇的多樣性，同時(shí)確保內(nèi)部天然氣能源市場(chǎng)的成就以及不同能源載體之間的互操作性得到維持和進(jìn)一步發(fā)展，包括氫氣，”ENTSOG說(圖2)。

ENTSOG指出，作為起點(diǎn)，2%的氫體積混合是一個(gè)“合理的值”。“盡管有些行業(yè)已經(jīng)可以處理高達(dá)10%的vol. H2甚至25%vol. H2，2%vol. H2反映了共同的最小分母，因?yàn)橐恍┕I(yè)過程不能處理超過2%的vol.H2。值得一提的是，在整個(gè)歐洲，連接到DSO或TSO的客戶差異很大。”

然而，向天然氣中更高比例的氫混合物的轉(zhuǎn)變，將給TSO資產(chǎn)帶來新的挑戰(zhàn)，包括可能遭受氫脆的鋼管和閥門，其內(nèi)部和外部密封性仍在研究中，ENTSOG補(bǔ)充道。而且由于氫氣的摩爾質(zhì)量比天然氣低得多，如果氫氣的比例更高，可能需要更換壓縮機(jī)。它建議，壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器也必須適應(yīng)氫外加劑。

ENTSOG解釋說：“大多數(shù)用于管道的燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)在燃料中燃燒了大量的H2。然而，根據(jù)所使用的材料、控制系統(tǒng)、化學(xué)計(jì)量學(xué)和葉片，現(xiàn)有渦輪機(jī)的合適H2閾值可能在1-20% vol. H2之間變化。”

多公司、跨境合作

根據(jù)德國(guó)GRTgaz和OGE的說法，MEGAL壓縮站混合率高達(dá)25%的成功測(cè)試標(biāo)志著良好的第一步。GRTgaz Deutschland 董事總經(jīng)理 Nicolas Delaporte 表示:“這次測(cè)試是跨國(guó)界合作解決能源行業(yè)重要問題的一個(gè)很好的例子。”

兩家公司指出，測(cè)試只使用了“綠色”氫，在不同負(fù)荷下以不同的氫混合速率進(jìn)行了200多個(gè)小時(shí)。“對(duì)排放和渦輪性能進(jìn)行了測(cè)量，證明了渦輪機(jī)在滿足要求的排放水平的同時(shí)，能夠以相同的可用功率運(yùn)行。”他們說，“燃?xì)廨啓C(jī)在混合燃料時(shí)安全啟動(dòng)的能力也得到了證明。”

這次成功的測(cè)試對(duì)索拉透平來說也是一個(gè)好消息。該公司的16.5MW Titan 130燃?xì)廨啓C(jī)，配備了SoLoNOx燃燒系統(tǒng)，是一種廣泛使用的工業(yè)汽輪機(jī)。該公司于1997年推出，銷售用于壓縮機(jī)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的雙軸型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)。該公司表示，壓縮機(jī)組的設(shè)計(jì)可提供36%的簡(jiǎn)單循環(huán)熱效率。

該公司表示，它在提供具有氫氣功能的包裝方面擁有近40年的經(jīng)驗(yàn)，使用高達(dá)70%的氫氣記錄了超過200萬小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間。他說：“隨著市場(chǎng)和客戶需求的發(fā)揮作用，人們更加關(guān)注用于更高氫氣濃度的[干式低排放(DLE)]配置。我們的團(tuán)隊(duì)致力于在體積濃度增加的天然氣燃料上運(yùn)行燃?xì)廨啓C(jī)套件。”

然而，測(cè)試對(duì)行業(yè)努力的更大影響仍有待觀察。“該項(xiàng)目顯示了擴(kuò)大和實(shí)現(xiàn)氫經(jīng)濟(jì)的愿望和能力。”OGE管理委員會(huì)成員Thomas Hüwener博士指出：“但要做到這一點(diǎn)，我們現(xiàn)在需要正確的法律和監(jiān)管框架，在強(qiáng)大的融資模式的支持下，加速德國(guó)的氫經(jīng)濟(jì)。”