中石大李玉星教授團(tuán)隊(duì)突破中低壓純氫與摻氫燃?xì)夤艿垒斔图捌鋺?yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，形成燃?xì)鈸綒涔艿垒斔彤a(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)包——

加快推動(dòng)“氫進(jìn)萬家”成為現(xiàn)實(shí)

在中國石油大學(xué)（華東）氫能儲(chǔ)運(yùn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，一臺(tái)拉伸機(jī)正在以極其緩慢的速度拉伸高壓釜內(nèi)的金屬材料，旁邊電腦屏幕上的載荷曲線則在控制器的精確控制下有節(jié)奏地上下微微“跳躍”，頗像心電圖。這就是氫氣環(huán)境下金屬材料的慢應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)，主要用于測試氣相氫環(huán)境下金屬材料的力學(xué)性能，為輸氫管道、管輸設(shè)備等的材料選取提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

當(dāng)前，全球范圍正興起氫能發(fā)展熱潮。我國也將氫能視為未來國家能源體系的重要組成部分和用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體，將氫能產(chǎn)業(yè)定義為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向。目前，山東正在加快推進(jìn)“氫進(jìn)萬家”科技示范工程，青島也在加快搶占?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)“風(fēng)口”。

在氫能制、儲(chǔ)、輸、用四大環(huán)節(jié)中，儲(chǔ)、輸是鏈接氫生產(chǎn)端與應(yīng)用端的橋梁，是氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的關(guān)鍵所在。山東省油氣儲(chǔ)運(yùn)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中國石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院教授李玉星帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)主動(dòng)對(duì)接國家戰(zhàn)略、區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，在以往天然氣管道輸送等技術(shù)的基礎(chǔ)上，自2021起依托國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)“中低壓純氫與摻氫燃?xì)夤艿垒斔图捌鋺?yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目，開展技術(shù)攻關(guān)研發(fā)，突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，形成了儲(chǔ)氫、輸氫、用氫等產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)包，形成了可推廣、可復(fù)制的撬裝化、標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目成果，為“氫進(jìn)萬家”提供了技術(shù)支撐。

攻克多項(xiàng)技術(shù)難題，打通“儲(chǔ)輸用”產(chǎn)業(yè)鏈

氫能被譽(yù)為21世紀(jì)的“終極能源”，是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，可廣泛應(yīng)用于交通、工業(yè)、家庭用能等領(lǐng)域，已成為全球能源技術(shù)革命的重要方向。

2024年的政府工作報(bào)告提出，“鞏固擴(kuò)大智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先優(yōu)勢，加快前沿新興氫能、新材料、創(chuàng)新藥等產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！边@是氫能作為前沿新興產(chǎn)業(yè)首次寫入政府工作報(bào)告。在可以預(yù)見的未來，氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也將為新質(zhì)生產(chǎn)力注入更多新動(dòng)能。

“氫能具有清潔環(huán)保、來源廣泛、單位質(zhì)量熱值高等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)，保障國家能源安全的理想能源?！崩钣裥墙榻B。早在2015年，長期從事二氧化碳及氫能管道輸送、天然氣管道輸送等研究的李玉星就注意到了氫能的發(fā)展，開始“琢磨”摻氫燃?xì)夤艿垒斔拖嚓P(guān)技術(shù)問題。

通常，制氫與用氫在區(qū)域上相距較遠(yuǎn)，運(yùn)輸成本高，對(duì)管材安全性要求高。氫能運(yùn)輸成為制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)，經(jīng)濟(jì)性和安全性均有待提高?！皳綒洹笔菍錃馀c天然氣按不同比例混合，再利用現(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)輸送，被認(rèn)為是一種高效、安全輸運(yùn)的優(yōu)選方案。部分發(fā)達(dá)國家已開始了摻氫天然氣應(yīng)用。

李玉星團(tuán)隊(duì)著眼氫能儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)鏈理論研究和技術(shù)研發(fā)，目前已在氫促失效機(jī)理、摻混非均勻分布、事故特征演化、燃燒穩(wěn)定性等領(lǐng)域建立了系統(tǒng)的理論體系，形成了滲氫擴(kuò)散測試裝置、隨動(dòng)流量摻氫設(shè)備、燃?xì)馄骶叩纫幌盗泻诵闹R(shí)產(chǎn)權(quán)群，初步形成了滲氫擴(kuò)散測試裝置及技術(shù)、隨動(dòng)流量摻氫設(shè)備、完整性管理軟件、摻氫燃?xì)饩C合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一批貫穿摻氫、輸氫、用氫等各環(huán)節(jié)的代表性、原創(chuàng)性成果。其中比較有代表性的關(guān)鍵技術(shù)就是隨動(dòng)流量摻氫設(shè)備?！皻涞姆肿颖忍烊粴獾姆肿有?，在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)速度更快，可能會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)不穩(wěn)定。同時(shí)，兩者分子量不一樣也可能會(huì)導(dǎo)致分布不均勻的問題。我們團(tuán)隊(duì)開發(fā)了隨動(dòng)流量摻氫設(shè)備，開發(fā)了軟件系統(tǒng)，從而可以動(dòng)態(tài)控制摻氫混氣均勻度，確保摻氫后下游用氣氣質(zhì)穩(wěn)定性?！崩钣裥墙榻B。

牽頭首座摻氫平臺(tái)，讓氫能利用“可復(fù)制” 

深圳北部一片郁郁蔥蔥的丘陵下，我國首座城鎮(zhèn)燃?xì)鈸綒渚C合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)正在安靜地運(yùn)行。

作為國內(nèi)首個(gè)可推廣、可復(fù)制的城鎮(zhèn)燃?xì)鈿錃鈸?輸-用一體化平臺(tái)，該平臺(tái)摻氫比達(dá)到20%，壓力范圍覆蓋城鎮(zhèn)燃?xì)獾娜繅毫\(yùn)行范圍，用氫面積85000平方米，用氫人口超過4000人，目前已安全供氣200多天，實(shí)現(xiàn)了摻氫燃?xì)獾膶拤毫?、長周期、規(guī)?；瘧?yīng)用。平臺(tái)集成了測試、驗(yàn)證、生產(chǎn)功能，是目前國內(nèi)乃至全球建設(shè)功能最全面、技術(shù)集成最先進(jìn)的科技實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，形成了可推廣、可復(fù)制的撬裝化、標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目成果。這標(biāo)志著氫能利用進(jìn)入全新的發(fā)展階段。

燃?xì)鈸綒渚C合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研發(fā)、建設(shè)的牽頭人正是李玉星。該平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行意味著李玉星團(tuán)隊(duì)系列科研成果正式落地應(yīng)用?！捌脚_(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行僅是開始，每隔一段時(shí)間我們都會(huì)與相關(guān)研發(fā)單位‘定期會(huì)診’，分析平臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)、管道等使用情況，為后續(xù)的優(yōu)化調(diào)整提供參考。”李玉星介紹。他給記者算了一筆賬，在天然氣當(dāng)中摻入20%體積比的氫氣，燃燒后二氧化碳排放量可降低20%。按目前每年全國城鎮(zhèn)燃?xì)庥脷饬考s1600億立方米計(jì)算，在天然氣當(dāng)中摻入20%體積比的氫氣，每年全國減少碳排放量可達(dá)7000萬噸左右，這個(gè)數(shù)字是相當(dāng)可觀的。摻氫天然氣相比純天然氣，是一種更清潔的低碳燃料。

對(duì)于氫能產(chǎn)業(yè)，山東、青島“寵愛有加”。2021年，山東省就與科技部簽署“氫進(jìn)萬家”科技示范工程框架協(xié)議，山東成為全國首個(gè)氫能大規(guī)模推廣的示范省份。過去幾年，山東氫能產(chǎn)業(yè)蓬勃起勢，膠東、魯北等一批風(fēng)光氫儲(chǔ)項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)，氫能關(guān)鍵核心技術(shù)和裝備走在全國前列，氫燃料電池汽車推廣量超千臺(tái)，建成加氫站30余座，可利用富余副產(chǎn)氫年產(chǎn)能達(dá)14萬噸。

青島更是在奮力搶占?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)的“風(fēng)口”。早在2020年，青島就發(fā)布了山東首個(gè)市級(jí)層面的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。聚焦氫能產(chǎn)業(yè)，青島已形成覆蓋氫氣制儲(chǔ)運(yùn)加、關(guān)鍵材料部件、燃料電池系統(tǒng)、燃料電池整車等主要環(huán)節(jié)在內(nèi)的較為完善的氫能及燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈，落地了多個(gè)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平的示范應(yīng)用場景。

實(shí)現(xiàn)“氫進(jìn)萬家”，李玉星期待其團(tuán)隊(duì)相關(guān)技術(shù)落地青島，服務(wù)于青島氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。最近已有不少山東、青島本地的企業(yè)、燃?xì)夤镜戎鲃?dòng)找到李玉星，表達(dá)了合作意向，推動(dòng)相關(guān)成果落地。

“氫能承擔(dān)的更多是儲(chǔ)能的角色，目前摻氫燃?xì)夤艿垒斔腿匀灰詤^(qū)域性應(yīng)用為主。真正實(shí)現(xiàn)氫能的大規(guī)模應(yīng)用，還要實(shí)現(xiàn)氫的長距離、大規(guī)模、跨區(qū)域儲(chǔ)輸?！崩钣裥歉嬖V記者。未來，團(tuán)隊(duì)將會(huì)更加關(guān)注氫能長距離、跨區(qū)域干線管網(wǎng)建設(shè)，為氫能的貿(mào)易和調(diào)配提供更多技術(shù)支撐，真正推動(dòng)“氫進(jìn)萬家”。（青島日報(bào)/觀海新聞?dòng)浾?王世鋒）

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（作者：王世鋒)