余康
佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司 广东省佛山市528000
摘要：近两年，氢能在家用燃气具的技术和市场发展（无论在纯氢燃气还是富氢天然气领域）上都取得重要的进展。继欧洲、日本企业陆续发布氢能燃气具开发成果后，中国燃气具制造企业也完成了多种家用富氢天然气型家用燃气具的开发工作。随着技术标准体系的形成和逐步完善，氢能燃气具领域已经步入商业开发和应用阶段。目前，氢能燃气具富氢氢能就绪方案是实现常规天然气燃气具向氢能燃气具过渡的可行方法，可以有效解决在气种切换时出现燃气具集中置换造成的一系列问题。
关键词：家用；氢能燃气具；发展；趋势
引言
氢能的利用，已经成为近年来全球能源革命的主题。在家用领域，氢气将以新的面貌再次成为燃气的新角色。在天然气中加入氢气获得富氢天然气，可用于替代天然气，能够妥善解决现有燃气管网设施及家用燃气具不适应纯氢气的问题。氢气是当今最适宜作为可再生能源载体的物质之一。它的合理利用，将进一步促进可再生能源利用领域的发展。利用氢气作为燃气，不仅可以有效减少天然气使用过程中的污染物排放和碳排放，同时也有利于优化中国的能源供应结构，增强能源安全性。而且氢气作为能源利用，也是解决部分工业生产过程中副产品的充分利用和环境污染问题的措施。
1富氢型燃气具
富氢天然气型家用燃气具产品的开发，是在家用燃气具领域技术创新的重要成果，也顺应了国家氢能政策和能源供应结构转型的趋势，将凭借国内燃气具技术领域的创新能力，促进家用燃气具产业的转型升级。更重要的是，采用对现有燃气管网以及家用燃气具影响最小的“富氢就绪”方案，可以在常规天然气向富氢天然气的切换过程中，在氢气比例不超过20%的气源变化条件下，燃气具无需进行任何改装和调整就可以适应，除了热负荷发生小幅下降，但是通过调节喷嘴孔径的大小，可以提升热负荷，保证燃气灶热负荷与改装前一致性前提下，安全性能、使用性能将保持不变。
2熄火保护类型种类及工作原理
家用燃气灶的熄火保护装置有两种:一种是热偶式熄火保护装置，另一种是离子式熄火保护装置。熄火保护装置的作用是在燃气灶意外熄灭时自动切断供气，以防止燃气泄漏。热偶式熄火保护装置的工作原理如下:热电偶受热时，热电偶受热端和冷端产生微弱热电动势，热电动势带动电磁阀线圈工作。电磁阀采用热电偶作为热敏感元件。当按下开关来点燃气体时，热电偶会受热并产生热电势。热电势通过连接线输入电磁阀线圈，线圈为磁性，电磁阀闭合，燃气阀打开，燃烧器保持正常燃烧；一旦有风或汤水泄漏，热电偶的热力迅速消失，线圈断开，电磁阀在弹簧的推动下迅速复位，气体关闭，供气停止，人身安全得到保证。
3氢能应用的意义
能源是社会发展不可缺少的基础．传统化石能源的大规模应用使其面临枯竭，也带来不可避免的环境污染，严重威胁人类的可持续发展[1]。另外，目前化学能源利用方式（如燃烧的能量转化率较低）造成了大量的浪费．尽管清洁可再生能源（太阳能、风能、水电、潮汐能等）是可持续发展的必然，但因不连续性和波动性造成应用限制．因此，改变传统能源高能耗、高污染的利用方式，改善可再生能源应用的局限性，开发洁净可持续的新能源及其存储和转换技术，以解决人类面临的能源短缺危机和环境污染问题，已成为当前世界各国重点发展的方向．氢是一种洁净的二次能源载体，可以方便地转化成电和热，转化效率较高，来源途径亦广泛．采用可再生能源实现大规模制氢，再通过燃料电池将其转变成电能，或通过其他绿色转化技术将其转化为液体燃料，从而实现由化石能源顺利过渡到可再生能源的可持续循环，催生出可持续发展的氢能经济，因此氢能的利用是连接可再生能源与传统化石能源的桥梁，是未来能源体系中的重要组成部分[2-3]。
4中餐燃气灶具能效损耗原因
4.1燃烧器能源利用率较低
目前，燃气灶具属于混合燃气器具，即燃烧器将燃气(天然气或液化石油气)与空气混合，然后向锅底供热。在烹饪食物的过程中，燃烧器主要利用混合气体的燃烧火焰将热量传递到锅底[4]。在此过程中，锅底与气体接触时间短，仅利用混合气体燃烧产生的大量热量，大部分燃烧热散发到周围空间，导致热量损失大。而且，混合气体容易发生不完全燃烧，造成10%～15%的直接能量损失[5]。
4.2标准、监管等仍需不断完善
目前氢能产业的国家标准有80多项，行业标准40多项，地方标准有5项，主要集中在燃料电池检测方法、管理氢气质量安全、工程建设方面。在氢气的利用、氢气的运输等方面缺少完善标准，无法支撑基础设施大规模建设。
5家用氢能燃气具发展趋势
5.1优化氢能燃气采暖炉的推广方式
对于氢能燃气加热炉的推广模式，联盟建议采用氢能就绪方案。氢能整备方案是实现常规天然气器具向氢能燃气器具过渡的可行方法。满足氢能整备要求的燃气器具不仅能适应富氢天然气或纯氢，还能适应常规天然气。
在不具备富氢天然气或纯氢供应条件的情况下，应先使用常规天然气，待具备供应条件后，通过简单操作即可进行切换，有效解决了燃气切换时燃气具集中更换带来的一系列问题。在富氢天然气产品设计方案中，考虑了与氢能整备方案类似的措施，形成了富氢整备方案[6]。由于相关产品允许富氢天然气中的氢含量在0.20%的范围内变化，无需调整，天然气被视为一种特殊的零氢天然气，这为未来使用富氢天然气的地区选择燃气具带来了便利。
5.2支持核心技术攻关，带动产业高质量发展
坚持市场导向、企业主体和产学研紧密结合，探索与交通、信息通信等深度融合发展的新模式[7]。建议研究设立氢能与燃料电池重大专项，以相关中央企业为牵头单位，扎实开展核心材料和过程机理等基础研究，核心装备及关键零部件研制，电池系统、储能及终端应用系统等集成研发。通过设立国家、地方政府、央企及相关国企等各级机构积极设立氢能及燃料电池引导基金，鼓励大型骨干企业、科研院所、“高、精、专”中小企业科研成果转化创业，以创新链布局带动产业链布局。
5.3统筹规划氢能产业布局、加强产业顶层设计
要根据最新的国际局势，在各国新能源总体战略为参考下，梳理出我国氢能产业所面临的的困境和未来需要解决的问题。要重视我国目前产业整体水平与发达国家之间的差距[8]。政府牵头，明确将氢能产业发展纳入到国家总体战略，带动地方企业和科研院所，研究未来氢能发展规划的总体蓝图，制定产业政策，完善监管部门职责，建立长期产业激励政策，与研发能力强、有技术资源优势的企业合作推进氢能产业发展。
5.4因地制宜，鼓励不同区域、领域差异化发展
综合考量不同区域资源禀赋、产业链基础等，兼顾不同领域和行业发展特点，找寻刚需应用场景，探索如大规模储能、备用电源、热电联产等多种燃料电池及氢气应用产品和领域，鼓励试点先行、典型引路，引导可再生能源富集区、或燃料电池产业链完善等不同地区，结合实际打造氢能及燃料电池产业发展样板区，探索形成各具特色的商业模式，为氢能、燃料电池产业发展探索路径、积累经验。
5.5制氢技术
氢气可从水、化石燃料等含氢物质中制取，根据来源和制取技术可分为绿氢、蓝氢和灰氢。绿氢由可再生电力或核电生产；蓝氢由煤或天然气等化石燃料制得，副产品CO2利用碳捕获和封存技术处理，从而实现碳中和；灰氢一般由焦炉煤气、氯碱尾气等工业副产气制取，或由未采用CCS技术的化石燃料制氢工艺获得。目前，世界范围内工业用氢以灰氢为主，为实现深度脱碳，绿氢是发展的最终目标，但现今大规模部署绿氢的商业案例非常少，尚需相当长的时间来实现技术进步、成本下降。而蓝氢作为灰氢到绿氢的过渡，可促进工业氢经济的关键基础设施和供应链建设，加速氢能产业的发展。
6氢能的前景及展望
通过对国内外氢能源发展的研究发现，氢能源作为一种“含能体能源”的二次能源，因其清洁、高效、零碳和可持续利用的特性被视为未来清洁能源研究发展的方向。中国不仅要充分利用本国丰富的天然气、煤炭等能源来制取氢能源，也可以利用自然能源，比如风力、太阳光等来制取氢能源，使得中国的氢能源实现最大化利用，减少环境污染，实现经济发展与能源可持续发展的战略目标，充分利用中国的巨大市场潜力，实现中国氢能源与世界接轨，对世界氢能源的研究发展做出杰出的贡献。根据国际氢能源发展战略研究发现，为了实现氢能源在中国规模化发展，应该借鉴国外先进国家关于氢能源发展的经验，不仅要完善管理机制，而且政府政策要给予大力的支持，积极开展氢能源利用示范项目的建设，提升大众的认可度和接受度。
结束语
依托技术创新，聚集发展动能。氢能产业发展的难点在此，希望也在此。由于采用“富氢就绪”方案的燃气具对气源具有较宽范围的适应能力，相应的燃气具能够适应利用焦炉煤气配制的富氢天然气。在有条件获得焦炉煤气的地区，可以尝试上述方案。这一方面能够充分利用原有的焦炉煤气供气设施，解决焦炉煤气的消纳问题；另一方面，也可以为未来富氢天然气的推广应用奠定基础。
参考文献
[1]田赛,陈雄,杨韬,张蒙恩,殷少睿,周佳强.家用燃气灶具喷嘴数值模拟研究[C].中国家用电器协会.2019年中国家用电器技术大会论文集.中国家用电器协:《电器》杂志社,2019:953-958.
[2]段鹏飞,秦朝葵,陈志光.家用燃气灶具的CO排放预测与界限气设定[J].哈尔滨工业大学学报,2019,51(10):194-200.
[3]贾云飞,周伟国,罗洋,张晏.多孔金属板与多孔陶瓷板在燃气灶具中的性能对比[J].城市燃气,2019(10):28-32.
[4]王国栋.浅析如何做好农村燃气安全工作[J].城市燃气,2019(10):40-43.
[5]杜锡勇,家用燃气灶具能效智能检测系统.浙江省,绍兴市质量技术监督检测院,2019-09-27.
[6]付涛,石黄霞,张发年,马锦程,李博浩.智能风能及热能高效利用控制系统设计[J].河南科技,2019(26):137-139.
[7]孙明曦.燃气灶具节能措施分析[C].中国土木工程学会燃气分会.中国燃气运营与安全研讨会（第十届）暨中国土木工程学会燃气分会2019年学术年会论文集（上册）.中国土木工程学会燃气分会:《煤气与热力》杂志社有限公司,2019:584-586.
[8]高乃平,安巍,魏敦崧,彭世尼.家用燃气灶具红外辐射光谱实验分析[J].煤气与热力,2019,39(07):9-14+44-45.