新闻中心  >  您当前的位置 : 专题更多页面  >  赋能冬奥 加油未来

  2月4日晚,北京冬奥会开幕,在张家口赛区,太子城火炬台被来自中国石油的绿氢点燃。这是2022年北京冬奥会唯一由绿氢点燃的火炬台,也是冬奥近百年历史上首支以绿氢作为燃料的火炬。

  作为点亮火炬的绿氢供应者,中国石油从制氢、储运、加注等多个环节发力,全产业链一体化联动,践行“绿色冬奥”理念。 今天,让我们揭开绿氢的神秘面纱,听听“绿氢”火炬背后的故事——

  研发

勘探开发研究院 我是绿氢制造者

记者 王亮亮 通讯员 王善宇

  2月4日,北京冬奥会张家口赛区火炬台创新采用绿氢作为燃料,点亮冬奥史上首支“绿氢”火炬。

  作为北京冬奥会唯一绿氢燃料供应单位,中国石油勘探开发研究院新能源研究中心氢能攻关团队,构建了光伏电解水+太阳能光解水绿氢系统。基于自主研发的铁镍高性能电极催化剂材料的光伏耦合电解水制氢装备,以及高性能氮化碳光解水催化制氢材料,成功制备出绿氢燃料,实现了生产过程零碳排放。

勘探院绿氢技术创新平台

  2017年,勘探院组建新能源技术创新团队,重点在绿氢制备、氢储运、燃料电池、电化学储能等领域开展核心材料与技术攻关。这是一支由多专业、多学科交叉组成的青年创新团队,在耦合电解水制氢领域,研发出镍铁复合催化剂等多种电解水制氢催化剂材料,实现单位产氢能耗降低10%。与此同时,开发了电极表面原位负载催化剂技术,大幅提升制氢电极寿命。基于上述核心技术,设计搭建了具有双电解槽体的协同电解水制氢组合系统,与光伏系统耦合,具备用于工业评价电极催化剂材料运行效果和电解水系统稳定性能,为大规模可再生能源电解水制氢产业示范奠定基础。

  2021年12月20日,勘探院接到紧急任务,要求利用电解水制氢装置生产绿氢直供冬奥。在新能源研究中心主任熊波的组织安排下,派出金旭、李建明等14名科研人员组建绿氢供应保障团队,进驻勘探院廊坊科技园区。团队高标准、高质量、高要求、快速度完成电解水制氢装置橇装化设计改造、60千瓦屋顶光伏铺设、1800平方米示范场地水电气连接与环境改造、设备工艺与场地安全性论证、氢压缩机等装备选型配套、电解水和光解水设备流程优化及安全实施守则编制等前期工作。不到一个月的时间,准备工作全部完成,具备生产开工条件。

  2022年1月22日,廊坊地区突降大雪,地面积雪深度没过脚踝。由于低温超出预期,已经做好保温措施的制氢设备水管仍然出现结冰堵塞现象。项目组成员立即对全部可能堵塞位点逐一排查,通过加热枪和铺设伴热管保证供水系统畅通,保障制氢流程顺畅。厚重的积雪也“袭击”了屋顶光伏设备,严重影响电解水制氢设备的电力供应。李建明博士急中生智,从库房找到鼓吹机,背着设备爬上了5米高的梯子,清理屋顶光伏板积雪,让阳光可以照射光伏板。

  1月26日,绿氢团队完成制氢和加注装置试验,经过系统参数调试和检测后,正式开始向冬奥会专用储氢气瓶充装绿氢。为确保生产和加注过程万无一失,绿氢团队两人一班,24小时值守,每半小时进行一次制氢加氢全链路泄漏排查和充装进度记录。绿氢供应保障团队负责人金旭博士说:“在夜间巡检过程中,每当看到印有中国石油标志的制氢集装箱亮起的灯光,心里就暖暖的。”

  1月30日,中国石油绿氢瓶组运抵冬奥会张家口赛区,经过专业检测,达到开幕式火炬台使用标准。张茜博士感慨地说:“我们为‘绿色办奥’贡献了力量。这也是科技办奥运的最好诠释。”

  运送

运输公司河北分公司 我是绿氢护卫队

记者 孟建红 通讯员 咸诚

  “太振奋了!我们亲身参与了世界盛事。冬奥史上首支‘绿氢’火炬的氢燃料是由我们配送的。这是我们的骄傲!”2月8日,运输公司河北分公司火炬氢能保障团队驾驶员董建自豪地说。

  作为冬奥会张家口赛区火炬用储氢瓶组唯一的运输配送单位,运输公司河北分公司接到任务后,立即成立了保供工作领导小组,统筹和协调相关工作,全面掌握运行风险,为配送火炬用储氢瓶组制定了详细的工作方案和保障措施。

  绿氢有严格的运输与配送安全规范,承运这种新介质对河北分公司来说是一次严峻的考验。河北分公司第一时间选派经验丰富的驾驶员,并对驾驶员进行多次氢气安全运输知识、冬季道路交通安全行车以及冬奥服务标准等方面的培训,要求驾驶员在每次出车前做好车辆安全检查。同时,安排专业人员对承运储氢瓶组的厢式货车进行通风改造,并加装固定瓶组用的装置,防止储氢瓶组在运输途中滑动碰撞,保证运输平稳安全。在装卸过程中,分公司安排专业人员现场指挥,驾驶防爆叉车将储氢瓶组缓缓放入厢式货车内。针对火炬用储氢瓶组的特殊性,分公司提前模拟演练配送过程中不同程度、不同环境下发生泄漏的应急处置,让员工了解氢气特性,掌握处置措施,消除因承运新介质带来的风险,确保配送任务顺利完成。

装卸火炬用储氢瓶组

  1月30日9时,运输公司河北分公司的运氢车开始驶向崇礼。作为张家口赛区唯一的绿氢配送单位,运输公司肩负着责任与使命。出发前,公司领导反复嘱咐驾驶员董建和王彭:“你们在行驶途中一定要稳,一定要时时刻刻注意安全,注意力要高度集中。”积雪路面因长时间受车轮碾压已经形成“冰路”,以往开车只需1个小时就能到达太子城加氢站,为了安全他们当天用了近3个小时。

  12时,两辆车缓缓驶入太子城加氢站,此时室外温度已降至零下19摄氏度。由于处于风口,寒风凛冽、滴水成冰,没过多久,保供队员们的眼睫毛上就布满了雪花和冰霜。“李可康,你先去把防爆叉车打着。董建、王彭将储氢瓶组固定装置移开。”运输公司河北分公司执行董事、党委书记邵强立即安排储氢瓶组转卸。话音刚落,李可康戴好安全帽,跳上了叉车。机械马达的声音响起,李可康熟练地操作着防爆叉车徐徐驶到厢式货车前。

  “慢点,慢点,往上升一点。对,再往上升一点。不要着急,再往前顶一下。好,就这个位置不要动。董建、王彭,你们缓缓地往前推,咱们几个人分站两边扶住储氢瓶组保证平稳。”邵强有条不紊地指挥着。当储氢瓶组安全降至地面时,所有人都松了一口气。

  “我们再加把劲,把绿氢瓶组装到旁边这台常用的厢式货车上,大家一定要稳扎稳打。”邵强继续指挥。13时,在大家的共同努力下,充装瓶组安全运送至指定地点。

  “本次配送是对冬奥保供氢气的一次全面检查,我们要继续以高标准、高质量、高效率全力做好冬奥会火炬后续服务及配送保障工作。”邵强对记者说。

  截至目前,运输公司河北分公司执行氢气配送5808公斤,其中绿氢配送56公斤。

  加注

太子城加氢站 我为“绿色冬奥”而生

记者 韩文 通讯员 魏敏

  1月27日,冬奥火炬的储氢瓶组在太子城加氢站进行首次加注。2月4日晚,中国石油自主研发生产的绿氢点燃了太子城火炬台。

  熊熊燃烧的火炬背后,是中国石油的辛苦努力与付出。作为北京冬奥会、冬残奥会雪上项目举办地崇礼,特殊的地理环境对于生态要求非常高。为此,中国石油建设了崇礼核心区的第一座加氢站——太子城加氢站。

河北销售太子城加氢站

  2020年9月27日,太子城加氢站破土动工。这是中国石油首次试水氢能业务。河北销售公司80后员工李智佳被任命为站经理,但他接手的不是现成的站点,而仅仅是一纸规划。前无范例可循,从办理手续到施工,所有参建人员都在摸索学习,克服各种困难。施工中,为了破解低温严寒、物料紧缺、有效工时短、交叉作业等难题,李智佳与施工单位协调,按照优选法理论安排施工流程,封冻前完成室外土建工程,封冻后集中力量主攻室内项目。工地混凝土需求量大,而搅拌站相距较远,工程部同事协调有关部门审批,在工地附近设立了专用搅拌站。

  隆冬时节的崇礼气温低于零下30摄氏度。为确保工程硬化质量,加快推动进度,施工人员把施工现场用塑料膜和棉被扣上“大棚”。2020年底,太子城加氢站如期完工。2021年2月8日8时,50辆参加测试的氢能旅游大巴徐徐驶入太子城加氢站。太子城加氢站加出了中国石油氢能第一枪。

  此后,这座站参与了“相约北京”系列测试赛全流程能源保障,以及多次全要素演练。截至2022年1月27日,北京冬奥会张家口赛区奥运分村正式开村,太子城加氢站已累计为服务冬奥前期工作加注了2883车次达3.2万公斤氢。如今的太子城加氢站已经是“氢能张家口”的城市名片。

  为做好火炬氢能加注,河北销售公司提前安排员工进行专业培训学习,组织46人参与加氢资格证考试,全部取得专业资格证。

  为进一步规范现场管理、优化现场服务、展现企业形象,河北销售编制了《冬奥服务手册》作为员工培训教材;设立服务总监,提升业务培训标准。在服务“相约北京”系列冬季体育赛事中,河北销售公司的能源保供工作获得相关组织部门“最‘氢’的能源、最亲的服务”等美誉。

  本次火炬氢燃料加注严格对标安全操作规范,由防爆叉车运输至加氢区完成氢燃料加注,其运输、储存的氢气可以满足张家口赛区火炬所需要的能源供应。“使用氢能的火炬安全可靠性高,可以抗10级风,在极寒天气下圣火依旧可以生生不息,即使在时速100公里的大风中也可以稳定燃烧,完全可以保证张家口赛区正常燃烧使用。”太子城服务区加氢站经理李智佳介绍道。

  目前,太子城加氢站已经完成3次火炬气瓶充装,共计充装氢气29.21公斤。

  专家视点

绿氢迎来蓬勃发展新机遇

李建明

  绿氢,主要是指利用太阳能、风能等可再生能源分解水产生的氢气。与当前主要使用的灰氢和蓝氢相比,这类氢气在生产过程中几乎不产生碳排放。绿氢主要由电解水方式获得,包括碱性电解水、质子交换膜电解水、高温固体氧化物电解水等不同技术路线。当前,国内氢气主要由煤制氢(46%)、天然气制氢(23%)、工业副产氢(30%)构成,绿氢占比仅为1%。

  限制绿氢大规模开发应用的首要因素是制氢成本,主要体现在电力成本与电解水系统造价成本高,其中电价是最大的限制因素。对于国内市场,当1公斤绿氢成本降至20元时,其相比于产自化石能源的灰氢和蓝氢才具有经济优势,对应电价应当低于0.3元/千瓦时。在电解水系统方面,尤其是质子交换膜电解水,其电解槽造价昂贵,部分关键技术还需要依赖进口。此外,绿氢的生产地通常是在风光资源丰富的“三北”偏远地区,而使用地则是在人口和经济较为发达的城市或工业区,存在资源与市场的错配难题,目前尚未建立完善的氢气储存和输运网络渠道,限制了绿氢的规模发展。

  未来绿氢行业的发展首先依托于电力成本的降低,其努力方向在于可再生能源发电的技术创新与大规模产业化。在技术上,开发新一代光伏板组件、风力涡轮机等关键装置,提高太阳能、风能等可再生能源发电效率;在规模上,持续风、光电场的规划与建设,并争取最大限度利用无法上网的弃风、弃光资源进行制氢。此外,就制氢技术路线而言,一方面需要持续改进电解槽关键部件(电极、隔膜等)技术,降低碱性电解水制氢能耗,同时通过扩大规模降低产业成本。另一方面,重点突破质子交换膜装置的核心材料与技术,例如开发廉价高效的催化剂替代贵金属铂、研发自主产权的高性能质子交换膜等,可以协同燃料电池技术的快速发展与规模应用,实现降本与推广。此外,实现绿氢制备装置与可再生能源发电系统的高效耦合,建立完善的绿氢生产、储存、运输和应用场景等全产业链配套的工业体系,亦是绿氢技术与产业快速发展的关键。

  在当前力争实现“双碳”目标的大背景下,绿氢行业正迎来蓬勃发展的新机遇。尽管当前仍然面临着诸多挑战,但随着未来可再生能源发电成本的下降与绿氢全产业链的规模发展,考虑到化石能源短缺、碳税增收、环境污染等因素,绿氢将逐渐具有价格竞争优势,预计2030年以后将实现规模化利用。(本文作者系中国石油勘探开发研究院新能源研究中心氢能与燃料电池业务部负责人)

  科普

  按照生产氢气过程中的碳排放量,氢气分为“灰色”“蓝色”和“绿色”三类。

  灰氢

  来自化石燃料制成的氢气,如煤气化技术制氢等。此类技术成熟,成本较低,但是会有很高强度的碳排放量。

  蓝氢

  将二氧化碳和清洁高效利用技术相结合而制出来的氢气,即化石能源制氢+CCUS(碳捕集、封存和利用)。

  绿氢

  利用可再生能源制取氢气,如可再生能源电解水制氢技术、光催化分解水制氢技术、光电催化分解水制氢技术、太阳能微生物分解水制氢技术等。

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