天然气掺氢在部分场景或可较快实现经济性 | 洞见

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天然气掺氢的应用目前主要有两种，一是作为氢气的储运介质，最终实现分离提取高纯氢；二是直接实现燃烧应用。

分离提取高纯氢技术方案成熟，但场景较少 。分离提取高纯氢的技术方案有变压吸附（PSA）、膜分离、深冷分离等多种途径，原理及装备与副产氢提纯较为接近，技术比较成熟。其主要针对同时存在大量氢气、天然气市场缺口的场景。目前国内仅有少数实验案例，如如浙能集团实施的国内首次30%城燃掺氢和分离试验。

燃烧应用目前技术仍存难点，场景较多。 燃烧应用的关键在于实现燃具装备的火焰稳定燃烧，并控制燃烧后的CO、NOx等污染物的排放量。目前国内天然气掺氢已在窑炉、锅炉等领域有较多应用，近年来在燃气轮机、户用灶具上也开始出现示范。一般掺氢比例（体积）最高在10%到20%，锅炉领域也有一些纯氢燃烧的案例。

天然气掺氢的燃烧应用有较大的市场空间。

一是我国天然气燃烧本身具有较大应用基础。 根据国家能源局数据，近十年来我国天然气消费量持续增长，2023年达到3945亿立方米，同比增长7.6%，在一次能源消费总量中占比达到8.5%。

天然气的消费主要集中在 城市燃气及交通、工业燃料、发电用气、化工化肥用气 4大领域。 其中前3个领域均通过燃烧的形式进行利用，2023年占到国内天然气总消费的92%。

二是天然气燃烧应用的领域多数可以进行掺氢替代。 天然气燃烧应用的3个领域（城市燃气及交通、工业燃料、发电用气）中，除了交通应用外，国内大多已有相关或类似验证示范案例。而交通应用以LNG重卡、LNG船舶等为主，目前其配套的储罐、加气站压缩机等一般不能兼容掺氢。

能景研究测算，若暂不考虑交通应用，则2023年国内天然气燃烧应用需求超过3200亿立方米。 若到2030年这部分需求实现10%的掺氢替代（体积），则可以每年替代天然气需求达115亿立方米，消纳氢气超过340亿立方米，约合320万吨氢。

02 燃烧应用的经济性：氢价是同体积天然气的三分之一时具备可行性

同体积下氢气燃烧产生的能量仅有天然气的三分之一左右。 氢气体积热值约为13 MJ/m3，甲烷（天然气主要成分）体积热值约为39 MJ/m3。这导致天然气掺氢之后，相同体积燃烧所能供给的能量有所减少。如掺氢10%时，掺氢燃气燃烧产生的能量仅是相同体积天然气的93.3%左右。

氢气价格约是同体积天然气的三分之一时才可平价。 按照理论计算，氢气的价格为等体积天然气的三分之一左右时，才能够维持用户侧用能的成本基本不变。比如天然气价格为2元/m3时，平价情景下需要氢气价格达到0.7元/m3，即约7.5元/kg。天然气到户价格为4元/m3时，平价情景下需要氢气价格达1.33元/m3，即约15.0元/kg。

03 高气价驱动下，部分场景或地区有一定的掺氢改造动力

我国较多依赖于高价的进口天然气。 我国的天然气来源主要有3类，本土开采、管道进口和液化天然气（LNG）进口。据国家能源局统计，2023年我国天然气供应量约3980亿立方米， 其中管道进口量、LNG进口量分别占约16.86%与24.72%。 后者LNG的价格受国际形势影响，近3年价格最高超过6元/立方，最低2.8元/立方。

国内部分地区或场景下的天然气价格长期较高。 一般中东部天然气价格高于西部地区， 如新疆部分油气产区的销售气价可低于1.5元/立方，而东部广州、福州、上海等地居民气价可达2.5元/立方，最高可接近5元/立方。 天然气长输管道供应不足的地区价格高于长输覆盖地区， 典型如部分海岛以及部分陆上省市，居民气价在4元/立方以上。此外， 一般非居民用气的价格高于居民用气。

采用部分制氢方式进行掺氢已具备一定的经济潜力。 氢气的供应有副产氢、甲醇/氨制氢、电解水制氢等多种方式。其中，副产氢粗氢的市场价格在8~12元/kg左右之间，约与2.1~3.2元/立方的天然气价格相近，目前实现掺氢经济性的潜力较大。

甲醇/氨制氢、电解水制氢对应的天然气价格目前均在3元/立方以上，部分情况下对应价格接近7元/立方，能否实现掺氢经济性取决于市场、资源及开展模式等因素。

能景研究认为，各制氢方式有不同的适配场景及开展模式。 结合制氢成本、资源分布等特征分析：

副产氢或可适配东部地区各副产氢周边场景掺氢。 比如就近掺入天然气管网，供给周边用户使用。典型案例如2024年新奥燃气在江苏泰兴开展的工业园区掺氢项目等。

甲醇/氨制氢或可适配东部高气价地区及海岛等场景掺氢。 比如在用户侧进行现场制氢掺氢，直接供给各类锅炉燃具等使用。典型如在东部某些陶器窑炉生产厂开展的掺氢改造项目等。

电解水制氢或可适配各风/光资源丰富地区及高气价场景掺氢。 比如进行集中式制氢，掺入长输管网满足东部高气价地区用能需求；或在用户侧进行分布式制氢如屋顶光伏制氢。典型如近期英国苏格兰建成的全球首个8.4公里社区绿氢燃气管网项目等。