2021年3月23日，中國家電及消費電子博覽會（AWE）開幕當日，廣東萬和新電氣股份有限公司對外發(fā)布了富氫天然氣型家用燃氣具，包括燃氣熱水器、燃氣采暖熱水爐、燃氣灶具、戶外燃氣烤爐、燃氣烤箱等7個型號，全線產(chǎn)品均可適用氫氣比例為20%以下的富氫天然氣和12T天然氣兩種氣源。此舉正是對國家氫能政策和能源供應結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的呼應。

近兩年，氫能在家用燃氣具的技術(shù)和市場發(fā)展（無論在純氫燃氣還是富氫天然氣領(lǐng)域）上都取得重要的進展。繼歐洲、日本企業(yè)陸續(xù)發(fā)布氫能燃氣具開發(fā)成果后，中國燃氣具制造企業(yè)也完成了多種家用富氫天然氣型家用燃氣具的開發(fā)工作。隨著技術(shù)標準體系的形成和逐步完善，氫能燃氣具領(lǐng)域已經(jīng)步入商業(yè)開發(fā)和應用階段。目前，氫能燃氣具富氫氫能就緒方案是實現(xiàn)常規(guī)天然氣燃氣具向氫能燃氣具過渡的可行方法，可以有效解決在氣種切換時出現(xiàn)燃氣具集中置換造成的一系列問題。

富氫型燃氣具

萬和公司發(fā)布富氫天然氣型家用燃氣具全線產(chǎn)品，是在家用燃氣具領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的重要成果，也順應了國家氫能政策和能源供應結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的趨勢，將憑借國內(nèi)燃氣具技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力，促進家用燃氣具產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。更重要的是，采用對現(xiàn)有燃氣管網(wǎng)以及家用燃氣具影響最小的“富氫就緒（HENG Ready）”方案，可以在常規(guī)天然氣向富氫天然氣的切換過程中，在氫氣比例不超過20%的氣源變化條件下，燃氣具無需進行任何改裝和調(diào)整就可以適應，除了熱負荷發(fā)生小幅下降之外，安全性能、使用性能將保持不變。

這次在AWE2021亮相的富氫天然氣型S系列燃氣熱水器，是萬和公司新開發(fā)的富氫天然氣型燃氣具代表。S系列燃氣熱水器的特點體現(xiàn)在：

（1）富氫天然氣——適應燃氣范圍包括氫氣混合比例不超過20%（V/V）的富氫天然氣和常規(guī)天然氣，通過了歐盟地區(qū)規(guī)定的富氫天然氣燃燒穩(wěn)定性測試；

（2）密閉燃燒室——平衡式燃燒系統(tǒng)，確保燃燒過程所需的空氣全部從室外吸入，而燃燒過程產(chǎn)生的煙氣全部排出室外，有效防止發(fā)生一氧化碳中毒和其他煙氣引起的危險；

（3）濃淡燃燒器——先進的濃淡燃燒技術(shù)有效抑制煙氣中氮氧化物的生成，符合歐盟地區(qū)現(xiàn)行環(huán)保標準；

（4）自適應調(diào)節(jié)——能夠依據(jù)煙管結(jié)構(gòu)或室外氣象條件引起的排煙阻力變化，自動調(diào)整風機運行狀態(tài)，從而保持燃燒過程的安全穩(wěn)定，此外，能夠感知燃氣熱值變化進行自動補償，維持熱水輸出的穩(wěn)定；

（5）長壽命設(shè)計——以可靠性技術(shù)為基礎(chǔ)的長壽命設(shè)計方案，結(jié)合預防性維修措施，滿足產(chǎn)品20年安全運行的需要。

在此之前，日本林內(nèi)公司在2021年1月發(fā)布了全球第一批適用富氫天然氣（HENG）的家用燃氣具產(chǎn)品，包括燃氣熱水器5個系列、燃氣采暖爐1個系列以及燃氣暖風機5個型號。其中，燃氣熱水器和燃氣采暖爐適用氫氣比例為30%以下的富氫天然氣，燃氣暖風機適用氫氣比例為10%的富氫天然氣。

富氫天然氣產(chǎn)品在歐盟地區(qū)的市場準入進程已經(jīng)啟動。2019年，“用作燃氣的氫氣混合物測試項目”（THyGA）成為歐盟委員會組織的“燃料電池和氫氣聯(lián)盟”（FCH2JU）的工作計劃內(nèi)容。THyGA的主要工作任務“在民用和商業(yè)終端使用的天然氣中摻入氫氣”課題研究預計歷時3年，于2020年1月啟動，計劃在2022年12月完成，該項目的研究成果將作為歐盟制訂富氫天然氣型燃氣具進入民用和商用場所的政策依據(jù)。由此可以推斷，歐盟地區(qū)富氫天然氣型燃氣具正式產(chǎn)業(yè)化時間可能在2023年左右。

純氫型燃氣具

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氣采暖熱水爐開發(fā)成功的消息。博世公司的純氫燃氣采暖熱水爐運行測試從2017年開始。該產(chǎn)品的外形尺寸與目前使用常規(guī)天然氣的燃氣采暖熱水爐相同，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，所以在氫氣供應未完成之前，就使用天然氣運行，當需要改用氫氣時，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行更新，將給燃氣公司和用戶帶來經(jīng)濟、便利的好處。

歐洲另一家燃氣采暖熱水爐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氣采暖熱水爐，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安裝了純氫氣燃氣采暖爐，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氣采暖爐已經(jīng)完成200多項測試，目的是研究和證明家庭和燃氣輸配送系統(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)氫氣專用燃氣灶具和燃氣熱水器等。

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氣熱水器已經(jīng)完成4年的現(xiàn)場運行測試。該燃氣熱水器的熱水加熱能力為溫升25K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，所以需要配套燃氣熱水器以滿足熱水加熱的需要。2016年12月，長府公司作為參與方提供了適用純氫氣的燃氣熱水器，在一項家用氫能利用示范項目中開始運行。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行熱電聯(lián)產(chǎn)運行，長府公司提供的燃氣熱水器作為輔助熱水加熱裝置與燃料電池配套。

目前全球規(guī)模最大的純氫燃氣熱水器的使用區(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。

標準技術(shù)體系

2021年3月，中國城市燃氣氫能發(fā)展創(chuàng)新聯(lián)盟（以下簡稱城燃氫盟）正式成立了燃氣用具專業(yè)委員會（以下簡稱燃氣用具專委會）。第一屆燃氣用具專委會委員由佛燃能源集團、廣東萬和新電氣股份有限公司、國家燃氣用具產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（佛山）等單位組成。城燃氫盟燃氣用具專委會是探索氫能推廣應用新道路和新模式的重要體現(xiàn)，第一屆專委會主要任務是以燃氣用具為終端探索富氫天然氣、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)標準研制工作；推動相關(guān)法規(guī)政策的出臺等。城燃氫盟燃氣用具專委會是國內(nèi)首個在氫能利用領(lǐng)域的燃氣用具專業(yè)技術(shù)組織。

中國城燃氫盟成立于2020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)學研用資多贏的技術(shù)創(chuàng)新服務平臺。萬和公司已經(jīng)于2021年2月正式成為中國城市燃氣氫能發(fā)展創(chuàng)新聯(lián)盟成員。

目前對歐盟地區(qū)富氫天然氣型燃氣具影響較大的是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是富氫天然氣型燃氣具進行安全認證的依據(jù)，負責該標準制修訂的標委會CEN/TC 238目前正在進行相關(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)以及相應的燃氣具內(nèi)部氣密性的影響十分小。目前在正常運行條件下，家用燃氣具的燃氣壓力一般不超過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)公司能夠提供適應氫氣濃度30%的燃氣具，由此可見，從材料相容性的角度，過去20多年積累的對富氫天然氣型燃氣具的材料要求是具有充分裕度的。

作為Hy4Heat計劃的支撐性技術(shù)標準，PAS 4444:2020《氫能燃氣具指南》已于2020年5月15 日由英國國家標準機構(gòu)BSI發(fā)布。該標準是氫能終端應用英國第一項快速跟蹤的標準化文件，稱為“公共可用規(guī)范”，可為氫能燃氣具的開發(fā)和使用提供指導。這些燃氣具可能是氫能專用型，也可能是日后可以切換為適應使用氫能的狀態(tài)的產(chǎn)品。

PAS 4444是與現(xiàn)行燃氣具標準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)行的相應家用燃氣具標準。該標準主要用于指導燃氣具制造商適應氫能燃氣具的技術(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氣具，也適用原先使用天然氣的燃氣具改裝，適用的的燃氣器具范圍包括采暖爐和灶具等。

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氣具的氣源，是目前國際上家用燃氣利用領(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，家用燃氣具是使用富氫天然氣技術(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)域的推廣應用，便是其中一個議題。

“兩會”期間，有代表認為需優(yōu)先發(fā)展相對易實現(xiàn)、可大規(guī)模應用的場景；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行輸送，準許更多民用、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、市場占有量的大中型石油燃氣企業(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)范標準建設(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)標準、國家標準的技術(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，則必須對天然氣管網(wǎng)進行脫碳，這是自60多年前天然氣首次進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，一個由燃氣鍋爐制造商和燃氣管網(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氣采暖爐都應為氫氣做好準備。在這封公開信中，主要的燃氣采暖爐制造商八喜和博世以及英國的5家最大的燃氣運營商聯(lián)名提出：2025年開始強制安裝適應氫能燃氣的采暖爐。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，如氫能燃氣采暖爐、熱泵，或?qū)煞N熱源裝置集成的新型系統(tǒng)。

對于氫能燃氣采暖爐的推廣方式，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)天然氣燃氣具向氫能燃氣具過渡的可行方法。滿足氫能就緒要求的燃氣具既可以適應富氫天然氣或純氫氣，又可以適應常規(guī)天然氣。在富氫天然氣或純氫氣供應條件不具備的情況下，先使用常規(guī)天然氣，供應條件具備后以簡便的操作進行切換，有效解決在氣種切換時出現(xiàn)燃氣具集中置換造成的一系列問題。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)在燃氣具選擇方面帶來了便利。

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爐煤氣中氫氣含量的1/3左右，在家用燃氣具領(lǐng)域，富氫天然氣的技術(shù)風險尤其是安全風險顯然不會高于焦爐煤氣。事實上，焦爐煤氣在多年使用過程中已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，可以考慮利用焦爐煤氣配制富氫天然氣，在天然氣替代過程中，一些地區(qū)的焦爐煤氣逐步退出家用燃氣市場。其實，焦爐煤氣中氫氣的含量高達60%，其次是甲烷約25%，不可燃成分通常低于10%。所以，若焦爐煤氣經(jīng)過適當凈化，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%，作為家用燃氣具燃料，其熱力性能與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”方案的燃氣具對氣源具有較寬范圍的適應能力，相應的燃氣具能夠適應利用焦爐煤氣配制的富氫天然氣。在有條件獲得焦爐煤氣的地區(qū)，可以嘗試上述方案。這一方面能夠充分利用原有的焦爐煤氣供氣設(shè)施，解決焦爐煤氣的消納問題；另一方面，也可以為未來富氫天然氣的推廣應用奠定基礎(chǔ)。