2020年2月，德國博世公司的英國公司伍斯特·博世（Worcester Bosch）發(fā)布了使用純氫燃料的燃?xì)獠膳療崴疇t開發(fā)成功的消息。博世公司的純氫燃?xì)獠膳療崴疇t運行測試從2017年開始。該產(chǎn)品的外形尺寸與目前使用常規(guī)天然氣的燃?xì)獠膳療崴疇t相同，安裝和使用要求也是與現(xiàn)有的同類常規(guī)天然氣產(chǎn)品相同。該產(chǎn)品使用天然氣和純氫兩種氣源，所以在氫氣供應(yīng)未完成之前，就使用天然氣運行，當(dāng)需要改用氫氣時，只需要簡單調(diào)整產(chǎn)品狀態(tài)就可以完成切換工作，耗時在1小時之內(nèi)。需要說明的是，對于該產(chǎn)品，氫氣含量不超過20%的富氫天然氣仍然視為天然氣類燃料。伍斯特·博世公司將這種設(shè)計稱為“氫氣就緒（Hydrogen Ready）”。該方案意味著相關(guān)產(chǎn)品可以在氫氣供氣管網(wǎng)覆蓋的地區(qū)提前安裝，而供暖系統(tǒng)的各種設(shè)備無需因為未來氣源切換而進(jìn)行更新，將給燃?xì)夤竞陀脩魩斫?jīng)濟、便利的好處。

歐洲另一家燃?xì)獠膳療崴疇t制造商英國喜德瑞集團的八喜（Baxi）公司制造的使用純氫燃料的燃?xì)獠膳療崴疇t，已經(jīng)于2019年6月在荷蘭羅曾堡投入運行。這是全球首個將純氫作為燃料的冷凝式采暖熱水爐用于住宅集中供熱系統(tǒng)的項目。

八喜和伍斯特·博世公司已經(jīng)在英國HyStreet安裝了純氫氣燃?xì)獠膳癄t，專門建造的示范建筑位于英格蘭諾森伯蘭郡Spadeadam的挪威船級社（DNV）專業(yè)試驗場。該示范住宅計劃在2021年4月投入運行。目前這些使用純氫氣的燃?xì)獠膳癄t已經(jīng)完成200多項測試，目的是研究和證明家庭和燃?xì)廨斉渌拖到y(tǒng)轉(zhuǎn)化為氫氣系統(tǒng)的安全性。該項目是由Ofgem贊助的H21網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新競賽項目的一部分。英國北方天然氣管網(wǎng)公司正與合作伙伴Cadent、蘇格蘭天然氣管網(wǎng)公司、威爾士和西部公用事業(yè)公司、英國國家電網(wǎng)公司、挪威船級社和衛(wèi)生與安全管理局（HSE）的技術(shù)部門共同領(lǐng)導(dǎo)該項目。H21正在展示如何將現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)改造，以安全地輸送100%氫氣。對于第一個演示項目，八喜和伍斯特·博世公司都在HyStreet的房屋中安裝了鍋爐。鍋爐的開發(fā)是英國政府資助的Hy4Heat計劃的一部分，該計劃還支持開發(fā)氫氣專用燃?xì)庠罹吆腿細(xì)鉄崴鞯取?/p>

日本長府公司于2020年8月宣布，該公司開發(fā)的以純氫氣為燃料的燃?xì)鉄崴饕呀?jīng)完成4年的現(xiàn)場運行測試。該燃?xì)鉄崴鞯臒崴訜崮芰闇厣?5K條件下，每分鐘熱水輸出流量為5L，系統(tǒng)配套的儲水箱容積為200L。考慮到燃料電池的技術(shù)經(jīng)濟性，燃料電池的額定功率約為700W，正常運行時，用于加熱水的功率僅為500W左右，所以需要配套燃?xì)鉄崴饕詽M足熱水加熱的需要。2016年12月，長府公司作為參與方提供了適用純氫氣的燃?xì)鉄崴鳎谝豁椉矣脷淠芾檬痉俄椖恐虚_始運行。項目參與方包括日本山口液氫公司、巖谷公司、東芝公司等。該項目利用東芝公司開發(fā)的純氫氣家用燃料電池進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)運行，長府公司提供的燃?xì)鉄崴髯鳛檩o助熱水加熱裝置與燃料電池配套。

目前全球規(guī)模最大的純氫燃?xì)鉄崴鞯氖褂脜^(qū)域，是將于2021年投入使用的日本東京奧運會運動員村。該奧運村已經(jīng)安裝了4000臺的純氫氣燃料電池，并內(nèi)置了熱水輔助加熱裝置。

標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)體系

2021年3月，中國城市燃?xì)鈿淠馨l(fā)展創(chuàng)新聯(lián)盟（以下簡稱城燃?xì)涿耍┱匠闪⒘巳細(xì)庥镁邔I(yè)委員會（以下簡稱燃?xì)庥镁邔Ｎ瘯５谝粚萌細(xì)庥镁邔Ｎ瘯瘑T由佛燃能源集團、廣東萬和新電氣股份有限公司、國家燃?xì)庥镁弋a(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（佛山）等單位組成。城燃?xì)涿巳細(xì)庥镁邔Ｎ瘯翘剿鳉淠芡茝V應(yīng)用新道路和新模式的重要體現(xiàn)，第一屆專委會主要任務(wù)是以燃?xì)庥镁邽榻K端探索富氫天然氣、純氫在住宅和類似場所的有效利用途徑；開展相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)、產(chǎn)品、檢測等研發(fā)工作及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制工作；推動相關(guān)法規(guī)政策的出臺等。城燃?xì)涿巳細(xì)庥镁邔Ｎ瘯菄鴥?nèi)首個在氫能利用領(lǐng)域的燃?xì)庥镁邔I(yè)技術(shù)組織。

中國城燃?xì)涿顺闪⒂?020年，是佛燃能源集團股份有限公司與中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司聯(lián)合相關(guān)政府部門、研究機構(gòu)、社會團體和行業(yè)組織等單位共同發(fā)起，旨在堅定中國能源改革方向，謀劃城燃行業(yè)轉(zhuǎn)型路徑，在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱潮背景下打造中國產(chǎn)學(xué)研用資多贏的技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)平臺。萬和公司已經(jīng)于2021年2月正式成為中國城市燃?xì)鈿淠馨l(fā)展創(chuàng)新聯(lián)盟成員。

目前對歐盟地區(qū)富氫天然氣型燃?xì)饩哂绊戄^大的是THyGA項目，該項目的結(jié)果直接影響了EN 437《試驗氣體、試驗壓力、器具分類》的修訂。EN 437是富氫天然氣型燃?xì)饩哌M(jìn)行安全認(rèn)證的依據(jù)，負(fù)責(zé)該標(biāo)準(zhǔn)制修訂的標(biāo)委會CEN/TC 238目前正在進(jìn)行相關(guān)的起草工作。

THyGA的階段性研究報告《氫氣混合物的非燃燒相關(guān)影響—材料相容性》，提出了幾個關(guān)鍵的結(jié)論：在不超過5000Pa的壓力下，即使氫氣濃度達(dá)到50%，常用的金屬材料，如碳鋼、不銹鋼、銅、黃銅、鋁合金等，不會出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象，除非存在高應(yīng)力情況；對于常用的高分子材料包括聚乙烯（PE）等，與50%濃度氫氣長期接觸不存在明顯的化學(xué)相容性問題；需要注意氫氣的泄漏水平較高，約為12T天然氣的2.5倍，但對于氫氣濃度僅為20%以下的富氫天然氣輸送管道系統(tǒng)以及相應(yīng)的燃?xì)饩邇?nèi)部氣密性的影響十分小。目前在正常運行條件下，家用燃?xì)饩叩娜細(xì)鈮毫σ话悴怀^3000Pa。由于歐洲計劃近期實施的富氫天然氣示范項目的氫氣濃度均為20%以下，而日本林內(nèi)公司能夠提供適應(yīng)氫氣濃度30%的燃?xì)饩撸纱丝梢姡瑥牟牧舷嗳菪缘慕嵌龋^去20多年積累的對富氫天然氣型燃?xì)饩叩牟牧弦笫蔷哂谐浞衷６鹊摹?/p>

作為Hy4Heat計劃的支撐性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，PAS 4444:2020《氫能燃?xì)饩咧改稀芬延?020年5月15 日由英國國家標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)BSI發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)是氫能終端應(yīng)用英國第一項快速跟蹤的標(biāo)準(zhǔn)化文件，稱為“公共可用規(guī)范”，可為氫能燃?xì)饩叩拈_發(fā)和使用提供指導(dǎo)。這些燃?xì)饩呖赡苁菤淠軐Ｓ眯停部赡苁侨蘸罂梢郧袚Q為適應(yīng)使用氫能的狀態(tài)的產(chǎn)品。

PAS 4444是與現(xiàn)行燃?xì)饩邩?biāo)準(zhǔn)配合使用的氫能使用附加要求，除非另有說明，技術(shù)性能要求采用現(xiàn)行的相應(yīng)家用燃?xì)饩邩?biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)主要用于指導(dǎo)燃?xì)饩咧圃焐踢m應(yīng)氫能燃?xì)饩叩募夹g(shù)要求，規(guī)定了使用純氫氣或富氫天然氣的安全性和功能性要求，不僅適用于全新的燃?xì)饩撸策m用原先使用天然氣的燃?xì)饩吒难b，適用的的燃?xì)馄骶叻秶ú膳癄t和灶具等。

行業(yè)發(fā)展前景

氫氣混合比例不超過20%（V/V）的富氫天然氣作為家用燃?xì)饩叩臍庠矗悄壳皣H上家用燃?xì)饫妙I(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重要課題，已經(jīng)有積累超過20年的試驗研究經(jīng)驗。目前，在全球范圍內(nèi)富氫天然氣試驗、示范項目約有40個，中國目前已經(jīng)有多個項目或計劃啟動，部分國家、地區(qū)已經(jīng)啟動了富氫天然氣產(chǎn)業(yè)化計劃。在中國，相對于其他氫能利用技術(shù)領(lǐng)域，家用燃?xì)饩呤鞘褂酶粴涮烊粴饧夹g(shù)成熟度和產(chǎn)業(yè)成熟度較高的領(lǐng)域。在2021年“兩會”期間，氫能利用受到不少兩會代表的關(guān)注，對于富氫天然氣在民用建筑領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，便是其中一個議題。

“兩會”期間，有代表認(rèn)為需優(yōu)先發(fā)展相對易實現(xiàn)、可大規(guī)模應(yīng)用的場景；制定天然氣管道混合輸氫、民用加氫天然氣使用等技術(shù)規(guī)范；將氫氣混合入天然氣管道中進(jìn)行輸送，準(zhǔn)許更多民用、工業(yè)用氫場景，相對于現(xiàn)在試點的公共交通車輛用氫，使用量會明顯加大，運輸成本會更低，擁有現(xiàn)有運輸管道網(wǎng)絡(luò)、市場占有量的大中型石油燃?xì)馄髽I(yè)容易轉(zhuǎn)型加入，優(yōu)先使用氫能的社會共識更易形成。同時，有關(guān)人士指出，全產(chǎn)業(yè)鏈氫能規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)中，需盡快制定氫氣的管道輸送、天然氣管道混合輸氫、民用加氫天然氣等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)范，據(jù)此完善支持工業(yè)及民用領(lǐng)域使用加氫天然氣的政策規(guī)定。

目前英國是歐洲地區(qū)中對天然氣轉(zhuǎn)換為氫能工作推進(jìn)最為積極的國家之一，英國的天然氣使用量占該國溫室氣體總排放量的35%，這意味著如果英國要實現(xiàn)2050年凈零排放目標(biāo)，則必須對天然氣管網(wǎng)進(jìn)行脫碳，這是自60多年前天然氣首次進(jìn)入英國家庭以來的第二次革命。這是事關(guān)該國28.4萬公里的天然氣管道網(wǎng)絡(luò)從基于甲烷的天然氣轉(zhuǎn)變?yōu)榱闾继娲桨福?家天然氣管網(wǎng)運營商也因此面臨著巨大的壓力。當(dāng)前，英國已部署10多個天然氣摻氫項目。近期披露的H100File項目更是意在打造100%純氫氣管網(wǎng)系統(tǒng)實驗。

2020年底，一個由燃?xì)忮仩t制造商和燃?xì)夤芫W(wǎng)運營商組成的聯(lián)盟向英國首相發(fā)出公開信，呼吁從2025年起，英國家庭所有新安裝的燃?xì)獠膳癄t都應(yīng)為氫氣做好準(zhǔn)備。在這封公開信中，主要的燃?xì)獠膳癄t制造商八喜和博世以及英國的5家最大的燃?xì)膺\營商聯(lián)名提出：2025年開始強制安裝適應(yīng)氫能燃?xì)獾牟膳癄t。英國首相在他最近的《綠色工業(yè)革命的十點計劃》中采納了這項建議。八喜和博世公司指出，實施這項措施是必要的，以確保英國家庭在未來有不同類型的低碳供暖設(shè)備可供選擇，如氫能燃?xì)獠膳癄t、熱泵，或?qū)煞N熱源裝置集成的新型系統(tǒng)。

對于氫能燃?xì)獠膳癄t的推廣方式，該聯(lián)盟建議采用氫能就緒方案。氫能就緒方案是實現(xiàn)常規(guī)天然氣燃?xì)饩呦驓淠苋細(xì)饩哌^渡的可行方法。滿足氫能就緒要求的燃?xì)饩呒瓤梢赃m應(yīng)富氫天然氣或純氫氣，又可以適應(yīng)常規(guī)天然氣。在富氫天然氣或純氫氣供應(yīng)條件不具備的情況下，先使用常規(guī)天然氣，供應(yīng)條件具備后以簡便的操作進(jìn)行切換，有效解決在氣種切換時出現(xiàn)燃?xì)饩呒兄脫Q造成的一系列問題。萬和公司富氫天然氣產(chǎn)品在設(shè)計方案中考慮了類似氫能就緒方案的措施，從而形成富氫就緒方案，由于相關(guān)產(chǎn)品允許富氫天然氣中氫氣含量在0~20%的范圍內(nèi)變化而不需要進(jìn)行調(diào)整，同時將天然氣視為氫氣含量為零的特殊富氫天然氣，這為未來將要使用富氫天然氣的地區(qū)在燃?xì)饩哌x擇方面帶來了便利。

此外，有業(yè)內(nèi)人士指出，氫氣含量為20%的富氫天然氣中的氫氣，其實只有以往使用的焦?fàn)t煤氣中氫氣含量的1/3左右，在家用燃?xì)饩哳I(lǐng)域，富氫天然氣的技術(shù)風(fēng)險尤其是安全風(fēng)險顯然不會高于焦?fàn)t煤氣。事實上，焦?fàn)t煤氣在多年使用過程中已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，可以考慮利用焦?fàn)t煤氣配制富氫天然氣，在天然氣替代過程中，一些地區(qū)的焦?fàn)t煤氣逐步退出家用燃?xì)馐袌觥Ｆ鋵崳範(fàn)t煤氣中氫氣的含量高達(dá)60%，其次是甲烷約25%，不可燃成分通常低于10%。所以，若焦?fàn)t煤氣經(jīng)過適當(dāng)凈化，然后與3.5~12.5倍的天然氣混合，可獲得氫氣含量為5%~20%的富氫天然氣，不可燃成分的含量約為0.7%~2%，作為家用燃?xì)饩呷剂希錈崃π阅芘c電解制氫獲得的氫氣混合而成的富氫天然氣幾乎相同，但是制備成本明顯降低。由于采用“富氫就緒”方案的燃?xì)饩邔庠淳哂休^寬范圍的適應(yīng)能力，相應(yīng)的燃?xì)饩吣軌蜻m應(yīng)利用焦?fàn)t煤氣配制的富氫天然氣。在有條件獲得焦?fàn)t煤氣的地區(qū)，可以嘗試上述方案。這一方面能夠充分利用原有的焦?fàn)t煤氣供氣設(shè)施，解決焦?fàn)t煤氣的消納問題；另一方面，也可以為未來富氫天然氣的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。