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从“变小”的主火炬到赛场外穿梭的氢燃料汽车，2022北京冬奥会低碳、环保的理念涵盖了运动员衣食住行的方方面面。氢能在助力北京冬奥会实现碳中和的过程中扮演了重要角色。本期关注冬奥赛场上的氢能“黑科技”，一起说说氢能那点事儿。
为什么是氢能？
氢能的主要优点是燃烧热值高，燃烧同等质量的氢产生的热量约为汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍。资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。
氢气作为最清洁环保的燃料，燃烧的时候只产生水，不会产生二氧化碳，可实现完全的零排放，能够真正体现北京冬奥会绿色、低碳、可持续原则。
氢能的分类
按照氢气的生产方式，可将其分为灰氢、蓝氢和绿氢3种，分别指化石能源制氢、装有二氧化碳捕集和封存设施的化石能源制氢，以及可再生能源电解水制氢。蓝氢和绿氢被视为实现零碳排放的关键能源品种，已被多个国家列为重点发展的新能源。
氢能的应用
火炬
从“大火”变“微火”，与往届奥运会大量使用液化天然气或丙烷等气体作为火炬燃料有所不同，此次北京冬奥会首次使用氢能作为火炬燃料，实现燃料生产到应用全过程零碳排放，创造了冬奥火炬用能历史，向世界展示了我国绿色低碳发展的理念和行动。
主火炬✦
由中国石化燕山石化提供的氢气在开幕式作为燃料点燃冬奥赛场的主火炬。与2008年北京夏季奥运会主火炬一小时大概消耗5000立方米燃气相比，此次北京冬奥会主火炬产生的碳排放量大概仅是2008年的五千分之一，真正实现奥林匹克精神与“绿色”“环保”的进一步结合。燕山石化氢气新能源装置于2020年1月2日中交，2020年3月27日实现一次开车成功。该装置设计规模为2000标准立方米/时，采用变压吸附（PSA）工艺，产出可以满足燃料电池所用氢气，纯度达99.999%。北京冬奥会开幕前夕，燕山石化获得全球首个“绿氢”标准《低碳氢、清洁氢及可再生氢标准及评价》认证，成为国内首家获得清洁氢认证的企业，这意味着其所产氢气低于传统化石能源制氢的碳排放量，为蓝氢。
绿氢火炬✦
在北京2022年冬奥会张家口赛区，中国石油自主研发生产的绿氢“点燃”了太子城火炬台。这是本届冬奥会唯一由绿氢点燃的火炬台，也是冬奥历史上首支以绿氢作为燃料的火炬。为突出“绿色冬奥”主题，中国石油在全系统内优选清洁环保低碳的氢气制造设备和技术，最终选定旗下勘探开发研究院的太阳能电解水制氢装备，为冬奥火炬提供绿氢。勘探开发研究院于1月25日开始正式制备绿氢与压缩充注，通过纯度检测后，服务张家口赛区冬奥会火炬台绿氢供应。目前全球氢气年产量约为7000万吨，其中绿氢仅占4%左右，制氢成本高企是最大难关。中国石油2017年斥巨资组建绿氢核心技术攻关团队，开展全方位科研攻关，不仅在太阳能电解水和光解水催化剂核心技术方面取得重大突破，而且部分制氢材料达到国际领先水平，制氢成本降低了10%左右，对于我国建立绿氢工业、建设能源强国具有里程碑意义。
氢能大巴
氢燃料电池汽车在行驶过程中只排放水，被称为“终极环保车”。此次北京冬奥会总共运行超1000辆氢能源汽车，并配备30多个加氢站，是全球最大规模的一次燃料电池汽车示范。
制氢✦
● 京能集团通过绿电交易制氢和分布式光伏制氢，为本届冬奥会氢能交通基础设施提供绿氢服务，打造冬奥“零排放”氢能交通典范。2022年1月，京能集团通过北京电力交易中心和首都电力交易中心组织开展冬奥会场馆绿色电力直接交易，利用集团所属张家口地区绿色能源基地生产的100万千瓦时绿电用来制氢，截至2月23日总计供应氢气41.99吨服务保障北京冬奥会、冬残奥会。在完成绿电交易制氢后，京能集团积极拓展其他绿氢供应渠道，开发了京内首个分布式绿电制氢项目，从“制—储—运—加”一体化环节实现绿氢应用。在位于北京房山区京辉氢能产业园的屋顶上，京能集团所属北京京能科技有限公司分布式光伏发电系统104块太阳能电池板整齐排布，每年可生产清洁电能约5万千瓦时，折合减排二氧化碳每年30吨，节约标煤约每年15吨。产业园内，绿电交易和光伏发电产生的电力供应到水电解制氢车间，制备纯度达99.9999%，满足冬奥会所有车型需求标准的氢气，再通过管束车运送到各加氢站，为冬奥氢能交通运输车辆注入源源不断的“氢动力”。
● 华北石化作为中国石油保障冬奥用氢的主力，用时不到3个月就提前建成投产两套副产氢项目，产品质量满足燃料电池用氢和高纯氢两个认证标准，为“绿色冬奥”赋能增绿。其生产的高纯氢源源不断地输送到中国石油为冬奥服务建设的4座加氢站和综合能源服务站，服务涵盖北京、张家口、延庆3个赛区。
华北石化公司高纯氢运送至中国石油崇礼北综合能源服务站
储氢✦
● 作为国家能源集团牵头承担的国家重点研发计划项目“大规模风光互补制氢关键技术研究及示范”的重要部分，万全油氢电综合能源站位于冬奥会赛事核心举办地河北张家口市，是集高性能、高颜值和高品质于一体的智能高端综合能源站，拥有3大特色：一是采用了入选国家能源局2021年度能源领域首台（套）重大技术装备项目公示名单的自主研发35兆帕智能快速加氢机；二是在站内部署投用由国华投资（氢能公司）联合兄弟单位自主研发的国内首个满足国标要求并取得整体防爆认证的70兆帕一体式移动加氢站；三是整站建设融合模块化和装配式理念，大幅提高建设效率，实现整站建设时效提升50%，标志着国华投资（氢能公司）氢能科技研发和产业运营能力已居于氢能行业领先水平。
国家能源集团万全油氢电综合能源站
● 2021年燕山石化开创北京市和中国石化氢燃料重卡示范应用先例，同时成为国内最大的氢能叉车一次性应用示范场景，氢气质量在线分析实现国内领先，加速氢能技术合作开发应用，建成中国石化系统内首套30标准立方米/时PEM制氢中试装置，致力攻关绿色核心技术。2021年，燕山石化累计供应北京市及华北地区氢气近300吨全力服务冬奥加氢站。冬奥会期间中国石化为北京冬奥会氢燃料电池车提供清洁氢供应，高质量高标准为“绿色冬奥”赋能。
燕山石化建成氢气新能源装置，为中国石化4座冬奥加氢站提供用氢保障
● 北京冬奥会期间，中国石油除了火炬供氢之外，还有4座加氢站为816辆氢燃料电池车提供服务，并为14座冬奥场馆供应氢气14万千克。中国石油河北销售太子城加氢站采用国际领先技术标准和高科技设施，加注能力为1000千克/12小时，每天最多可加注氢燃料约2吨。该站选址地冬季平均气温低于零下20摄氏度，因此主要设备及零部件均采用特种材料，设计工作环境温度低至零下40摄氏度，符合赛时低温严寒的环境要求。
国家电投氢能公司工作人员正在检查氢能大巴搭载的“氢腾”电池，保障低温环境下正常启动
用氢✦
● 搭载国家电投自主研发的氢燃料电池电堆与动力系统的氢燃料电池城市客车，按照车规级研发设计、IATF16949质量体系生产，可实现零下30摄氏度低温启动，满足北方城市低温运行要求。氢能大巴最高载客48人，设计时速100千米/小时，纯氢续航约450千米，适应低温、爬坡等路况场景。氢能大巴可实现零污染、零排放，在绿色环保方面有突出优势，相较传统化石能源车辆，氢能大巴每行驶100千米，可减少70千克二氧化碳排放，相当于14棵普通树木一年的吸收量，目前已为博鳌亚洲论坛、北京冬奥会提供服务。国家电投氢能公司在燃料电池产品上打造了适用于交通、发电等多元领域的系列化产品谱系，已面向市场推出百千瓦级大功率燃料电池产品，正在同步开发百千瓦以上产品；建成年产千台自动化产线并开展年产万台自动化产线建设，实现产业链供应链自主可控，产品规模化降本效应显著。在PEM制氢产品上，深耕友好适应风光发电特性的高性能、长耐久PEM制氢技术，已开发20立方米/时制氢样机，正在开发MW级设备并将实现示范应用，产品技术自主可控。
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