俄羅斯要將氫氣變成下一時代的天然氣

發(fā)布時間：2020-08-05 11:19:44

近日，俄羅斯聯(lián)邦能源部公布了本國第一份氫能戰(zhàn)略發(fā)展路線圖，計(jì)劃2024年前在俄羅斯境內(nèi)建立一個全面涉及上下游的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。這個傳統(tǒng)油氣資源出口大國制定的氫能路線圖，不同于以環(huán)保和零碳排放為先導(dǎo)的歐盟氫能戰(zhàn)略，也不同于以氫能應(yīng)用技術(shù)見長的中國或日本。俄羅斯計(jì)劃的氫能產(chǎn)業(yè)上下游，將完全由傳統(tǒng)能源企業(yè)主導(dǎo)，氫氣的最終應(yīng)用也選擇了與天然氣一樣的模式：出口。
俄能源部已為氫能路線圖選擇了三家試點(diǎn)企業(yè)，它們分別是俄羅斯天然氣工業(yè)公司（Gazprom，下稱俄氣）、俄羅斯國家原子能公司（Rosatom）以及第二大天然氣企業(yè)諾瓦泰克公司（Novatek）。目前，俄氣和國家原子能公司拿下了所有氫能試點(diǎn)項(xiàng)目。

俄羅斯的氫能計(jì)劃，完全拋棄了綠氫概念。綠氫依靠可再生能源水解制備，全產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)零碳排放。俄氣要進(jìn)行的試點(diǎn)項(xiàng)目，負(fù)責(zé)用天然氣裂解制備藍(lán)氫以及天然氣高溫催化裂解制備青氫。國家原子能公司則負(fù)責(zé)所謂的黃氫項(xiàng)目，即利用核電水解制備氫氣。該公司預(yù)計(jì)到2050年，黃氫的年產(chǎn)能可達(dá)5000萬噸。利用核能制氫，是業(yè)內(nèi)認(rèn)為的有效制氫途徑之一。中國也在做相關(guān)研究。中核集團(tuán)與清華大學(xué)、寶武集團(tuán)等單位，已聯(lián)合開展了核能制氫與氫能冶金結(jié)合的前期合作。
此外，俄羅斯氫能路線圖中提出的氫能應(yīng)用場景極其單一。由于俄羅斯缺乏燃料電池技術(shù)，氫燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)也嚴(yán)重依賴德國西門子，莫斯科方面最看重的應(yīng)用是：將氫氣變成下一個時代的天然氣，通過出口以確保該國在全球能源市場的地位。這其中的關(guān)鍵是俄羅斯規(guī)模龐大、遍布?xì)W亞大陸的天然氣管道。俄氣斬獲的一個重要氫能試點(diǎn)項(xiàng)目，便是研究如何在現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)中摻氫，以向歐洲大陸輸送含有最高20%氫氣比例的混合氣。由于氫氣的氣體分子體積極小，氫氣的滲透系數(shù)遠(yuǎn)高于以甲烷為主的天然氣，能輕易滲透現(xiàn)有天然氣管道的閥門以及其它密封件。天然氣管網(wǎng)的鋼鐵材料在長期接觸高濃度氫氣時，將發(fā)生氫脆，即造成鋼內(nèi)部形成細(xì)小裂紋。若氫含量超過30%，還將產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕性問題。因此，20%的氫氣比例，被視為在現(xiàn)有天然氣管道輸送混合器的最高比例。
事實(shí)上，目前僅有英國基爾大學(xué)牽頭的零星項(xiàng)目能夠達(dá)到20%的氫氣混合比例。此前知名度最高的荷蘭阿默蘭島富氫天然氣輸送項(xiàng)目，最終建議的摻氫比例保守地定為了12%。但俄氣的野心遠(yuǎn)不止20%的摻氫比例。支撐俄氣這一計(jì)劃的，是一年以來引發(fā)國際沖突的“北溪2號”天然氣管道。這條直接連接俄羅斯和德國的天然氣管道造價(jià)高達(dá)95億歐元，年輸送能力達(dá)到550億方。在不計(jì)較額外成本且保證100%利用率的條件下，該管道也需要至少十年才能收回成本。在歐盟和德國連續(xù)推出氫能戰(zhàn)略，以及力求2050年前達(dá)到能源碳中和的大背景下，俄氣早已對“北溪2號”管道進(jìn)行了摻氫規(guī)劃。
2018年8月，在挪威斯塔萬格舉行的ONS能源大會上，俄氣出口業(yè)務(wù)總裁Elena Burmistrova聲稱：“只需要一些小小的改進(jìn)，‘北溪2號’輸送的氫氣比例可以提升至70%”。在接受俄羅斯衛(wèi)星通訊社采訪時，“北溪2號”的德方運(yùn)營商、能源巨頭Uniper的首席執(zhí)行官Andreas Schierenbeck，以及歐洲天然氣工業(yè)聯(lián)盟秘書長James Watson更是預(yù)計(jì)，摻氫比例可以進(jìn)一步提升至80%。為此，德國、俄羅斯雙方都在進(jìn)行利用氨氣作為儲氫介質(zhì)和管道氣的研究。因氮?dú)浜铣?、終端分離的技術(shù)成熟，以及完全不含碳的特點(diǎn)，氨氣被廣泛視為繼氫氣之后的下一個能源新星。
除了天然氣管網(wǎng)摻氫外，改造現(xiàn)有天然氣管道以建立氫氣管網(wǎng)的規(guī)劃，也愈發(fā)清晰。7月17日，來自九個歐盟國家的11家管網(wǎng)企業(yè)結(jié)成聯(lián)盟，向歐盟委員會提出了一項(xiàng)名為“歐洲氫能主干網(wǎng)絡(luò)”的倡議。該倡議計(jì)劃，2030年前建成總長達(dá)6800公里的泛歐氫氣管網(wǎng)，2040年前延長至2.3萬公里。其中，約75%的管道將利用現(xiàn)有天然氣管道改造而成，專用氫能管道僅占不超過四分之一。該聯(lián)盟預(yù)計(jì)，屆時輸氫成本將降低至9-17歐分/噸公里，約相當(dāng)于氫氣制備成本的2%，并能滿足歐洲每年1130 TWh的能源需求。

2040年規(guī)劃建成的泛歐氫氣管網(wǎng)，藍(lán)色為現(xiàn)有管網(wǎng)，黃色為新建氫氣專用管道。

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