氫進萬家專題序(Ⅱ)-氫進萬家，助力“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)，服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)

魯仰輝 趙建福 ?,,1)

*(國家電投集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司碳中和研究中心，北京 102209)

?(中國科學(xué)院力學(xué)研究所微重力重點實驗室，北京 100190)

**(中國科學(xué)院大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院，北京 100049)

“氫進萬家”，能夠推動我國能源結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型，助力“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的順利實現(xiàn)，服務(wù)生態(tài)文明社會建設(shè)，提升我國能源安全與綠色生態(tài)環(huán)境水平，提高國民經(jīng)濟競爭力和國際氣候治理領(lǐng)導(dǎo)力。

作為“氫進萬家”專題的第二部分，本期刊發(fā)的幾篇論文繼續(xù)圍繞“氫進萬家”相關(guān)技術(shù)方向，交流最新研究成果，分析目前研究現(xiàn)狀，研判未來發(fā)展趨勢。主要內(nèi)容簡介如下。

利用在役天然氣管道或管網(wǎng)進行天然氣摻氫管道輸送，是實現(xiàn)氫氣大規(guī)模、經(jīng)濟輸送的有效方式。天然氣摻氫后會導(dǎo)致燃?xì)獾娜紵俣取嶝?fù)荷系數(shù)等燃燒指數(shù)以及相對密度、傳熱系數(shù)、黏度等水力指數(shù)都發(fā)生改變，對現(xiàn)有天然氣管道輸送系統(tǒng)和終端用戶都有很大影響。因此，實現(xiàn)摻氫流量跟隨天然氣流量變化（即隨動摻氫），保持摻氫比的穩(wěn)定，有著重要意義。張立業(yè)等從氣－氣摻混系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)、測量儀器/系統(tǒng)等方面詳細(xì)評述了在天然氣輸送前實現(xiàn)氫氣精準(zhǔn)摻混技術(shù)，重點介紹了三個重要在役天然氣摻氫示范項目中隨動摻氫系統(tǒng)的組成和運行結(jié)果，并對天然氣摻氫技術(shù)的發(fā)展趨勢做出了展望。安永偉等對不同摻氫混合器布局下氫氣和天然氣摻混均勻性及其沿程演化過程進行了數(shù)值模擬，相關(guān)結(jié)果為摻氫濃度檢測方案設(shè)計及摻氫輸運安全管理等提供可靠指導(dǎo)，也在一定程度上回答并消除了氫氣與天然氣間顯著密度差異是否導(dǎo)致流動分層的疑慮。

“氫進萬家，安全第一?！背鹞慕艿韧ㄟ^室內(nèi)模擬實驗考察了三種輸氫鋼管材質(zhì)的氫滲透與腐蝕行為，分析了三種材質(zhì)的氫擴散系數(shù)及腐蝕傾向，可以為輸氫管道材質(zhì)的選擇提供一定的參考。萬小剛等采用定容燃燒彈研究了摻氫天然氣可燃極限和燃爆特性的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)摻氫天然氣燃爆危險性增強，可燃范圍隨摻氫比例增加前期變化略緩，高摻氫比例時增長加快，呈指數(shù)式升高。結(jié)合火焰發(fā)展的紋影圖片分析，揭示了摻氫不僅提高了天然氣層流燃燒速度，同時還增強了火焰面裂紋和細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)，進而縮短爆炸時間，減小熱損失，提升爆炸壓力。

“氫進萬家，用戶為上?！睏钽宕宓认到y(tǒng)開展了現(xiàn)役家用燃?xì)庠罹呤褂脫綒涮烊粴獾娜紵阅軠y評和現(xiàn)場示范應(yīng)用研究，基于摻氫天然氣燃燒特性參數(shù)的理論分析與計算，結(jié)合實驗室測試和模擬廚房場景應(yīng)用測試，研究了家用燃?xì)饩呤褂脫綒涮烊粴獾倪m應(yīng)性、安全性及相應(yīng)的熱負(fù)荷等，分析論證了家用燃?xì)饩咴诓蛔鋈魏握{(diào)整的情況下可以承受的摻氫比例，認(rèn)為20%摻氫能滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，且對燃?xì)饩呖梢圆蛔稣{(diào)整正常使用。

“氫進萬家，計量為基?！蓖跫严愕葟呢酱l(fā)展完善的氫流量計量體系和規(guī)?；臍淞髁坑嬃慨a(chǎn)業(yè)需要出發(fā)，歸納了當(dāng)前國內(nèi)外低溫流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量原理、結(jié)構(gòu)組成和功能特點，基于靜態(tài)質(zhì)量法設(shè)計了一套液氫流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，并探討其工藝流程和可行性，為構(gòu)建液氫質(zhì)量流量標(biāo)準(zhǔn)和完善氫流量計量體系提供技術(shù)參考，以滿足氫能產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展需要。

此外，程友良等數(shù)值模擬了小型儲氫罐充氣過程中溫度、壓力和氫吸附效果等變化特征，研究了不同吸附材料、罐內(nèi)換熱肋片布局等對充氣過程的影響，發(fā)現(xiàn)在儲氫罐內(nèi)部加設(shè)換熱肋片可以有效降低儲氫罐內(nèi)的溫度，抑制熱效應(yīng)和壓縮功產(chǎn)生的底部熱積聚現(xiàn)象，提升氫氣吸附效果，對解決小型儲氫罐在低溫吸附過程中的高溫積聚問題進行了有益探索。

“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)（即力爭于2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和）的提出，是中國政府對世界做出的莊嚴(yán)承諾。這涉及能源生產(chǎn)、工業(yè)用能、交通運輸?shù)葒窠?jīng)濟支柱的各個領(lǐng)域以及日常民生，是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，迫切需要跨領(lǐng)域的綜合交叉，從戰(zhàn)略研究、基礎(chǔ)創(chuàng)新、關(guān)鍵核心技術(shù)突破、高新技術(shù)綜合示范、人才培育和國際合作等方面，形成全面支撐我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的技術(shù)體系。希望本專題的相關(guān)文章能為此做出積極的貢獻。