北京冬殘奧會開幕式3月4日晚在國家體育場舉行，最后一棒火炬手李端用手摸索將火炬嵌入“大雪花”中央，燃燒系統從手持切換到主火炬台，通過管道引入氫氣，主火炬以微火點燃。他振臂高呼，感動全場。

北京冬奧會和冬殘奧會主火炬及三個分會場火炬由航天部門設計，在奧運史上首次使用環保氫燃料，實現火炬燃燒的零碳排放，向世界傳遞了綠色環保的理念，其背后是我國自主科技力量的支撐。其中，跟火炬相匹配的高壓氫氣儲供氣系統由京城機電所屬北京天海工業有限公司研發制造。

“我國氫能產業，特別是儲氫瓶和系統經歷了從不斷摸索前行，實現突破，到自主可控的艱辛歷程。我們通過這些年持續技術創新，實現了自主儲氫系統在北京冬奧會的成功應用。”北京天海工業有限公司黨委書記、董事長李俊杰說。

持續減重“氫”裝上陣

歷屆奧運會主火炬都是最大的秘密，天海工業子公司北京天海氫能裝備有限公司總工程師岳增柱接到任務時，並不知曉他們是為冬奧會主火炬研制供氫系統。

“天海工業具有成熟的壓力30兆帕產品，但客戶測試后並沒達到需求，我們隻能進行量身定制。”岳增柱說。

冬奧會和冬殘奧會主火炬供氫系統。天海工業供圖

自2021年5月起，岳增柱率領研發團隊跟客戶進行了一輪又一輪細致的技術對接。三個月后，這款神秘產品漸漸清晰起來：壓力高，容量大，輕量化，要確保安全性和可靠性。

研發過程頗為艱辛，從2021年5月至11月，不斷調整方案，圖紙修改了不少於10版。儲氫瓶的材質、閥門、管路、減壓系統……每一個零部件選型、制造工藝及可靠性，均需經過實驗反復確認后，才能將產品最終定型。

首款產品下線，採用鋼結構支架，可靠性和安全性均滿足要求。然而，主火炬儲氫瓶懸挂於“鳥巢”上空，評審方對產品提出了再減重的要求。

“我們重新設計，選擇了輕薄的鋁合金材料支架。為確保產品安全，我們進行仿真分析及多重實驗，即使在高空晃動也保証不能脫落。”岳增柱說。

滿足輕量化需求后，問題又來了。這款產品在冬天使用，還需要具備抗低溫性能。第二款產品定型並組裝后，放置於零下30攝氏度低溫環境中，進行24小時測試，驗証低溫環境下零部件性能是否安全可靠。研發團隊還組織行業專家對產品安全性進行把關，確保開閉幕式主會場應用安全萬無一失。

最終亮相的“大雪花”主火炬台儲氫系統是一個74升35兆帕的大容量立方體，儲氫瓶重量不到40公斤。產品設計上採取“雙保險”，岳增柱解釋，“鳥巢”主會場配置兩個罐四套獨立的管路系統，即使一路系統供氣出現突發狀況，可無縫切換另一套。

此外，位於北京奧林匹克公園中心區、延慶城區、張家口太子城冰雪小鎮三個分會場的冬奧火炬台與主會場一同點燃，同樣採用天海工業研發生產的35兆帕儲氫系統。

跟主會場不同，分會場火炬放置於地面上，採用鋼結構材質。火炬在冬奧期間一直是點燃狀態，不能採用小儲罐，“計算之后我們設計了四個166升儲氫罐集成在一起的系統，能持續燃燒三天左右，而且每個分會場配三套，每套系統都是多保險，任何一套出現問題均可切換，同時整套系統便於移動和運輸。”岳增柱說。

2021年10月，第一台樣機交付。12月底，12套冬奧火炬供氫系統全部交付。

突破技術“天花板”

除為北京冬奧會和冬殘奧會主火炬提供儲氫系統外，天海工業還為冬奧會140台氫能源大巴車提供了高壓儲氫系統。

北京天海氫能裝備有限公司執行董事王磊介紹，2016年，國內氫能產業，特別是氫燃料電池已在商用領域推廣開來，當時設計端、材料端全部需要進口，現在國產自主率達80%以上，“天海工業2016年研發了壓力35兆帕的儲氫罐，這款產品如今實現了百分之百國產化。”

當壓力提高，單位體積內氫氣的儲存量也提高，相應帶來的技術難度也越大。70兆帕相當於將7000噸壓力壓到1平方米面積上，成為車載儲氫技術極難突破的“天花板”。

2017年，天海工業開始攻關70兆帕車載用高壓儲氫罐技術。“從35兆帕到70兆帕，不只是壓力提升了一倍那麼簡單，需要突破相當多的技術難題。在材料選型上，當時還沒有自主材料，我們用了進口高性能材料。”岳增柱說，2019年，天海成功研制出70兆帕儲氫罐產品。

北京冬奧會氫燃料大巴車。天海工業供圖

在“雙碳”目標背景下，氫能作為清潔能源肩負重要使命，氫燃料車也加快推廣和普及。天海工業跟清華大學合作，致力突破公路客車用大容積車載70兆帕儲氫系統課題。岳增柱說，這個項目針對綠色冬奧理念下的交通保障，研究成果應用於首都機場到延慶賽區的大巴上。

天海工業還跟浙江大學、福田汽車、宇通客車等合作，攻關公交客車用70兆帕供氫系統，以及燃料電池轎車用70兆帕供氫系統兩個課題。2017年—2020年底，天海結合三個課題，先后開發出三種不同規格的70兆帕儲氫產品。

卡脖子技術國產化

北京冬奧會為國產氫能技術和氫燃料車示范應用提供了展示舞台。國產自主70兆帕氫燃料電池大巴車首次在冬奧會大批量使用，實現高續航裡程，且行駛中隻排放純淨水。

岳增柱表示，天海工業在儲氫氣瓶上實現了完全自主，但一些關鍵零配件還存在卡脖子技術，“我們第一代70兆帕產品用的是進口高性能材料，零部件國產化隻有10%，而且成本高，增加了未來市場化難度。”。

面對“出戰”北京冬奧會的任務，2020年，天海工業繼續展開技術創新，在第一代產品技術基礎上，歷時半年研發出第二代產品。

北京冬奧會140台氫能源大巴車全部應用天海第二代產品，實現技術自主，且成熟可靠，大幅降低了成本。據岳增柱測算，140台車能節省20%~30%成本。按每台車配8個罐，一個罐節省1萬多元計算，一台車將節省10萬元，140台車總計可節省1400萬元。

借助綠色冬奧機遇，我國氫能產業將步入新發展階段。岳增柱透露，天海工業正研發70兆帕第三代產品，更加輕量化，安全性能更佳，成本也更低。

“隻有加快自主研發應用，徹底攻克卡脖子技術，才能擺脫受制於人的被動局面，增加國產產品的市場競爭力。”岳增柱說。

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