Hydeploy是英國(guó)第一個(gè)向氣體網(wǎng)絡(luò)注入氫氣的示范項(xiàng)目，氫氣注入體積比達(dá)到20%，旨在為英國(guó)境內(nèi)的氫氣混合市場(chǎng)提供一個(gè)先鋒平臺(tái)。

Hydeploy是Cadent、北部氣體網(wǎng)絡(luò)(NGN)、漸進(jìn)能量公司(Progressive Energy)、HSE定制研究與咨詢、ITM Power和基爾大學(xué)之間的合作項(xiàng)目。主要分包商是奧托西蒙有限公司(OSL)、戴夫蘭德咨詢公司和 Kiwa Gastec。該項(xiàng)目由英國(guó)天然氣及電力市場(chǎng)辦公室(Ofgem)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新競(jìng)賽資助，是Ofgem有史以來(lái)最大的天然氣創(chuàng)新項(xiàng)目。

Hydeploy是一個(gè)為期6年的項(xiàng)目，于2017年啟動(dòng)，預(yù)計(jì)于2023年完成。該項(xiàng)目包括三個(gè)單獨(dú)的試驗(yàn)，將20%體積的氫氣混合到基爾大學(xué)的專用網(wǎng)絡(luò)中和NGN、Cadent的網(wǎng)絡(luò)中。

該項(xiàng)目的總體目標(biāo)是為氫氣-天然氣混合提供安全案例，并促進(jìn)清除啟動(dòng)氫混合市場(chǎng)所需的監(jiān)管障礙。項(xiàng)目結(jié)束時(shí)的目標(biāo)是將能夠讓氫氣生產(chǎn)商像現(xiàn)在的生物甲烷供應(yīng)商一樣向天然氣網(wǎng)絡(luò)中注入氫氣。

氫氣混合比例為何是20%?

氫和低碳電可能是脫碳能源系統(tǒng)的兩大支柱。不遺余力、低風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展氫能是最低成本的實(shí)現(xiàn)英國(guó)具有法律約束力的碳減排目標(biāo)至關(guān)重要的途徑。

HSE2之前的工作表明，20 vol %的氫混合物不太需要大量的對(duì)天然氣網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造。此外，作為歐盟認(rèn)證的一部分，1996年《燃?xì)馄骶咧噶睢?GAD)之后的所有家用燃?xì)馄骶叨冀?jīng)過(guò)了23%的氫氣測(cè)試。因此，Hydeploy的目標(biāo)是建立必要的證據(jù)基礎(chǔ)證明20 vol%的氫氣混合物與天然氣一樣安全。

通過(guò)證明當(dāng)前的燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)和設(shè)備能夠在不進(jìn)行修改的情況下采用20 vol%的氫混合物，從而使氫的商業(yè)部署不用需要定制設(shè)備，消除對(duì)設(shè)備的更改需求。這就解決了“雞和蛋”供應(yīng)問(wèn)題，反之亦然。它使早期的氫氣部署能夠?qū)⑼顿Y集中在交付批量生產(chǎn)所需的必要供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施上，尤其是天然氣調(diào)節(jié)和CCUS基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)為通過(guò)燃料電池、低碳柔性發(fā)電以及潛在的氫替換實(shí)現(xiàn)更深層次的碳節(jié)約奠定基礎(chǔ)。

碳節(jié)約

英國(guó)的供熱需求僅占總排放量的一半以上，因此小的變化也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。將20 vol%的氫氣混合到天然氣網(wǎng)絡(luò)中，將在國(guó)內(nèi)天然氣需求范圍內(nèi)釋放29 TWh /y的低碳供熱。

從這個(gè)數(shù)字來(lái)看，2018年英國(guó)可再生能源熱激勵(lì)計(jì)劃(RHI)總共提供了11TWh的低碳熱，預(yù)計(jì)年底將額外提供10 TWh /y低碳熱(總共 21 TWh /y)。RHI是英國(guó)政府的低碳熱支持機(jī)制，涵蓋非生活(生物甲烷、廢物等)和生活(生物質(zhì)鍋爐、空氣源熱泵等)低碳熱。與氫混合物的比較如圖1所示。

很明顯，以20 vol%的比例混合氫將減少碳排放，同時(shí)降低氫的早期部署途徑的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1：低碳熱比較

建立安全案例

所有配氣網(wǎng)絡(luò)均由Ofgem授權(quán)，按照天然氣安全(管理)條例(GS(M)R)將天然氣輸送給用戶。GS(m)R內(nèi)的當(dāng)前氫限值為0.1 mol%，因此運(yùn)輸含氫量較大的氣體需要獲得英國(guó)健康安全與環(huán)境部(HSE)批準(zhǔn)。根據(jù)科學(xué)證據(jù)的陳述，通過(guò)定制豁免授予HSE批準(zhǔn)，以證明任何提議的變更與當(dāng)前操作“一樣安全”。

HyDeploy于2018年11月被HSE批準(zhǔn)，是英國(guó)有史以來(lái)第一個(gè)氫豁免項(xiàng)目，用于基爾大學(xué)的首次試驗(yàn)。

每項(xiàng)試驗(yàn)都需要單獨(dú)的批準(zhǔn)程序，因此，項(xiàng)目將從HES申請(qǐng)三項(xiàng)豁免，以使所有三項(xiàng)試驗(yàn)都能交付。

為什么要進(jìn)行三次試驗(yàn)?

Hydeploy的三個(gè)試驗(yàn)經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，以適當(dāng)管理輸送20 vol%氫氣混合物的風(fēng)險(xiǎn)。每項(xiàng)試驗(yàn)將持續(xù)10個(gè)月。

第一次試驗(yàn)將于2019年9月開始，并將把氫氣混合到基爾大學(xué)運(yùn)營(yíng)的一個(gè)氣體網(wǎng)絡(luò)中。第一次試驗(yàn)將向100個(gè)家庭和30個(gè)教學(xué)樓提供氫混合物。

圖2：總體計(jì)劃時(shí)間表

作為支持首次豁免申請(qǐng)的證據(jù)收集的一部分，網(wǎng)絡(luò)中的燃?xì)馄餍枰?/p>

氣體安全檢查;

用高達(dá)28 vol%的氫氣進(jìn)行泄漏試驗(yàn);

使用高達(dá)28 vol%的氫氣進(jìn)行安全測(cè)試。

無(wú)一例外，所有在天然氣上安全且不泄漏的裝置在混合天然氣上都是安全且不泄漏的。

20 vol%氫氣混合物的最終推出不能依賴于檢查英國(guó)的每個(gè)家庭以確保氣體安全，并測(cè)試所有的燃?xì)庥镁?。因此，在基爾進(jìn)行的適當(dāng)控制試驗(yàn)存在著一條路徑，確保證據(jù)基礎(chǔ)足夠令人信服，允許在不進(jìn)行干預(yù)的情況下混合氫。

通過(guò)進(jìn)行兩次進(jìn)一步的試驗(yàn)，可以在證據(jù)基礎(chǔ)允許的情況下逐步減少試驗(yàn)前干預(yù)。這兩個(gè)進(jìn)一步的試驗(yàn)將在2020年和2021年開始，每個(gè)試驗(yàn)將為大約700個(gè)家庭提供20%混合量的燃?xì)?。第二次試?yàn)將在東北部的NGN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，第三次審判將在西北部的Cadent網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行。

試用審批流程

為支持首次豁免申請(qǐng)，進(jìn)行了18個(gè)月的實(shí)驗(yàn)室、案頭和實(shí)地工作，重點(diǎn)領(lǐng)域是：器具;材料;氣體檢測(cè);氣體特性;操作程序。

在以上每個(gè)領(lǐng)域都建立了一個(gè)全面的證據(jù)基礎(chǔ)，并制定了定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(QRA)，以便將所有證據(jù)匯總到一個(gè)比較分析中。QRA側(cè)重于了解試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)概況并得出結(jié)論：含20 vol%氫氣的混合天然氣與天然氣一樣安全。

工藝設(shè)計(jì)

用于交付每次試驗(yàn)的操作設(shè)備將是一臺(tái)由ITM電力公司提供的0.5 MWe電解槽和一臺(tái)由蒂森公司提供的氫氣并網(wǎng)裝置(H2GEU)。電解槽將使用可再生電力，以確保產(chǎn)生的氫氣是低碳的。在每次試驗(yàn)中，一條中壓天然氣供應(yīng)管線將被改道至一個(gè)安全的混合裝置?；旌涎b置中氫氣將由電解槽產(chǎn)生，并與H2GEU內(nèi)的天然氣混合(見圖3)。

圖3：Hydeploy工藝設(shè)計(jì)

混合氣體將返回至中壓供應(yīng)管線，然后通過(guò)現(xiàn)有的調(diào)節(jié)站輸送至獨(dú)立的低壓供應(yīng)家庭。控制方案將使混合水平在工藝限制范圍內(nèi)最大化，同時(shí)保持在GS(M)R規(guī)定的沃泊指數(shù)限制范圍內(nèi)。沃泊指數(shù)是以MJ/m3計(jì)量的氣體能量輸送能力的度量。

在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行了嚴(yán)格的安全評(píng)估，包括保護(hù)層分析(LOPA)和HAZOP。電解槽和H2GEU設(shè)計(jì)為自動(dòng)運(yùn)行，只有在停機(jī)后重啟運(yùn)行時(shí)才需要手動(dòng)干預(yù)。

根據(jù)ALARP原則，每次試驗(yàn)都將確定電解槽和H2GEU的位置，以將風(fēng)險(xiǎn)降至最低。每次試驗(yàn)交付后，電解槽和H2GEU運(yùn)至下一個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行安裝和運(yùn)行。

混合途徑

HyDeploy的目的是為氫混合部署提供一個(gè)平臺(tái)。在計(jì)劃成功交付后，氫氣供應(yīng)商應(yīng)能夠申請(qǐng)豁免。這將啟動(dòng)氫混合市場(chǎng)，使氫混合成為一種低碳?xì)怏w載體，與生物甲烷相當(dāng)。

氫混合有許多部署途徑，大批量供應(yīng)和P2G項(xiàng)目是兩個(gè)方向。

大量供應(yīng)氫氣混合氣，如Hynet項(xiàng)目，使混合天然氣得到廣泛應(yīng)用。Hynet旨在向英國(guó)西北部超過(guò)200萬(wàn)消費(fèi)者提供氫混合燃料，同時(shí)實(shí)現(xiàn)西北工業(yè)集群的脫碳。生產(chǎn)方法將是通過(guò)自動(dòng)熱重整(ATR)和CCUS基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)天然氣進(jìn)行調(diào)節(jié)，以脫碳并隔離二氧化碳。

圖4：Hynet項(xiàng)目

另一種混合部署途徑是利用低碳電力(如果可行且經(jīng)濟(jì))，并通過(guò)電解產(chǎn)生氫氣。這條途徑不太可能在近幾年內(nèi)提供大量供應(yīng)，但可以證明對(duì)早期生產(chǎn)，特別是對(duì)于分布式需求和高純度需求(如燃料電池)有幫助。

Hydeploy目前正在進(jìn)行實(shí)際部署，為英國(guó)及其他國(guó)家的氫能應(yīng)用提供了一個(gè)示范平臺(tái)。