界面新闻实习记者 | 薛昱婷

管束车将制备好的氢运往掺氢站的卸气柱，再在调压撬中进行减压降温。减压两次后，压强从20兆帕降至约6兆帕，工作人员在此基础上再进行精确调整，以匹配管道气的压力。调试完成后，开始将氢掺入天然气。

这是国家电投荆门绿动能源有限公司（下称荆门绿动）高比例掺氢燃烧改造试验的作业流程。2022年9月29日，荆门燃机项目取得重大突破，在运燃机实现了30%的掺氢燃烧改造和运行。

这是中国首次在重型燃机商业机组上实施高比例掺氢燃烧改造试验和科研攻关，也是全球范围内首个在天然气联合循环、热电联供商业机组中进行高比例掺氢燃烧的示范项目。

7月12日，界面新闻实地探访了这一项目。该项目对单台54兆瓦燃机进行了掺氢改造。在掺氢30%的情况下，该机组每年即可减少二氧化碳排放量超1.8万吨。

该项目业主荆门绿动成立于2017年，其控股股东为国家电投集团湖北电力有限公司，后者主要负责国家电力投资集团有限公司（下称国家电投）在湖北省的发展和协调工作。

2021年7月23日，荆门市政府、中国重燃、国家电投湖北公司、盈德气体签署四方合作协议，荆门项目项目正式启动。项目由国家电投集团北京重燃能源科技发展有限公司牵头，西门子能源、盈德气体(02168.HK)进行协作，并统筹了上海成套院、上海舜华等多个单位，完成了从燃机本体改造、电厂内混氢站建设到厂外供氢全流程的方案设计和组织实施。

该项目掺氢燃烧试验分为两个阶段实施。在荆门市掇刀区发改局的具体协调下，该项目设计建设了卸氢装置、减压装置、混氢装置和相关配套设施，对2号燃机开展燃烧器、控制系统相关改造。

2021年12月23日，该项目实现了第一阶段15%掺氢燃烧改造和运行，使机组具备了纯天然气和天然气掺氢两种运行模式的兼容能力。这标志国内掌握一套完整的燃气轮机电站掺氢改造工程设计方案。

2022年9月29日，在成功第一阶段的基础上，该项目实现了第二阶段30%掺氢燃烧试验运行。

天然气掺氢是指向已有的天然气管网中掺入一定比例的氢气，以实现氢能的利用。氢是宇宙中分布最广泛的物质，具有能量密度高、碳排放量低等特点，被称为“21世纪的终极能源”。

氢可以作为燃料在燃气轮机等能源设备中燃烧。其中，氢与天然气的混合燃烧是一条极具前景的途径。

中国城市燃气协会发布的《天然气管道掺氢输送及终端利用可研性报告》（下称《报告》）指出，天然气掺氢技术既能解决大规模可再生能源消纳的问题，又能高效低成本地输送氢气，是降低天然气利用过程碳排放强度以及保障燃气供应安全的有效途径。

与天然气相比，氢的可燃范围更广，最小点火能更低，能拓展传统碳燃料的可燃范围，但氢的自燃和爆炸风险更大，燃机也更易发生回火、脉动等不稳定问题。

回火是指本应当稳固在火箭筒内部的火焰向上游传播到预混段内，影响是显著增加污染物排放，甚至可能损坏喷嘴和整个燃烧系统。

国家电投湖北鄂中区域公司副总经理（主持工作）于红伟对界面新闻表示，为解决该问题，联合项目部优化了预混燃烧器结构构型的设计，完善自动检测装置，进行控制系统改造，加装相关测点，建设辅助设施设备，提升阀门的性能，以降低设备的回火风险。

除稳定燃烧外，环保排放也是掺氢燃烧的关键问题。

尽管氢本身不具备碳元素，燃烧不会产生一氧化碳，但在高温燃烧条件下，空气中的氮气和氧气会进行反应，导致较高的氮氧化物排放。荆门绿动经过多轮试验和调试，终于将氮氧化物排放量从超100毫克/立方米控制在50毫克/立方米以内。

国家电投湖北鄂中区域公司副总经理白红涛对界面新闻表示，燃烧器燃料气有三路，分别是中心气、值班气和主燃料，通过在不同负荷状态下改变三路燃料流量的比例，可以完成对但氮氧化物排放的控制。一般在欠氧条件下燃烧，产生的氮氧化物相对更少。

重要的是，经升级改造的燃料气兼顾了控制氮氧化物排放和降低燃烧不稳定性的双重作用。氮氧化物的排放水平与燃机的脉动有时呈现负相关关系，氮氧化物排放低时，脉动频率突然增大，氮氧化物排放高时，脉动频率相对较低。因此，只有经过多轮调试才能找到两者之中的最佳点。

为了保证整体系统的稳定运行，荆门绿动对燃机的自动控制系统、天然气调压站、卸混氢系统、余热锅炉等相关系统进行了联合调试，对相关技术重点升级，也提升了燃机本体的燃料适应性。

当前，业内对天然气掺氢的探索兴趣和力度不断增加。

上述《报告》显示，“十四五”时期，新增天然气管道掺氢示范项目15-25个，掺氢比例达到3%-20%。

成本经济性仍然是制约氢气作为燃料推广的最重要条件。白红涛表示，一立方米天然气产生的热值约等于三立方米氢气，氢气的成本降至天然气的三分之一时，才能在经济性方面具备竞争力。

《报告》指出，绿氢价格下降是未来掺氢天然气规模化发展的必然要求。乐观情境下，2026年左右开始进入商业化导入阶段，2042年进入商业化应用阶段。