Hydeploy是英國第一個向氣體網(wǎng)絡注入氫氣的示范項目，氫氣注入體積比達到20%，旨在為英國境內(nèi)的氫氣混合市場提供一個先鋒平臺。
Hydeploy是Cadent、北部氣體網(wǎng)絡(NGN)、漸進能量公司(Progressive Energy)、HSE定制研究與咨詢、ITM Power和基爾大學之間的合作項目。主要分包商是奧托西蒙有限公司(OSL)、戴夫蘭德咨詢公司和 Kiwa Gastec。該項目由英國天然氣及電力市場辦公室(Ofgem)通過網(wǎng)絡創(chuàng)新競賽資助，是Ofgem有史以來最大的天然氣創(chuàng)新項目。
Hydeploy是一個為期6年的項目，于2017年啟動，預計于2023年完成。該項目包括三個單獨的試驗，將20%體積的氫氣混合到基爾大學的專用網(wǎng)絡中和NGN、Cadent的網(wǎng)絡中。
該項目的總體目標是為氫氣-天然氣混合提供安全案例，并促進清除啟動氫混合市場所需的監(jiān)管障礙。項目結束時的目標是將能夠讓氫氣生產(chǎn)商像現(xiàn)在的生物甲烷供應商一樣向天然氣網(wǎng)絡中注入氫氣。
氫氣混合比例為何是20%?
氫和低碳電可能是脫碳能源系統(tǒng)的兩大支柱。不遺余力、低風險的發(fā)展氫能是最低成本的實現(xiàn)英國具有法律約束力的碳減排目標至關重要的途徑。
HSE2之前的工作表明，20 vol %的氫混合物不太需要大量的對天然氣網(wǎng)絡進行改造。此外，作為歐盟認證的一部分，1996年《燃氣器具指令》(GAD)之后的所有家用燃氣器具都經(jīng)過了23%的氫氣測試。因此，Hydeploy的目標是建立必要的證據(jù)基礎證明20 vol%的氫氣混合物與天然氣一樣安全。
通過證明當前的燃氣網(wǎng)絡和設備能夠在不進行修改的情況下采用20 vol%的氫混合物，從而使氫的商業(yè)部署不用需要定制設備，消除對設備的更改需求。這就解決了“雞和蛋”供應問題，反之亦然。它使早期的氫氣部署能夠將投資集中在交付批量生產(chǎn)所需的必要供應基礎設施上，尤其是天然氣調(diào)節(jié)和CCUS基礎設施，同時為通過燃料電池、低碳柔性發(fā)電以及潛在的氫替換實現(xiàn)更深層次的碳節(jié)約奠定基礎。
碳節(jié)約
英國的供熱需求僅占總排放量的一半以上，因此小的變化也會產(chǎn)生很大的影響。將20 vol%的氫氣混合到天然氣網(wǎng)絡中，將在國內(nèi)天然氣需求范圍內(nèi)釋放29 TWh /y的低碳供熱。
從這個數(shù)字來看，2018年英國可再生能源熱激勵計劃(RHI)總共提供了11TWh的低碳熱，預計年底將額外提供10 TWh /y低碳熱(總共 21 TWh /y)。RHI是英國政府的低碳熱支持機制，涵蓋非生活(生物甲烷、廢物等)和生活(生物質(zhì)鍋爐、空氣源熱泵等)低碳熱。與氫混合物的比較如圖1所示。
很明顯，以20 vol%的比例混合氫將減少碳排放，同時降低氫的早期部署途徑的風險。
圖1：低碳熱比較
建立安全案例
所有配氣網(wǎng)絡均由Ofgem授權，按照天然氣安全(管理)條例(GS(M)R)將天然氣輸送給用戶。GS(m)R內(nèi)的當前氫限值為0.1 mol%，因此運輸含氫量較大的氣體需要獲得英國健康安全與環(huán)境部(HSE)批準。根據(jù)科學證據(jù)的陳述，通過定制豁免授予HSE批準，以證明任何提議的變更與當前操作“一樣安全”。
HyDeploy于2018年11月被HSE批準，是英國有史以來第一個氫豁免項目，用于基爾大學的首次試驗。
每項試驗都需要單獨的批準程序，因此，項目將從HES申請三項豁免，以使所有三項試驗都能交付。
為什么要進行三次試驗?
Hydeploy的三個試驗經(jīng)過精心設計，以適當管理輸送20 vol%氫氣混合物的風險。每項試驗將持續(xù)10個月。
第一次試驗將于2019年9月開始，并將把氫氣混合到基爾大學運營的一個氣體網(wǎng)絡中。第一次試驗將向100個家庭和30個教學樓提供氫混合物。
圖2：總體計劃時間表
作為支持首次豁免申請的證據(jù)收集的一部分，網(wǎng)絡中的燃氣器需要：
氣體安全檢查;
用高達28 vol%的氫氣進行泄漏試驗;
使用高達28 vol%的氫氣進行安全測試。
無一例外，所有在天然氣上安全且不泄漏的裝置在混合天然氣上都是安全且不泄漏的。
20 vol%氫氣混合物的最終推出不能依賴于檢查英國的每個家庭以確保氣體安全，并測試所有的燃氣用具。因此，在基爾進行的適當控制試驗存在著一條路徑，確保證據(jù)基礎足夠令人信服，允許在不進行干預的情況下混合氫。
通過進行兩次進一步的試驗，可以在證據(jù)基礎允許的情況下逐步減少試驗前干預。這兩個進一步的試驗將在2020年和2021年開始，每個試驗將為大約700個家庭提供20%混合量的燃氣。第二次試驗將在東北部的NGN網(wǎng)絡進行，第三次審判將在西北部的Cadent網(wǎng)絡上進行。
試用審批流程
為支持首次豁免申請，進行了18個月的實驗室、案頭和實地工作，重點領域是：器具;材料;氣體檢測;氣體特性;操作程序。
在以上每個領域都建立了一個全面的證據(jù)基礎，并制定了定量風險評估(QRA)，以便將所有證據(jù)匯總到一個比較分析中。QRA側重于了解試驗風險概況并得出結論：含20 vol%氫氣的混合天然氣與天然氣一樣安全。
工藝設計
用于交付每次試驗的操作設備將是一臺由ITM電力公司提供的0.5 MWe電解槽和一臺由蒂森公司提供的氫氣并網(wǎng)裝置(H2GEU)。電解槽將使用可再生電力，以確保產(chǎn)生的氫氣是低碳的。在每次試驗中，一條中壓天然氣供應管線將被改道至一個安全的混合裝置?；旌涎b置中氫氣將由電解槽產(chǎn)生，并與H2GEU內(nèi)的天然氣混合(見圖3)。
圖3：Hydeploy工藝設計
混合氣體將返回至中壓供應管線，然后通過現(xiàn)有的調(diào)節(jié)站輸送至獨立的低壓供應家庭?？刂品桨笇⑹够旌纤皆诠に囅拗品秶鷥?nèi)最大化，同時保持在GS(M)R規(guī)定的沃泊指數(shù)限制范圍內(nèi)。沃泊指數(shù)是以MJ/m3計量的氣體能量輸送能力的度量。
在整個設計過程中進行了嚴格的安全評估，包括保護層分析(LOPA)和HAZOP。電解槽和H2GEU設計為自動運行，只有在停機后重啟運行時才需要手動干預。
根據(jù)ALARP原則，每次試驗都將確定電解槽和H2GEU的位置，以將風險降至最低。每次試驗交付后，電解槽和H2GEU運至下一個試驗地點進行安裝和運行。
混合途徑
HyDeploy的目的是為氫混合部署提供一個平臺。在計劃成功交付后，氫氣供應商應能夠申請豁免。這將啟動氫混合市場，使氫混合成為一種低碳氣體載體，與生物甲烷相當。
氫混合有許多部署途徑，大批量供應和P2G項目是兩個方向。
大量供應氫氣混合氣，如Hynet項目，使混合天然氣得到廣泛應用。Hynet旨在向英國西北部超過200萬消費者提供氫混合燃料，同時實現(xiàn)西北工業(yè)集群的脫碳。生產(chǎn)方法將是通過自動熱重整(ATR)和CCUS基礎設施對天然氣進行調(diào)節(jié)，以脫碳并隔離二氧化碳。
圖4：Hynet項目
另一種混合部署途徑是利用低碳電力(如果可行且經(jīng)濟)，并通過電解產(chǎn)生氫氣。這條途徑不太可能在近幾年內(nèi)提供大量供應，但可以證明對早期生產(chǎn)，特別是對于分布式需求和高純度需求(如燃料電池)有幫助。
Hydeploy目前正在進行實際部署，為英國及其他國家的氫能應用提供了一個示范平臺。
