为实现英国温室气体排放目标且做出重大贡献，英国氢能基础设施部署计划将需要在未来30年内实施，并且规模是“相当大”的。这个时间表显然雄心勃勃，与电力和天然气基础设施的发展形成鲜明对比，电力和天然气基础设施已经发展了大约150年。
虽然氢气已经被大量应用于工业生产中，氢气的生产是十分成熟的技术，但对于能源应用领域，关于氢的经验仍然十分有限，还没有网络向英国或其他地方的家庭和企业提供100％氢气的例子。任何大规模部署氢的提议都需要得到足够重视，以弥补经验的不足和时间表的加速。因此，在开始大规模部署计划之前，必须确定并全面解决工程风险和不确定性。
为了大规模在工业、家庭和企业的天然气网络中部署氢气，英国化学工程师学会（IChemE）、工程与技术学院（IET）、机械工程师学会（IMechE）等机构共同发布了《向氢能过渡》报告，从专业技术角度评估转变过程中的工程风险和不确定性。从报告中他们提出了包括安全、技术在内的关键性的问题。
虽然我国目前与英国的能源结构和所处的环境差别巨大，但作为氢能是未来能源发展的重要方向，该报告提出的问题值得借鉴和思考，总结了报告中的十个主要问题如下：
问题1－是否存在与氢气质量和安全相关的问题，会妨碍特定技术的使用？
针对质量控制和监测需要特别考虑氢气纯度的建议。这需要考虑到出于安全原因所需的气味剂、火焰着色剂，以及常年使用加臭天然气造成污染而引起的杂质。应确定对特定技术使用的氢气的限制，以及提出如何解决这些问题的建议，例如：“为燃料电池提供高纯度氢气。”
问题2－氢能源网络对公共安全的风险以及如何将这些风险控制在可接受的水平？
氢与天然气不同，但与其使用相关的风险有相似之处。重要的是要了解风险级别有何不同，以及为何不同。需要评估和解决这些差异，特别是在将消费者场所内的天然气基础设施重新用于氢气的情况下。风险可以分为与网络相关但存在于公共环境中的风险，以及存在于消费者场所的风险。例如：
－ 网络
包括用于连接、维护和修理的输送氢气和相关泄漏检测的管道、配件、其他组件和基础设施。在紧急情况下的紧急程序修订、管理人员和操作人员培训以及急救人员的现场行动等。
－消费者场所
包括电器、氢气通风要求等。评估需要认识到，消费者场所存在的风险是不受控的，受到的干扰意外损坏将会更大。
当然存在与氢气生产相关的风险，但都是在受控制的工业环境中，并且工业环境中已经具有相当多的经验。
问题3－将建筑物的天然气基础设施（管道、电器、通风）与氢气一起使用，需要哪些改造？
消费者场中在气体基础设施和电器方面基本上没有记录，呈现出一种无法控制的环境。例如，现有房屋中的燃气管道可能包含不符合现代标准的不同材料（钢、铜）。建筑物的通风要求也可能与氢气的要求有所不同，从而需要其他形式的探测器监测泄露。氢气基础设施及其在消费者场所内的使用没有标准，也没有相关的足够多的知识、资源和经验。如果转换为氢气，需要更换所有天然气基础设施和设备，必需要确定成本和转换后果，并将其纳入其他所有的部署计划。
然而，氢的部署也提供了增加装置安全性的机会。例如，拆除被认为不安全的燃气器具以及升级管道和其他基础设施。
问题4－需要哪些RD＆D（研究、开发和验证）计划才能决定大规模部署氢气？
除了工业之外，在英国或其他地方都没有氢气的商业或家用使用经验。尽管英国和全球其他地方在氢气生产和输送方面拥有相当多的经验，但这主要限于石油化学工业领域。目前，大多数评估氢系统的研究都是基于成本、部署和性能假设的“桌面分析”。氢气的大规模部署将需要生产、输送、分配、储存和消费技术，而相关技术的经验很少或没有。这将需要一个综合的研究和开发计划部署，来评估各种技术的商业化。
问题5－向氢转变会对公众产生怎样的影响？
公众的支持和接受度对氢的部署至关重要。提高公众意识必须成为政府和工业界的优先事项，需要进行全面评估，以了解向氢转变对家庭和商业消费者的影响。
问题6－与氢基础设施相关的核心绩效和成本假设是什么？未来改进的范围是什么？
与氢系统部署相关的核心性能和成本数据主要是基于假设或工业应用的数据。因此，需要识别和解决与这些假设相关的不确定性。例如，使用CCuS的蒸汽甲烷重整仅限一处，并且目前还没有使用CCuS的自热重整（ATR）单元。
需要定期收集和审查以作为证据的一个例子是BEIS的包括用于加热的氢气的“热技术研究”。这有助于确定关键成本、性能不确定性以及需要进一步研究和调查的地方。还包括氢气生产工厂提供灵活支持的能力以及对效率等其他参数的影响。
将氢气部分替换到天然气系统（体积计高达20％的氢气）可以提供获得可行的成本和性能数据，而不会产生与高纯度氢气相关的成本，例如更换家用电器。但仍然需要可扩展的商业规模的氢生产设施以及CCuS基础设施。IGEM和IMechE已经推荐了向天然气中添加氢气的方法，并且与英国政府在2019年春季一致声明，即加速“通过增加电网中绿色气体的比例来减少天然气供应”。
问题7－大规模部署氢气对家庭和企业环境有什么影响？
需要进行环境评估，以评估大规模部署氢气所产生的影响。已经进行了初步研究，并确定了进一步的工作，特别是在上游排放方面。这需要涵盖从生产到消费的方方面面，包括原料和废物流。它还需要评估包括来自燃烧的排放物，例如NOx、水蒸气和来自“意外后果”的任何环境风险。
问题8－如何向氢气过渡？
以前没有在任何地方进行氢的大规模改造部署，因此存在许多不确定性。尽管对20世纪70年代天然气的部署进行了比较，但城镇燃气的依赖程度远远低于目前，当时天然气占英国最终能源消耗总量的10％，而2017年则超过了50％。向氢的过渡将带来巨大的挑战，这可能意味着对调度的限制，例如，在空间采暖季节之外，为了尽量减少供气中断对消费者的影响。
需要制定详细的交付计划，其中包括在决定开始大规模部署（例如＞ 10000个家庭）氢气之前必须完成的所有各种活动。
与此同时，需要调查工业转向氢的潜力。一些工业应用（例如蒸汽升温和热水锅炉）似乎适合使用现有的技术转化为100％氢气；其他应用可能还存在挑战。
问题9－批量生产氢有哪些选择？
低碳氢的经济化批量生产对于氢能源系统的可行性至关重要。甲烷蒸汽重整（SMR）已在工业中使用了近100年。碳捕获的程度＜90％，然而，目前全球只有一家SMR工厂拥有CCuS。用于替代热化学过程制氢的是自热重整（ATR），可以允许更高水平的碳捕获，可以达到＞ 95％的水平。然而，没有ATR工厂拥有CCuS，如果这项技术支持氢的大规模部署，那么它需要被证明并且商业化。
其他形式的氢气生产包括电解、生物和太阳能，所有这些形式都处于不同的发展阶段。目前，这些技术中没有一种能够与天然气竞争并商业化批量生产。这些技术和其他技术的未来发展潜力需要进一步研究。
从生产成本较低的国家进口氢气的可行性也值得调查。例如，当安装在太阳辐射高于英国的地方时，太阳能光伏发电成本要低得多。但是，需要运输氢气，并且可能存在其他额外成本，例如电解所需的水。
问题10－在决定向氢气转换之前，是否可以采取任何可以加速转变的行动？
部署氢气的详细计划将有助于确定过渡的“关键路径”，从中可以评估先期行动成本。例如，制造适应氢气的燃气器具将减少更换成本且更易于向氢气过渡。其他行动可能包括勘测建筑物以评估转换为氢气的准备情况，并加速聚乙烯替换“有风险”的铁制管道。
转换前后的评估调查对于过程的安全可靠至关重要。所有这一切都必须得到一系列不断放大的试验支持，例如从四个小型社区试验到两个较大的社区试验。从而获得经验，并提供证据基础以支撑任何基础监管程序的发展。
可以考虑用氢气部分替换天然气，因为这样可以获得早期经验，而不需要许多用户更改他们的设备，例如，氢气生产、CCuS、氢气基础设施的发展、氢气／天然气混合物的工业用途。
文／钱海
