城镇燃气输配系统低碳化改造路径研究

一、引言

在全球应对气候变化、我国大力推进 “ 双碳” 目标的背景下，能源行业的低碳转型成为必然趋势。城镇燃气输配系统作为城市能源供应的重要组成部分，其运行过程中产生的碳排放不容忽视。传统燃气主要以天然气、液化石油气为主，燃烧过程中会释放大量二氧化碳等温室气体 。随着城市规模扩大和燃气需求增长，降低城镇燃气输配系统的碳排放，对实现能源领域碳中和目标至关重要。氢能作为零碳清洁能源，可再生能源制气技术的发展，为城镇燃气输配系统低碳化改造提供了新方向。

二、城镇燃气输配系统碳排放现状与改造需求

2.1 碳排放现状分析

城镇燃气输配系统的碳排放主要来源于燃气生产、输送和燃烧环节 。在生产环节，天然气开采过程中的甲烷泄漏，以及液化石油气的炼制过程都会产生碳排放；输送环节中，管道泄漏、压缩机运行等消耗能源也会导致碳排放；用户端燃气燃烧更是碳排放的主要来源。据统计，我国城镇燃气行业每年碳排放总量占能源行业碳排放的一定比例，且随着燃气消费量的增加呈上升趋势。

2.2 低碳化改造需求

“ 双碳” 目标的提出，对城镇燃气行业的低碳发展提出了明确要求 。一方面，政策层面不断出台相关法规和标准，鼓励燃气企业降低碳排放，推动行业绿色转型；另一方面，公众对环境质量的关注度日益提高，对清洁能源的需求不断增加。同时，燃气企业自身也面临着能源结构调整、成本控制和市场竞争的压力，亟需通过低碳化改造提升竞争力。因此，探索城镇燃气输配系统低碳化改造路径，实现能源的清洁高效利用，是行业发展的必然选择。

三、氢能掺混与可再生能源在城镇燃气输配系统中的应用可行性

3.1 氢能掺混的可行性

3.1.1 管网适配性分析

现有城镇燃气管道对氢气具有一定的适配能力，但需考虑氢气的特殊性质。氢气分子小、扩散性强，易导致管道材料氢脆和泄漏 。研究表明，在一定掺混比例下（如氢气掺混比例低于 20% ），现有天然气管道经过适当检测和维护，可安全输送氢混燃气。同时，随着材料技术的发展，新型抗氢脆管道材料的应用，将进一步提高管网对氢能掺混的适应性。

3.1.2 燃烧设备兼容性

燃气燃烧设备对氢能掺混的兼容性是关键。目前，大部分现有燃气灶具、热水器等设备经过简单改造（如调整燃烧器参数、优化空气进气量等），可适应一定比例的氢混燃气 。对于工业燃气设备，需根据具体工艺要求进行针对性改造，确保燃烧效率和安全性。

3.2 可再生能源应用的可行性

3.2.1 可再生能源制气技术

可再生能源制气技术主要包括生物质制气、太阳能电解水制氢、风能电解水制氢等 。生物质制气技术利用农林废弃物、有机垃圾等原料，通过气化、发酵等工艺生产生物燃气，技术已相对成熟，在部分地区实现规模化应用。太阳能、风能电解水制氢技术虽处于发展阶段，但随着光伏、风电成本的不断降低和电解水制氢效率的提升，其经济性逐渐显现，未来有望成为可再生能源制气的主要方式。

3.2.2 供气系统适配性

可再生能源制得的燃气（如生物燃气、绿氢）可接入现有城镇燃气输配系统。对于生物燃气，需进行净化处理，使其成分和热值满足城镇燃气标准；对于氢气，可采用掺混或单独输送的方式 。通过建设小型分布式制气装置与集中式制气厂相结合的供气模式，能够提高可再生能源燃气的供应灵活性和可靠性。

四、城镇燃气输配系统低碳化改造路径

4.1 基础设施升级改造

对现有燃气输配管网进行评估和改造，提高管网对氢混燃气和可再生能源燃气的输送能力 。更换部分易受氢气影响的管道材料，采用抗氢脆性能好的钢管或新型高分子材料管道；优化管网布局，减少管道泄漏点，提高输送效率。同时，建设加氢站、生物燃气加注站等配套设施，完善可再生能源燃气供应网络。

4.2 氢能掺混比例优化与调控

根据管网和设备的实际情况，确定合理的氢能掺混比例 。在改造初期，可采用较低的掺混比例（如 5%-10% ），逐步摸索经验，待技术和设备成熟后，适当提高掺混比例。建立氢能掺混监测与调控系统，实时监测管道内氢混燃气的成分和压力，根据用户需求和设备运行状态，动态调整掺混比例，确保供气安全稳定。

4.3 可再生能源制气与供气体系构建

加大对可再生能源制气技术的研发和推广力度，因地制宜发展生物质制气、太阳能电解水制氢、风能电解水制氢等项目 。在农业资源丰富地区，建设大型生物质制气厂；在光照、风力资源充足地区，布局可再生能源电解水制氢基地。建立可再生能源燃气与传统燃气的混合供应机制，实现能源的优化配置和高效利用。

4.4 安全保障体系强化

氢能和可再生能源燃气的应用带来新的安全挑战，需建立完善的安全保障体系 。制定严格的氢混燃气和可再生能源燃气相关标准规范，涵盖设计、施工、运行等环节；加强对管道、设备的安全检测和维护，采用先进的泄漏检测技术，及时发现和处理安全隐患；开展安全宣传教育，提高从业人员和用户的安全意识，制定应急预案，提升应急处置能力。

4.5 政策支持与激励机制完善

政府部门应出台相关政策，支持城镇燃气输配系统低碳化改造 。加大对可再生能源制气项目的财政补贴和税收优惠力度，鼓励企业投资建设；制定氢能掺混和可再生能源燃气应用的准入标准和技术规范，引导行业健康发展；建立碳排放交易机制，对实现低碳化改造的燃气企业给予碳排放配额奖励，推动企业积极参与改造。

五、结论

本论文基于氢能掺混与可再生能源应用，系统研究了城镇燃气输配系统低碳化改造路径。通过分析碳排放现状和改造需求，论证了氢能掺混与可再生能源应用的可行性，并从基础设施升级、掺混比例优化、可再生能源体系构建、安全保障强化和政策支持等方面提出了具体改造路径。研究表明，合理推进氢能掺混与可再生能源应用，能够有效降低城镇燃气输配系统的碳排放，推动燃气行业实现绿色低碳转型。在未来的发展中，需进一步加强技术研发和政策引导，解决改造过程中面临的技术、经济和安全等问题，促进城镇燃气输配系统低碳化改造的顺利实施，为实现 “ 双碳”目标贡献力量。

参考文献

[1] 高杰， 金鑫， 武国兵. 城镇燃气输配系统[J]. 化学工程与装备，2023，（09）：141-143.

[2]李尚，张文东.城镇燃气管网输配系统安全运行管理研究[C]//中国城市燃气协会安全管理工作委员会.2022 年第五届燃气安全交流研讨会论文集（下册）.[出版者不详]，2023：174-177.DOI：10.26914/c.cnkihy.2023.008223.

[3]张迎旭.管网仿真在城镇燃气输配系统中的建模过程及应用[C]//中国城市燃气协会安全管理工作委员会.2021第五届燃气安全交流研讨会论文集（下册）.西安秦华燃气集团有限公司;，2023：108-111.DOI：10.26914/c.cnkihy.2023.031283.