国内外燃气行业科技发展现状及趋势分析

　　摘要：文章从可再生能源领域、氢能利用领域等方面总结分析国内燃气行业科技发展现状，对以美国、日本等为代表的国外燃气行业科技发展的现状进行分析，并对国内外燃气行业科技发展趋势进行总结。

　　世界燃气工业源于以煤制气为主的城市燃气，距今已有近200年的历史。进入20世纪以后，气源结构开始发生变化，天然气在世界各国迅速发展，逐渐成为普及的常规能源。美国、俄罗斯以及法国等一些欧洲国家天然气消费量占全世界消费总量的份额较大，其燃气技术水平也处于世界领先地位。我国的城市燃气工业起步相对较晚，是在20世纪以后逐步发展起来的，但与国外几大燃气集团相比，我国的科技投入不是很足，一些技术瓶颈还无法突破，整体发展水平与美国、法国等发达国家相比存在一定差距，同时也面临巨大的碳减排压力。

　　1.国内燃气行业科技发展现状与发展趋势

　　我国气源保障技术大部分采用多渠道、多种气源供气方式，如上海市有东海天然气、西气东输和位于杭州湾的LNG接收站等多路气源，并建立事故储气调峰站和LNG接收站，用于日常调峰和应急储备。调峰技术手段不很成熟，目前国内各城市对于季节调峰还缺乏有效措施，主要依靠上游供气企业进行调度。运行管理向智能化方向发展趋势明显，调度指挥向一体化集成的方向发展，普遍采用SCADA系统，GIS系统3S等信息技术。国内很多燃气公司已开始尝试建设完整性管理系统，搭建管道完整性基础平台架构，提供管道完整性管理应用的基础功能。燃气在采暖、制冷、发电、热电联产、热电冷联供设施、工业用气、燃气汽车及LNG动力船舶等方面的应用技术不断成熟，形成了在诸多领域与煤、电三足鼎立的局面。

　　可再生能源领域：大量分布式光伏、储能、充电桩等项目进入投资建设阶段，研发了光储充一体化系统；设计了农光一体化分布式发电项目，将太阳能光伏发电与高效设施农业有机结合；继续深层地热能的开采应用研究、电解水制氢研究；研究大规模可再生能源并网条件下天然气的调峰利用手段。

　　氢能利用领域：我国通过设立专项计划，设立专业化的国家能源研究院和氢能重点实验室，注重对氢泄漏与扩散燃烧、材料与氢的相容性等涉及氢能应用安全等关键领域的课题研究。随着国家对氢燃料电池汽车的推广，涌现出一批氢燃料电池关键零部件、制储氢等开发企业，目前已具备质子交换膜燃料电池系统开发能力，但关键零部件及辅助系统仍主要依赖进口。建立健全实际工况下氢燃料电池从部件到系统的评价检测体系；开展了氢气与天然气混输技术的安全性与可行性论证。氢能和燃料电池领域的自主研发投入力度进一步增大。

　　在增值业务方面，以天然气、LPG及热电等全业态业务为基础，为用户提供综合能源业务以外的优质产品和服务，满足多层次需求。业务包括：燃气具、安全产品、智能家电、净水设备、定制家居、特色食品、社区服务等。建立以燃气服务为基础的新零售平台，成立燃气具智能制造企业，研发多款智能燃气终端设备。

　　在“十三五”期间，燃气行业在科技创新和技术进步方面取得了卓越成效，尤其是围绕安全运行的物联网技术、智能化管网等方面有了突破性的进展。预计在未来的15年中，燃气行业首要技术研发还将集中于探索可再生能源与天然气在终端市场的结合问题，探索储能技术等设备的研发应用，完善物联网技术在燃气管网系统的应用，研究大数据在燃气行业管理服务中的应用，探讨搭建企业和最终用户的电子商务平台等领域。

　　2.国外燃气行业科技发展现状与发展趋势

　　2.1美国

　　美国燃气研究工作主要由美国燃气技术研究院（Gas Technology Institute，GTI）负责，致力于运用高新技术对天然气的勘探、开采、存贮、输送、使用等过程进行研发创新，以提高燃气使用的安全性和效率，在满足能源需求的同时减少温室气体排放和保护环境。通过对GTI最新年度报告的研究，可以看出美国燃气技术研究院最新研究重点领域集中于以下几个方面。

　　气体转化和加工领域：研发内容包括利用集成燃烧器/热电系统，开发经济有效的方法减少甲烷排放；软氧化工艺减轻燃烧问题并将酸性气体转化为清洁液体燃料；干甲烷重整生产合成气和减少CO2排放等。

　　氢能利用领域：评估天然气基础设施中的氢兼容性，从氨中产生无碳氢；生产燃料电池质量的氢气，并利用液相重整器捕获或隔离CO2；开展零排放快速轨道重型燃料电池车项目，减少空气污染；用氢冷却自由活塞膨胀机提高氢燃料的效率；具有成本竞争力的预燃烧碳捕获制氢技术等。

　　可再生能源领域：扩大可再生天然气的生产和使用；太阳能系统发电和蓄热研究；再生天然气生产和使用潜力研究；用新的测试方法和监控设备解决气体质量问题等。

　　替代交通领域：开发用于氢冷却的自由活塞膨胀机以提高氢车辆燃料基础设施的成本和效率；天然气汽车灌装分配系统优化；天然气、丙烷和氢气车辆维护技术指南；创建可持续替代燃料走廊等。

　　2.2法国

　　法国燃气苏伊士集团（ENGIE）的业务遍及整个能源价值链，从低碳生产到为所有客户提供能源性能解决方案。业务范围包括：可再生能源利用（风电、太阳能、地热能、生物气、生物量、氢能、水电）、智慧城市设计、热利用（火力发电、核能、煤）、基础设施建设（能源分配、电转气、蓄能设备、交通工具）。

　　在生物气应用领域，ENGIE将生物气研发分为3代。第1代生物甲烷来自有机废物的厌氧分解，可用于汽车加气或注入天然气网络。ENGIE在法国已发展了两项生物甲烷工业化项目，将第一代生物甲烷引入里尔市的天然气网络，在福尔巴赫市使用生物甲烷燃料。第2代生物甲烷是由木质纤维素生物质（木材和稻草）气化，由“热化学转换”过程生产。这一过程分为两个阶段：第1阶段，生物质转化为合成气；第2阶段，通过过氧化氢合成将这种合成气体转化为生物甲烷。第3代生物甲烷来自于利用自然光、水和矿物在高产光合反应器中培育的藻类直接转化，同时循环利用二氧化碳，这项新技术预计在2020—2030年实现工业化规模。

　　在可再生能源应用领域，ENGIE利用越来越多的创新解决方案，投资于各种太阳能技术。研究并提出电力角技术，研发有机光伏薄膜；在地热能利用方面，ENGIE除了开发陆上地热外还开发海洋地热，在马赛建设了第1座海洋地热发电厂，正在印度尼西亚建设第1座应用地热发电的电厂。

　　2.3日本

　　日本燃气供应以东京燃气和大阪燃气两家大型燃气集团为核心，业务范围包括液化天然气采购输送、城市煤气生产供应以及提供能源解决方案。日本近年来的燃气科技发展水平也在飞速发展，从两大燃气集团来看，主要科技研发集中于以下几个领域。

　　（1）在天然气生产环节，进行了大容量安全壳LNG储罐的研制与施工、液化天然气实时量热仪系统、高性能敞开式液化天然气气化器、超大型监控数据采集系统（LUNASOLA）、液化天然气终端到低压燃气管道的稳定供应控制技术。

　　（2）在下一代能源系统研究方面，研制小型现场制氢装置，优化家庭能源利用；开发“智能能源网络（SEN）”，通过电信网络连接热电联产系统，优化社区能源利用，节约能源和减少二氧化碳排放，实现能源本质安全，构造低碳社会的“智能能源屋”“智能能源建筑”；研制燃气智能计量系统包括住宅超声波煤气表、商用和工业用超声波煤气表等。

　　（3）在低碳技术领域，研制了新型固体氧化物燃料电池、ENE农场燃料处理系统、HT-PSA高效制氧装置、商用厨房用具的研究与开发、创建利用PEFC系统的新能源服务业务、甲烷发酵系统、沼气提升系统等。利用网络化区域能源节约能源和减少二氧化碳排放，以及迈向无二氧化碳的氢链部署等。

　　此外，东京燃气还提出2030年的战略目标，在未来10年，预计实现可再生能源与天然气的调和，积极地利用太阳能等分散型资源，开展大规模电源和分散型电源组合利用，及脱碳化技术的革新，增强天然气抵抗能力，推进非常时期能源供给等目标实现。

　　3.结语

　　通过对国内外各大燃气集团的调研可以看出，近年来随着科学技术的不断完善和发展，各国都在燃气技术研发中进行了大规模投入，并取得可观的成果。燃气行业整体的科技发展向着智能化、网络化的方向迈进，在努力提高能源利用率的情况下降低劳动生产率和污染物排放率，并保障燃气输配使用的安全性。

　　（作者单位：中石油昆仑燃气有限公司燃气技术研究院）

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