2020年2月，德國(guó)博世公司的英國(guó)公司伍斯特·博世（Worcester Bosch）發(fā)布了使用純氫燃料的燃?xì)獠膳療崴疇t開發(fā)成功的消息。博世公司的純氫燃?xì)獠膳療崴疇t運(yùn)行測(cè)試從2017年開始。該產(chǎn)品的外形尺寸與目前使用常規(guī)天然氣的燃?xì)獠膳療崴疇t相同，安裝和使用要求也是與現(xiàn)有的同類常規(guī)天然氣產(chǎn)品相同。該產(chǎn)品使用天然氣和純氫兩種氣源，所以在氫氣供應(yīng)未完成之前，就使用天然氣運(yùn)行，當(dāng)需要改用氫氣時(shí)，只需要簡(jiǎn)單調(diào)整產(chǎn)品狀態(tài)就可以完成切換工作，耗時(shí)在1小時(shí)之內(nèi)。需要說(shuō)明的是，對(duì)于該產(chǎn)品，氫氣含量不超過(guò)20%的富氫天然氣仍然視為天然氣類燃料。伍斯特·博世公司將這種設(shè)計(jì)稱為“氫氣就緒（Hydrogen Ready）”。該方案意味著相關(guān)產(chǎn)品可以在氫氣供氣管網(wǎng)覆蓋的地區(qū)提前安裝，而供暖系統(tǒng)的各種設(shè)備無(wú)需因?yàn)槲磥?lái)氣源切換而進(jìn)行更新，將給燃?xì)夤竞陀脩魩?lái)經(jīng)濟(jì)、便利的好處。

歐洲另一家燃?xì)獠膳療崴疇t制造商英國(guó)喜德瑞集團(tuán)的八喜（Baxi）公司制造的使用純氫燃料的燃?xì)獠膳療崴疇t，已經(jīng)于2019年6月在荷蘭羅曾堡投入運(yùn)行。這是全球首個(gè)將純氫作為燃料的冷凝式采暖熱水爐用于住宅集中供熱系統(tǒng)的項(xiàng)目。

八喜和伍斯特·博世公司已經(jīng)在英國(guó)HyStreet安裝了純氫氣燃?xì)獠膳癄t，專門建造的示范建筑位于英格蘭諾森伯蘭郡Spadeadam的挪威船級(jí)社（DNV）專業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)。該示范住宅計(jì)劃在2021年4月投入運(yùn)行。目前這些使用純氫氣的燃?xì)獠膳癄t已經(jīng)完成200多項(xiàng)測(cè)試，目的是研究和證明家庭和燃?xì)廨斉渌拖到y(tǒng)轉(zhuǎn)化為氫氣系統(tǒng)的安全性。該項(xiàng)目是由Ofgem贊助的H21網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新競(jìng)賽項(xiàng)目的一部分。英國(guó)北方天然氣管網(wǎng)公司正與合作伙伴Cadent、蘇格蘭天然氣管網(wǎng)公司、威爾士和西部公用事業(yè)公司、英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司、挪威船級(jí)社和衛(wèi)生與安全管理局（HSE）的技術(shù)部門共同領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目。H21正在展示如何將現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)改造，以安全地輸送100%氫氣。對(duì)于第一個(gè)演示項(xiàng)目，八喜和伍斯特·博世公司都在HyStreet的房屋中安裝了鍋爐。鍋爐的開發(fā)是英國(guó)政府資助的Hy4Heat計(jì)劃的一部分，該計(jì)劃還支持開發(fā)氫氣專用燃?xì)庠罹吆腿細(xì)鉄崴鞯取?/p>

日本長(zhǎng)府公司于2020年8月宣布，該公司開發(fā)的以純氫氣為燃料的燃?xì)鉄崴饕呀?jīng)完成4年的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試。該燃?xì)鉄崴鞯臒崴訜崮芰闇厣?5K條件下，每分鐘熱水輸出流量為5L，系統(tǒng)配套的儲(chǔ)水箱容積為200L?？紤]到燃料電池的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，燃料電池的額定功率約為700W，正常運(yùn)行時(shí)，用于加熱水的功率僅為500W左右，所以需要配套燃?xì)鉄崴饕詽M足熱水加熱的需要。2016年12月，長(zhǎng)府公司作為參與方提供了適用純氫氣的燃?xì)鉄崴?，在一?xiàng)家用氫能利用示范項(xiàng)目中開始運(yùn)行。項(xiàng)目參與方包括日本山口液氫公司、巖谷公司、東芝公司等。該項(xiàng)目利用東芝公司開發(fā)的純氫氣家用燃料電池進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行，長(zhǎng)府公司提供的燃?xì)鉄崴髯鳛檩o助熱水加熱裝置與燃料電池配套。

目前全球規(guī)模最大的純氫燃?xì)鉄崴鞯氖褂脜^(qū)域，是將于2021年投入使用的日本東京奧運(yùn)會(huì)運(yùn)動(dòng)員村。該奧運(yùn)村已經(jīng)安裝了4000臺(tái)的純氫氣燃料電池，并內(nèi)置了熱水輔助加熱裝置。

標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)體系

2021年3月，中國(guó)城市燃?xì)鈿淠馨l(fā)展創(chuàng)新聯(lián)盟（以下簡(jiǎn)稱城燃?xì)涿耍┱匠闪⒘巳細(xì)庥镁邔I(yè)委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱燃?xì)庥镁邔Ｎ瘯?huì)）。第一屆燃?xì)庥镁邔Ｎ瘯?huì)委員由佛燃能源集團(tuán)、廣東萬(wàn)和新電氣股份有限公司、國(guó)家燃?xì)庥镁弋a(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（佛山）等單位組成。城燃?xì)涿巳細(xì)庥镁邔Ｎ瘯?huì)是探索氫能推廣應(yīng)用新道路和新模式的重要體現(xiàn)，第一屆專委會(huì)主要任務(wù)是以燃?xì)庥镁邽榻K端探索富氫天然氣、純氫在住宅和類似場(chǎng)所的有效利用途徑；開展相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)、產(chǎn)品、檢測(cè)等研發(fā)工作及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制工作；推動(dòng)相關(guān)法規(guī)政策的出臺(tái)等。城燃?xì)涿巳細(xì)庥镁邔Ｎ瘯?huì)是國(guó)內(nèi)首個(gè)在氫能利用領(lǐng)域的燃?xì)庥镁邔I(yè)技術(shù)組織。

中國(guó)城燃?xì)涿顺闪⒂?020年，是佛燃能源集團(tuán)股份有限公司與中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司聯(lián)合相關(guān)政府部門、研究機(jī)構(gòu)、社會(huì)團(tuán)體和行業(yè)組織等單位共同發(fā)起，旨在堅(jiān)定中國(guó)能源改革方向，謀劃城燃行業(yè)轉(zhuǎn)型路徑，在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱潮背景下打造中國(guó)產(chǎn)學(xué)研用資多贏的技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)。萬(wàn)和公司已經(jīng)于2021年2月正式成為中國(guó)城市燃?xì)鈿淠馨l(fā)展創(chuàng)新聯(lián)盟成員。

目前對(duì)歐盟地區(qū)富氫天然氣型燃?xì)饩哂绊戄^大的是THyGA項(xiàng)目，該項(xiàng)目的結(jié)果直接影響了EN 437《試驗(yàn)氣體、試驗(yàn)壓力、器具分類》的修訂。EN 437是富氫天然氣型燃?xì)饩哌M(jìn)行安全認(rèn)證的依據(jù)，負(fù)責(zé)該標(biāo)準(zhǔn)制修訂的標(biāo)委會(huì)CEN/TC 238目前正在進(jìn)行相關(guān)的起草工作。

THyGA的階段性研究報(bào)告《氫氣混合物的非燃燒相關(guān)影響—材料相容性》，提出了幾個(gè)關(guān)鍵的結(jié)論：在不超過(guò)5000Pa的壓力下，即使氫氣濃度達(dá)到50%，常用的金屬材料，如碳鋼、不銹鋼、銅、黃銅、鋁合金等，不會(huì)出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象，除非存在高應(yīng)力情況；對(duì)于常用的高分子材料包括聚乙烯（PE）等，與50%濃度氫氣長(zhǎng)期接觸不存在明顯的化學(xué)相容性問(wèn)題；需要注意氫氣的泄漏水平較高，約為12T天然氣的2.5倍，但對(duì)于氫氣濃度僅為20%以下的富氫天然氣輸送管道系統(tǒng)以及相應(yīng)的燃?xì)饩邇?nèi)部氣密性的影響十分小。目前在正常運(yùn)行條件下，家用燃?xì)饩叩娜細(xì)鈮毫σ话悴怀^(guò)3000Pa。由于歐洲計(jì)劃近期實(shí)施的富氫天然氣示范項(xiàng)目的氫氣濃度均為20%以下，而日本林內(nèi)公司能夠提供適應(yīng)氫氣濃度30%的燃?xì)饩?，由此可見，從材料相容性的角度，過(guò)去20多年積累的對(duì)富氫天然氣型燃?xì)饩叩牟牧弦笫蔷哂谐浞衷６鹊摹?/p>

作為Hy4Heat計(jì)劃的支撐性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，PAS 4444:2020《氫能燃?xì)饩咧改稀芬延?020年5月15 日由英國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)BSI發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)是氫能終端應(yīng)用英國(guó)第一項(xiàng)快速跟蹤的標(biāo)準(zhǔn)化文件，稱為“公共可用規(guī)范”，可為氫能燃?xì)饩叩拈_發(fā)和使用提供指導(dǎo)。這些燃?xì)饩呖赡苁菤淠軐Ｓ眯?，也可能是日后可以切換為適應(yīng)使用氫能的狀態(tài)的產(chǎn)品。

PAS 4444是與現(xiàn)行燃?xì)饩邩?biāo)準(zhǔn)配合使用的氫能使用附加要求，除非另有說(shuō)明，技術(shù)性能要求采用現(xiàn)行的相應(yīng)家用燃?xì)饩邩?biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)主要用于指導(dǎo)燃?xì)饩咧圃焐踢m應(yīng)氫能燃?xì)饩叩募夹g(shù)要求，規(guī)定了使用純氫氣或富氫天然氣的安全性和功能性要求，不僅適用于全新的燃?xì)饩?，也適用原先使用天然氣的燃?xì)饩吒难b，適用的的燃?xì)馄骶叻秶ú膳癄t和灶具等。

行業(yè)發(fā)展前景

氫氣混合比例不超過(guò)20%（V/V）的富氫天然氣作為家用燃?xì)饩叩臍庠?，是目前?guó)際上家用燃?xì)饫妙I(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重要課題，已經(jīng)有積累超過(guò)20年的試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)。目前，在全球范圍內(nèi)富氫天然氣試驗(yàn)、示范項(xiàng)目約有40個(gè)，中國(guó)目前已經(jīng)有多個(gè)項(xiàng)目或計(jì)劃啟動(dòng)，部分國(guó)家、地區(qū)已經(jīng)啟動(dòng)了富氫天然氣產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃。在中國(guó)，相對(duì)于其他氫能利用技術(shù)領(lǐng)域，家用燃?xì)饩呤鞘褂酶粴涮烊粴饧夹g(shù)成熟度和產(chǎn)業(yè)成熟度較高的領(lǐng)域。在2021年“兩會(huì)”期間，氫能利用受到不少兩會(huì)代表的關(guān)注，對(duì)于富氫天然氣在民用建筑領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，便是其中一個(gè)議題。

“兩會(huì)”期間，有代表認(rèn)為需優(yōu)先發(fā)展相對(duì)易實(shí)現(xiàn)、可大規(guī)模應(yīng)用的場(chǎng)景；制定天然氣管道混合輸氫、民用加氫天然氣使用等技術(shù)規(guī)范；將氫氣混合入天然氣管道中進(jìn)行輸送，準(zhǔn)許更多民用、工業(yè)用氫場(chǎng)景，相對(duì)于現(xiàn)在試點(diǎn)的公共交通車輛用氫，使用量會(huì)明顯加大，運(yùn)輸成本會(huì)更低，擁有現(xiàn)有運(yùn)輸管道網(wǎng)絡(luò)、市場(chǎng)占有量的大中型石油燃?xì)馄髽I(yè)容易轉(zhuǎn)型加入，優(yōu)先使用氫能的社會(huì)共識(shí)更易形成。同時(shí)，有關(guān)人士指出，全產(chǎn)業(yè)鏈氫能規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)中，需盡快制定氫氣的管道輸送、天然氣管道混合輸氫、民用加氫天然氣等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)范，據(jù)此完善支持工業(yè)及民用領(lǐng)域使用加氫天然氣的政策規(guī)定。

目前英國(guó)是歐洲地區(qū)中對(duì)天然氣轉(zhuǎn)換為氫能工作推進(jìn)最為積極的國(guó)家之一，英國(guó)的天然氣使用量占該國(guó)溫室氣體總排放量的35%，這意味著如果英國(guó)要實(shí)現(xiàn)2050年凈零排放目標(biāo)，則必須對(duì)天然氣管網(wǎng)進(jìn)行脫碳，這是自60多年前天然氣首次進(jìn)入英國(guó)家庭以來(lái)的第二次革命。這是事關(guān)該國(guó)28.4萬(wàn)公里的天然氣管道網(wǎng)絡(luò)從基于甲烷的天然氣轉(zhuǎn)變?yōu)榱闾继娲桨?，英?guó)的5家天然氣管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商也因此面臨著巨大的壓力。當(dāng)前，英國(guó)已部署10多個(gè)天然氣摻氫項(xiàng)目。近期披露的H100File項(xiàng)目更是意在打造100%純氫氣管網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。

2020年底，一個(gè)由燃?xì)忮仩t制造商和燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)營(yíng)商組成的聯(lián)盟向英國(guó)首相發(fā)出公開信，呼吁從2025年起，英國(guó)家庭所有新安裝的燃?xì)獠膳癄t都應(yīng)為氫氣做好準(zhǔn)備。在這封公開信中，主要的燃?xì)獠膳癄t制造商八喜和博世以及英國(guó)的5家最大的燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)商聯(lián)名提出：2025年開始強(qiáng)制安裝適應(yīng)氫能燃?xì)獾牟膳癄t。英國(guó)首相在他最近的《綠色工業(yè)革命的十點(diǎn)計(jì)劃》中采納了這項(xiàng)建議。八喜和博世公司指出，實(shí)施這項(xiàng)措施是必要的，以確保英國(guó)家庭在未來(lái)有不同類型的低碳供暖設(shè)備可供選擇，如氫能燃?xì)獠膳癄t、熱泵，或?qū)煞N熱源裝置集成的新型系統(tǒng)。

對(duì)于氫能燃?xì)獠膳癄t的推廣方式，該聯(lián)盟建議采用氫能就緒方案。氫能就緒方案是實(shí)現(xiàn)常規(guī)天然氣燃?xì)饩呦驓淠苋細(xì)饩哌^(guò)渡的可行方法。滿足氫能就緒要求的燃?xì)饩呒瓤梢赃m應(yīng)富氫天然氣或純氫氣，又可以適應(yīng)常規(guī)天然氣。在富氫天然氣或純氫氣供應(yīng)條件不具備的情況下，先使用常規(guī)天然氣，供應(yīng)條件具備后以簡(jiǎn)便的操作進(jìn)行切換，有效解決在氣種切換時(shí)出現(xiàn)燃?xì)饩呒兄脫Q造成的一系列問(wèn)題。萬(wàn)和公司富氫天然氣產(chǎn)品在設(shè)計(jì)方案中考慮了類似氫能就緒方案的措施，從而形成富氫就緒方案，由于相關(guān)產(chǎn)品允許富氫天然氣中氫氣含量在0~20%的范圍內(nèi)變化而不需要進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)將天然氣視為氫氣含量為零的特殊富氫天然氣，這為未來(lái)將要使用富氫天然氣的地區(qū)在燃?xì)饩哌x擇方面帶來(lái)了便利。

此外，有業(yè)內(nèi)人士指出，氫氣含量為20%的富氫天然氣中的氫氣，其實(shí)只有以往使用的焦?fàn)t煤氣中氫氣含量的1/3左右，在家用燃?xì)饩哳I(lǐng)域，富氫天然氣的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)尤其是安全風(fēng)險(xiǎn)顯然不會(huì)高于焦?fàn)t煤氣。事實(shí)上，焦?fàn)t煤氣在多年使用過(guò)程中已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以考慮利用焦?fàn)t煤氣配制富氫天然氣，在天然氣替代過(guò)程中，一些地區(qū)的焦?fàn)t煤氣逐步退出家用燃?xì)馐袌?chǎng)。其實(shí)，焦?fàn)t煤氣中氫氣的含量高達(dá)60%，其次是甲烷約25%，不可燃成分通常低于10%。所以，若焦?fàn)t煤氣經(jīng)過(guò)適當(dāng)凈化，然后與3.5~12.5倍的天然氣混合，可獲得氫氣含量為5%~20%的富氫天然氣，不可燃成分的含量約為0.7%~2%，作為家用燃?xì)饩呷剂?，其熱力性能與電解制氫獲得的氫氣混合而成的富氫天然氣幾乎相同，但是制備成本明顯降低。由于采用“富氫就緒”方案的燃?xì)饩邔?duì)氣源具有較寬范圍的適應(yīng)能力，相應(yīng)的燃?xì)饩吣軌蜻m應(yīng)利用焦?fàn)t煤氣配制的富氫天然氣。在有條件獲得焦?fàn)t煤氣的地區(qū)，可以嘗試上述方案。這一方面能夠充分利用原有的焦?fàn)t煤氣供氣設(shè)施，解決焦?fàn)t煤氣的消納問(wèn)題；另一方面，也可以為未來(lái)富氫天然氣的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。