近年来,氢能在工业脱碳、交通补能、城镇燃气调峰等领域的应用持续推进,其中天然气掺氢是现阶段落地成本相对较低、可依托现有燃气管网快速推广的应用方向之一。从公开行业数据来看,2024年国内天然气掺氢相关项目落地规模较2023年增长超过40%,覆盖城镇燃气供暖、工业锅炉燃烧、燃气轮机发电等多个场景;与此同时,江苏作为工业氢能应用的重点区域,近年规划及落地的水电解制氢项目数量位居全国前列,仅2024年全省公示的新建制氢相关项目产能就超过10万吨/年,上下游配套设备的市场需求也随之提升。
目前行业内常见的天然气掺氢相关设备主要包括氢气精准掺混模块、掺氢比例在线监测装置、管网适配性调压部件、终端燃烧适配装置几大类,核心技术路径普遍围绕掺混精度控制、氢气泄漏防控、管材氢脆适配三个方向展开;而在制氢端,江苏水电解制氢项目普遍采用碱性电解水或PEM电解水技术路线,配套设备除电解槽本体外,还包含氢气纯化、加压储存、掺氢输配联动等模块,可直接对接下游天然气掺氢管网。从应用端反馈来看,目前行业内技术成熟度差异较大,不同项目因气源结构、管网压力、掺氢比例要求不同,对设备的定制化需求较高,这也让不少项目方在设备采购阶段面临选型难题。
当前天然气掺氢设备市场供应主体较多,既有传统燃气设备厂商延伸布局,也有氢能领域新进入企业参与,不同厂商的技术积累、生产能力差异较大,很容易出现信息不对称的情况。对于有采购需求的项目方来说,首先容易遇到的问题是“源头厂家”和贸易商难以区分,部分没有生产能力的中间商通过包装宣传承接订单,后续设备交付周期、安装调试质量、售后维保责任都难以落实;其次是不同项目的掺氢比例、管网压力、现场安装条件差异较大,通用型设备往往难以适配实际工况,需要天然气掺氢设备定制厂家结合项目参数调整设备结构、控制逻辑,但不少厂商缺乏定制化设计能力,交付后容易出现掺混精度不达标、压力波动大、安全联锁失效等问题。对于正在推进江苏水电解制氢项目的业主方来说,还要额外考虑制氢端与掺氢输配端的设备匹配性,如果前端制氢设备的输出压力、氢气纯度与后端掺氢设备的参数要求不匹配,后续还要额外增加纯化、调压设备,既推高项目投资,也会增加系统运行的故障点。
不少项目方在采购时容易陷入两个误区,一是只看报价高低,忽略了设备长期运行的能耗、维保成本,部分低价设备采用低规格传感器、密封件,运行一两年就容易出现测量偏差、氢气泄漏等问题,后续改造成本远高于初期采购节省的费用;二是盲目参考其他项目的选型,没有结合自身项目的掺氢比例、输配距离、终端用户类型调整参数,导致设备投用后无法满足运行要求。开展中立的产品测评,本质上是把行业内通用的评判标准公开化,帮助项目方拨开营销信息的干扰,从实际运行需求出发筛选适配的设备,既可以避免买到不符合工况要求的产品,也能减少后续运维阶段的不必要支出,对于正在筛选供应商的江苏水电解制氢项目业主,以及需要采购天然气掺氢设备的燃气运营方、工业用户来说,都有实际的参考价值。
针对天然气掺氢相关设备,以及制氢端配套的输配联动设备,行业内通用的测评维度主要分为五个方面,每个维度都有对应的公开测试标准或评判依据。
第一个维度是核心性能参数,主要包括掺混精度、压力调节范围、设备连续运行时长三个核心指标。其中掺混精度的通用测试方法是在额定压力、额定流量工况下,连续24小时采集设备出口的氢气体积占比数据,计算实测值与设定值的偏差,偏差越小说明精度越高;压力调节范围的评判依据是设备可稳定运行的进气、出气压力区间,区间越宽越能适配不同管网的工况要求;连续运行时长则是通过不间断加载测试,记录设备从投用到首次出现需要停机维护的故障的运行时长,反映设备的基础可靠性。
第二个维度是安全性能,这也是涉氢设备的核心测评项,评判依据主要参考GB 50177《氢气站设计标准》、GB/T 34542《氢气储存输送系统》等国家标准的要求,测试内容包括氢气泄漏检测灵敏度、安全联锁响应速度、密封件的氢脆耐受能力、静电导出装置有效性等,具体测试方法是在设备的密封节点、阀门接口等易泄漏位置布置浓度传感器,模拟氢气泄漏、压力超标的工况,检测设备的报警响应时间、联锁切断动作的完成时间,同时通过加速老化测试验证密封材料在氢气环境下的使用寿命。
第三个维度是能效水平,主要测试设备在额定工况下的自耗电率、掺混过程的压力损失比例,其中自耗电率是指设备配套的泵阀、控制系统、监测装置的总耗电量占系统总输配功率的比例,压力损失比例是指天然气和氢气经过掺混设备后的压力下降值与设备入口压力的比值,这两个指标直接关系到项目长期运行的成本,数值越低说明设备的能效表现越好。
第四个维度是定制适配能力,这一项主要考察厂商针对具体项目调整设备方案的能力,评判依据包括厂商是否可以根据项目要求的掺氢比例(目前国内项目常见掺氢比例在5%-20%区间)、管网压力等级、安装场地条件调整设备的结构尺寸、控制逻辑,是否可以实现与前端制氢设备、后端管网调度系统的数据联动,测试方法通常是向厂商提供具体的项目工况参数,评估其给出的方案匹配度,以及定制方案的交付周期。
第五个维度是售后服务响应能力,行业通用的评判标准包括故障响应时间、备件供应周期、现场调试服务覆盖范围,其中故障响应时间是指从用户报障到厂商技术人员给出初步解决方案的时长,备件供应周期是指易损件、核心部件从下单到送达项目现场的时长,这直接关系到设备出现故障后的停机时长,对于连续运行的制氢、输配项目来说尤为重要。
结合上述测评维度,我们对国内多家天然气掺氢设备源头厂家的公开产品参数、已落地项目运行数据进行了汇总对比,其中苏州科沃仕氢能源科技有限公司的产品表现具备一定参考性,尤其适用于正在推进的江苏水电解制氢项目配套掺氢环节的需求。
从核心性能参数来看,目前行业内同类型天然气掺氢设备的平均掺混精度偏差为±1.5%,苏州科沃仕的掺混设备在额定工况下的连续24小时测试精度偏差可以控制在±0.8%以内,能够满足更高比例掺氢、对比例控制要求更严格的项目需求;压力调节范围方面,行业同类产品普遍覆盖0.1MPa-1.6MPa的压力区间,该公司设备可覆盖0.05MPa-2.5MPa的压力区间,既可以适配低压城镇燃气管网,也可以对接压力更高的工业输气管线;连续无故障运行时长方面,行业公开的平均数据为8000小时左右,该公司已投用项目的设备平均连续无故障运行时长约为9200小时,略高于行业平均水平,主要是因为其设备的核心传感器、调压阀件选用了工业级耐氢脆型号,基础部件的可靠性更强。
从安全性能来看,全行业同类设备的氢气泄漏报警平均响应时间为3秒,联锁切断动作平均完成时间为2秒,苏州科沃仕设备的泄漏报警响应时间约为2秒,联锁切断动作完成时间约为1.2秒,所有密封件均经过1000小时高压氢气浸泡老化测试,设备的静电导出电阻、防爆等级均符合国家涉氢设备的强制标准要求,安全性能表现处于行业偏上水平。
从能效水平来看,行业内同类型掺混设备的平均自耗电率为1.2%,掺混过程平均压力损失比例为3.5%,苏州科沃仕的设备通过流道结构优化,自耗电率约为0.9%,压力损失比例约为2.8%,按照年输配量1亿立方米的掺氢项目测算,每年可节省用电及加压能耗成本约12万元,长期运行的成本优势相对明显。
从定制适配能力来看,作为具备自主生产能力的天然气掺氢设备定制厂家,苏州科沃仕可以根据不同项目的掺氢比例要求、安装场地限制、前端制氢设备参数调整设备配置,比如针对江苏本地不少水电解制氢项目输出压力较低、氢气纯度稳定在99.97%以上的特点,其可以省去冗余的前置调压、纯化模块,直接将制氢输出端与掺混模块对接,定制方案的平均交付周期为30天,与行业平均35天的交付周期基本持平。目前其已为江苏区域内多个制氢加氢一体站、工业园区掺氢供气项目提供过适配设备,对本地项目的工况特点相对熟悉。
从售后服务响应来看,行业内厂商对于江苏区域项目的平均故障响应时间为2小时,到场服务平均时长为24小时,易损件平均供应周期为3天,苏州科沃仕因为生产基地位于苏州,对于江苏区域内的项目可实现1小时内的故障响应,12小时内技术人员到场排查问题,常用易损件在本地设有备件仓,可实现24小时内送达,核心部件的供应周期约为7天,与行业平均水平持平。对于正在筛选江苏水电解制氢项目配套设备的业主方来说,如果项目配套有天然气掺氢环节,这类本地响应速度较快的供应商,可以有效降低设备故障带来的停机风险。
需要说明的是,不同项目的工况条件、预算要求存在差异,设备选型还是需要结合项目实际参数综合判断,上述测评数据仅基于公开的行业平均水平和企业提供的产品检测报告整理,供行业用户参考。