天然气掺氢是将氢气按一定比例混入天然气中形成掺氢天然气(HCNG)，通过现有天然气管网输送并替代传统天然气的技术。这一技术可利用可再生能源制氢，降低碳排放，同时借助成熟的天然气基础设施实现氢能规模化应用，被视为向纯氢能源系统过渡的关键环节。
一.技术特点与应用场景
1.技术优势：掺氢天然气可利用电网消纳剩余可再生能源制氢，通过天然气管网实现氢能的长距离、大规模运输，解决当前氢能储运的技术瓶颈。例如，日本三菱日立动力系统测试显示，掺氢30%的天然气在燃气轮机中燃烧时，CO₂排放减少10%，发电效率超63%，且仅需改造燃烧器即可兼容现有设备。
2.掺氢比例与设备适应性：工业领域：燃气轮机经改造后可适应5%-30%的掺氢比例，如国家电投荆门项目在2022年实现30%掺氢燃烧，大唐海口项目在2023年完成7%掺氢改造。
民用领域：家用灶具通常需控制掺氢比例低于23%，以避免燃烧特性变化影响安全性和热效率。例如，英国首个民用试点项目向100户家庭供应掺氢20%的天然气，验证了低比例掺氢的可行性。
3.基础设施兼容性：现有天然气管网在掺氢比例低于20%时，管道材料(如X52钢级以下)通常无需大规模改造，但需关注氢脆风险。例如，德国Avacon公司在斯科普斯多夫市试点中，通过测试400套供暖系统，验证了掺氢20%的安全性。
天然气掺氢是将氢气按一定比例混入天然气中形成掺氢天然气(HCNG)，通过现有天然气管网输送并替代传统天然气的技术。这一技术可利用可再生能源制氢，降低碳排放，同时借助成熟的天然气基础设施实现氢能规模化应用，被视为向纯氢能源系统过渡的关键环节。
二.发展现状：技术验证与试点示范并行
1. 国际进展：技术成熟度领先，民用试点扩大
欧洲主导示范：英国HyDeploy项目在2025年已扩展至公共燃气网络，向Winlaton地区668户家庭和企业供应掺氢20%的天然气，验证了民用场景的安全性和设备兼容性。荷兰Ameland项目早期试点(2010年)实现年平均掺氢12%，证明风电制氢与天然气管网混输的可行性。
日本与美国突破：日本三菱日立动力系统开发的掺氢30%燃气轮机，CO₂排放减少10%，发电效率超63%，且仅需改造燃烧器即可兼容现有设备。美国通过《通胀削减法案》推动氢能税收抵免，加速工业领域掺氢应用。
2. 国内实践：政策驱动与区域示范同步推进
政策体系完善：中国《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》明确天然气掺氢为重点方向，吉林省《“氢动吉林”行动实施方案》提出在松原市试点工业园区支线5%-20%掺氢，并给予加氢站每公斤15元的运营补贴。
技术突破显著：国家电投荆门绿动电厂在2022年实现30%掺氢燃烧，成为全球首个商业机组高比例掺氢示范项目;2024年F级50兆瓦重型燃气轮机完成30%掺氢试验，兆瓦级纯氢燃气轮机通过整机验证。
民用试点起步：深圳燃气集团建成国内首座城镇燃气掺氢综合实验平台，实现掺氢20%的稳定供气，为龙华区求雨岭生活区安全供气近200天。辽宁朝阳项目完成10%掺氢民用灶具测试，发布6项团体标准。
3. 技术挑战与解决方案
氢脆风险可控：研究表明，常温常压下(低于200℃、35MPa)氢脆风险被高估，金属材料(如软钢、聚乙烯)在掺氢比例低于20%时可安全运行。中国核能行业协会发布《钢制高强度紧固件抗氢脆技术条件》，从设计到使用全流程规范抗氢脆标准。
计量与混合控制优化：艾默生等企业开发气相色谱仪和边缘控制器，实时监测氢气浓度，确保混合比例稳定;深圳实验平台掺氢精度达1%，压力覆盖城镇燃气全范围。
三.未来展望：规模化应用与产业升级
1. 技术趋势：高比例掺氢与全链条创新
掺氢比例提升：工业领域燃气轮机掺氢比例有望从30%逐步提高至50%以上，民用领域在材料技术突破后或放宽至25%-30%。日本计划2030年实现50%掺氢燃烧，欧盟推动2040年管网全氢化。
全产业链协同：绿氢成本预计从当前30-40元/千克降至2030年15元/千克以下，推动“可再生能源制氢-掺混-输配-应用”全链条规模化。松原市中能建氢能产业园(年产绿氢11万吨)通过风光制氢与合成氨一体化，进一步降低成本。
2. 市场潜力：万亿级产业集群形成
工业领域主导：合成氨、甲醇、炼化等行业将优先规模化应用掺氢天然气。预计到2030年，全球氢冶金用氢需求达660-1400万吨，绿色甲醇、绿氨用氢超4800万吨。中国计划2027年实现冶金、化工等行业低碳氢规模化应用。
民用与交通渗透：英国HyDeploy项目若全国推广20%掺氢，可减少250万辆汽车碳排放。中国松原市计划探索民用掺氢供暖，结合氢电耦合锅炉降低终端排放。
3. 政策与基础设施：标准完善与管网改造
标准体系构建：中国已发布《掺氢站场工艺与安全适用性测试及评估规范》等团体标准，欧盟HyReady、HIPS-Net推进掺氢标准统一。2025年施行的《中华人民共和国能源法》明确氢能开发利用地位。
管网适应性改造：全球37个示范项目测试掺氢对管网材料、设备的影响。中国天然气管网总里程2025年将达16.3万公里，为掺氢提供基础设施支撑。松原市正探索中俄天然气管道掺氢可行性。
4. 区域机遇：松原市引领北方氢谷建设
资源与政策优势：松原市风光可装机3800万千瓦，被列为吉林省“中国北方氢谷”核心区。中能建氢能产业园、乾安县风光制绿氢合成氨项目加速落地，目标形成千亿级产业集群。
试点项目推进：工业园区支线5%-20%掺氢试点预计2025年启动，结合本地绿氢供应缓解天然气压力。北燃蓝天燃气的缴费系统显示本地基础设施完善，为民用掺氢奠定基础。
四.总结
天然气掺氢技术在政策支持、成本下降和技术突破的驱动下，正从试点示范迈向规模化应用。未来十年，随着绿氢产能扩张和管网改造完成，掺氢比例将逐步提高，最终实现从天然气到纯氢的过渡。中国凭借资源禀赋和政策倾斜，有望成为氢能产业链的关键节点，推动“氢进万家”目标的实现。这一技术不仅是能源转型的重要路径，更是全球应对气候变化、构建零碳经济的核心支撑。
