中石大李玉星教授团队突破中低压纯氢与掺氢燃气管道输送及其应用关键技术，形成燃气掺氢管道输送产业链技术包——
加快推动“氢进万家”成为现实
在中国石油大学（华东）氢能储运实验室内，一台拉伸机正在以极其缓慢的速度拉伸高压釜内的金属材料，旁边电脑屏幕上的载荷曲线则在控制器的精确控制下有节奏地上下微微“跳跃”，颇像心电图。这就是氢气环境下金属材料的慢应变速率拉伸实验，主要用于测试气相氢环境下金属材料的力学性能，为输氢管道、管输设备等的材料选取提供关键数据支撑。
当前，全球范围正兴起氢能发展热潮。我国也将氢能视为未来国家能源体系的重要组成部分和用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，将氢能产业定义为战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。目前，山东正在加快推进“氢进万家”科技示范工程，青岛也在加快抢占氢能产业“风口”。
在氢能制、储、输、用四大环节中，储、输是链接氢生产端与应用端的桥梁，是氢能产业链发展的关键所在。山东省油气储运安全重点实验室主任、中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院教授李玉星带领团队主动对接国家战略、区域经济社会发展需求，在以往天然气管道输送等技术的基础上，自2021起依托国家重点研发计划“氢能技术”重点专项“中低压纯氢与掺氢燃气管道输送及其应用关键技术”项目，开展技术攻关研发，突破了多项关键技术瓶颈，形成了储氢、输氢、用氢等产业链技术包，形成了可推广、可复制的撬装化、标准化项目成果，为“氢进万家”提供了技术支撑。
攻克多项技术难题，打通“储输用”产业链
氢能被誉为21世纪的“终极能源”，是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，可广泛应用于交通、工业、家庭用能等领域，已成为全球能源技术革命的重要方向。
2024年的政府工作报告提出，“巩固扩大智能网联新能源汽车等产业领先优势，加快前沿新兴氢能、新材料、创新药等产业发展。”这是氢能作为前沿新兴产业首次写入政府工作报告。在可以预见的未来，氢能产业的发展也将为新质生产力注入更多新动能。
“氢能具有清洁环保、来源广泛、单位质量热值高等特点，是实现‘双碳’目标，保障国家能源安全的理想能源。”李玉星介绍。早在2015年，长期从事二氧化碳及氢能管道输送、天然气管道输送等研究的李玉星就注意到了氢能的发展，开始“琢磨”掺氢燃气管道输送相关技术问题。
通常，制氢与用氢在区域上相距较远，运输成本高，对管材安全性要求高。氢能运输成为制约氢能产业发展的薄弱环节，经济性和安全性均有待提高。“掺氢”是将氢气与天然气按不同比例混合，再利用现有的天然气管网输送，被认为是一种高效、安全输运的优选方案。部分发达国家已开始了掺氢天然气应用。
李玉星团队着眼氢能储运产业链理论研究和技术研发，目前已在氢促失效机理、掺混非均匀分布、事故特征演化、燃烧稳定性等领域建立了系统的理论体系，形成了渗氢扩散测试装置、随动流量掺氢设备、燃气器具等一系列核心知识产权群，初步形成了渗氢扩散测试装置及技术、随动流量掺氢设备、完整性管理软件、掺氢燃气综合实验平台一批贯穿掺氢、输氢、用氢等各环节的代表性、原创性成果。其中比较有代表性的关键技术就是随动流量掺氢设备。“氢的分子比天然气的分子小，在管道内流动时速度更快，可能会导致流动不稳定。同时，两者分子量不一样也可能会导致分布不均匀的问题。我们团队开发了随动流量掺氢设备，开发了软件系统，从而可以动态控制掺氢混气均匀度，确保掺氢后下游用气气质稳定性。”李玉星介绍。
牵头首座掺氢平台，让氢能利用“可复制”
深圳北部一片郁郁葱葱的丘陵下，我国首座城镇燃气掺氢综合实验平台正在安静地运行。
作为国内首个可推广、可复制的城镇燃气氢气掺-输-用一体化平台，该平台掺氢比达到20%，压力范围覆盖城镇燃气的全部压力运行范围，用氢面积85000平方米，用氢人口超过4000人，目前已安全供气200多天，实现了掺氢燃气的宽压力、长周期、规模化应用。平台集成了测试、验证、生产功能，是目前国内乃至全球建设功能最全面、技术集成最先进的科技实验平台，形成了可推广、可复制的撬装化、标准化项目成果。这标志着氢能利用进入全新的发展阶段。
燃气掺氢综合实验平台研发、建设的牵头人正是李玉星。该平台的稳定运行意味着李玉星团队系列科研成果正式落地应用。“平台的稳定运行仅是开始，每隔一段时间我们都会与相关研发单位‘定期会诊’，分析平台运行数据、管道等使用情况，为后续的优化调整提供参考。”李玉星介绍。他给记者算了一笔账，在天然气当中掺入20%体积比的氢气，燃烧后二氧化碳排放量可降低20%。按目前每年全国城镇燃气用气量约1600亿立方米计算，在天然气当中掺入20%体积比的氢气，每年全国减少碳排放量可达7000万吨左右，这个数字是相当可观的。掺氢天然气相比纯天然气，是一种更清洁的低碳燃料。
对于氢能产业，山东、青岛“宠爱有加”。2021年，山东省就与科技部签署“氢进万家”科技示范工程框架协议，山东成为全国首个氢能大规模推广的示范省份。过去几年，山东氢能产业蓬勃起势，胶东、鲁北等一批风光氢储项目规划建设，氢能关键核心技术和装备走在全国前列，氢燃料电池汽车推广量超千台，建成加氢站30余座，可利用富余副产氢年产能达14万吨。
青岛更是在奋力抢占氢能产业的“风口”。早在2020年，青岛就发布了山东首个市级层面的氢能产业发展规划。聚焦氢能产业，青岛已形成覆盖氢气制储运加、关键材料部件、燃料电池系统、燃料电池整车等主要环节在内的较为完善的氢能及燃料电池汽车产业链，落地了多个达到国内领先水平的示范应用场景。
实现“氢进万家”，李玉星期待其团队相关技术落地青岛，服务于青岛氢能产业的发展。最近已有不少山东、青岛本地的企业、燃气公司等主动找到李玉星，表达了合作意向，推动相关成果落地。
“氢能承担的更多是储能的角色，目前掺氢燃气管道输送仍然以区域性应用为主。真正实现氢能的大规模应用，还要实现氢的长距离、大规模、跨区域储输。”李玉星告诉记者。未来，团队将会更加关注氢能长距离、跨区域干线管网建设，为氢能的贸易和调配提供更多技术支撑，真正推动“氢进万家”。（青岛日报/观海新闻记者 王世锋）
责任编辑：王逸群
