氫作為燃料在現有能源設備中直接來“燒”是否可行？
這個問題的答案是肯定的。沒有什么根本障礙使氫不能在燃氣輪機、加熱器、鍋爐或發(fā)電等其他能源應用中燃燒、氫與天然氣的混合燃燒，或作為純氫燃燒。
事實上，氫已經在意大利福西納氫電站（100%氫氣）、韓國大山石化廠（95%氫氣）、中國武漢鋼廠（60%氫氣）等多個發(fā)電廠作為燃料使用。目前還有一些計劃中的項目使用100%的氫氣作為燃料，例如荷蘭瓦滕法爾的Magnum工廠和猶他州的Vattenfall發(fā)電廠。
那么，在現有的能源系統(tǒng)中，以氫氣為燃料有什么約束條件？
雖然氫燃燒提供了一個很有前途的儲能和轉換途徑，但對于當今的天然氣能源轉換裝置來說，這并不是一種“隨時可用”燃料。燃料處理系統(tǒng)、閥門和管道以及燃燒室硬件需要進行更改，以解決污染物排放、可操作性和成本等問題。
我們還需要解決污染物排放問題。氫燃燒不會排放任何微?；蛞谎趸?，因為它不含碳原子，這是氫作為燃料的另一個主要好處。然而，氫燃燒會產生氮氧化物（NOx）排放。本質上，當空氣加熱到高溫時，空氣中的N2和O2開始相互反應時，就會產生NOx。因此，與使用氫氣有關的關鍵挑戰(zhàn)是低NOx燃燒系統(tǒng)。
還有可操作性問題，即設備在不停機、不損壞或性能不合格的情況下可靠運行的能力。氫從幾個方面影響可操作性，其中回火是將氫氣用于天然氣的系統(tǒng)中最嚴重問題，氫的火焰速度比天然氣高一個數量級，因為火焰會向上游傳播并嚴重損壞硬件。
此外，氫燃料燃燒產物的傳熱系數高于天然氣。由于燃氣輪機中的峰值溫度是由到旋轉渦輪的熱傳遞控制的，這可能需要隨著氫含量的增加而降低渦輪進口溫度。雖然高氫燃料可以提高循環(huán)效率，但這會被降低渦輪進口溫度來抵消。
總之，氫無疑是一種可接受的、非常清潔的燃料。目前存在H2水平50%，與天然氣共同使用的低NOx燃氣輪機；也已經開發(fā)出了用純氫操作的系統(tǒng)。未來的關鍵發(fā)展挑戰(zhàn)是低NOx、燃料柔性系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在純天然氣到從純氫氣之間等多種燃料成分下輕松操作。下圖概述了這些不同技術使用氫氣的成熟度、研發(fā)需求和NOx合規(guī)性。
