▲ 中國工程院院士 鄭津洋

　　鄭津洋院士簡介：1964年11月出生，浙江省嵊州市人。極端承壓設備研究領域專家。1983年-1992年就讀于浙江大學，先后獲工學學士和工學博士學位，1997年晉升教授。現(xiàn)任浙江大學能源工程學院副院長、教授、博士生導師。2021年當選為中國工程院院士。

　　鄭津洋院士長期致力于高壓、深冷等極端承壓設備研究，在儲氫高壓容器、深冷壓力容器、柔性高壓復合管等方面，從理論、技術、標準、檢測到產品研發(fā)和工程應用取得系列創(chuàng)新成果，所研制的系列產品廣泛應用于能源、化工等領域，社會和經(jīng)濟效益顯著，為我國高壓儲運設備躋身世界前列做出了突出貢獻。牽頭創(chuàng)建國際氫能協(xié)會規(guī)范標準專委會、“高壓過程裝備與安全”教育部工程研究中心；獲國家科技進步一等獎1項（排名第三）和二等獎2項（排名第一）；出版中英文著作9部，主編的國家級規(guī)劃教材已出5版，主講的專業(yè)核心課程入選首批國家一流本科課程。

　　相關問題及解答要點整理如下：

　　01、當前全球氫能產業(yè)整體處于示范應用階段

　　對于當前全球氫能產業(yè)發(fā)展整體處于什么階段這個問題，鄭院士表示：全球氫能產業(yè)目前整體處于示范應用階段，多數(shù)氫能技術仍處于示范或原型階段。比如，液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫、有機液體儲氫、天然氣管網(wǎng)摻氫、燃氫輪機、可應用于重型道路車輛的氫燃料電池等技術均處于示范階段；而可應用于船舶、火車、飛機等的氫燃料電池技術處于原型階段。

　　提高氫能全產業(yè)鏈的技術經(jīng)濟性和市場競爭力是亟待解決的問題。美國能源部預期氫能2030年的發(fā)展目標為：1kg氫的生產和輸運成本均達到1美元；重型車輛用燃料電池的壽命為25000h，成本為80美元/kW；電解槽的壽命為8萬h，成本為300美元/kW。如果能夠實現(xiàn)制氫成本與輸運成本均為1美元/kg，則與天然氣相比，氫氣就具有了競爭力。

　　相較于國外，國內的氫能產業(yè)發(fā)展水平如何？對此鄭院士認為，中國氫能產業(yè)總體處于全球第二方陣的前列，并在變壓吸附提純氫、大容量高壓儲氫、固態(tài)儲氫、供氫量噸級以上加氫站建設等方面走在國際前列；而且在北京2022年冬奧會上實現(xiàn)了氫燃料電池汽車應用規(guī)模、應用場景、保障服務及管理創(chuàng)新等多重突破；北京大興氫能科技園站的日加氫能力達到4.8t，為全球最大。總體來說，中國仍然是氫能技術設備進口國，部分關鍵材料、核心零部件、關鍵裝備仍需要依賴進口，如碳紙、加氫槍、氫流量計、氫安全閥、液氫容器等。

　　02、不斷攻克氫氣安全儲運難題

　　氫氣的儲運是氫能技術的重要環(huán)節(jié)，而安全問題至關重要，鄭院士在這方面進行了大量研究。氫氣儲運的難點有哪些？取得了哪些成果？目前研究或計劃研究的方向是什么？

　　鄭院士坦言，他不能忘記的是，早在2002年，正是蔣利軍等老師把他領進了儲氫研究的大門，并持續(xù)深入研究了20余年，才取得了一些成就。氫能應用的關鍵在于儲氫技術，即如何實現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟的氫氣儲存。當前，儲氫方式主要有氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫這3種，相較而言，高壓氣態(tài)儲氫具有設備結構簡單、充裝和排放速度快、溫度適應范圍寬等優(yōu)點，是世界各國優(yōu)先重點發(fā)展的儲氫技術。

　　儲氫技術目前主要存在以下技術難點：高壓儲氫容器的壓力高達98MPa，高壓氫氣易引起材料氫脆，造成容器突然斷裂甚至爆炸，危害極大；此外，由于氫氣分子小，易泄漏，高壓密封難，侵入傳感材料的氫會導致檢測信號漂移，高壓氫環(huán)境應變檢測難度大。2002年之前，我國缺少材料高壓氫脆原位檢測能力，無法獲得容器研制時亟需的材料在高壓氫氣環(huán)境中的力學性能。高壓儲氫容器氫氣充放頻繁，氫脆影響因素多且機制復雜，抗氫脆設計及制造存在很大難度。在我國，壓力超35MPa的儲氫容器長期處于空白，嚴重制約氫能發(fā)展。

　　通過國家縱向支持和企業(yè)橫向合作，鄭院士帶領團隊取得了卓越的科技成果：針對高壓氫脆原位檢測難題，攻克高壓氫氣動密封、高壓氫環(huán)境應變傳感等關鍵技術，發(fā)明140MPa材料高壓氫脆原位檢測裝置，使我國成為擁有140MPa材料高壓氫脆原位檢測技術的3個國家之一；牽頭起草了金屬高壓氫脆檢測評價方法的國家標準，并牽頭制定了首部高壓儲氫容器產品國家標準；建立了首個國產材料高壓氫脆數(shù)據(jù)庫，為氫能高壓儲運設備研制提供了關鍵基礎數(shù)據(jù)。

　　針對抗高壓氫脆設計制造難題，鄭院士團隊提出以抗氫脆焊接薄內筒為核心的全多層高壓儲氫容器設計技術，與高壓氫氣接觸的薄內筒采用抗高壓氫脆性能優(yōu)良的材料，其余則采用普通高壓容器用鋼。該技術利用薄內筒抗氫脆，內筒厚度約占筒體總厚度的1/8，通過厚鋼帶層承載，鋼帶逐層交錯螺旋纏繞在內筒外，制造經(jīng)濟簡便；采用鋼帶纏繞引起的預壓縮應力，提高容器疲勞壽命；通過全多層技術實現(xiàn)了容器中氫氣泄漏在線監(jiān)測的全覆蓋。

　　其團隊還發(fā)明了小孔內置式曲面耦合超聲相控陣檢測技術，即在儲氫容器服役周期內，通過特制的檢測設備，深入儲氫容器內部對容器安全狀態(tài)進行“體檢”，解決了全多層高壓儲氫容器氫致?lián)p傷無損檢測難題，打通了全多層高壓儲氫容器從設計、制造、檢驗檢測的全技術鏈，同時解決了其經(jīng)濟性與安全性達到平衡的問題。其團隊在車載輕質高壓儲氫技術研發(fā)方面也獲得了一系列成果，開發(fā)了隨車運動的高壓氫氣瓶，需要考慮火災、頻繁快充、碰撞等極端服役條件下的安全性，為此其團隊發(fā)明了纖維全纏繞復合材料高壓氫氣瓶性能預測系列方法，實現(xiàn)了高壓氫氣瓶強度-壽命-耐火多維協(xié)同設計制造，并主導制定了高壓氫氣瓶產品國家標準。

　　基于上述創(chuàng)新性技術，成果轉化和落地也在有序推進。鄭院士牽頭制定了高壓儲氫主要國家標準9項，參與制定國家標準27項、聯(lián)合國全球技術規(guī)范UNGTR13等國際標準5項，有力推動了行業(yè)的科技進步及產業(yè)發(fā)展。

　　在豐田常熟加氫站，以及為北京冬奧會服務的中石化北京慶園街加氫站、王泉營加氫站，鄭院士團隊主持研制的98MPa高壓儲氫容器正在安全服役，不僅容積達到1m3，為世界最大，而且成本低，同時，在線檢漏功能也大幅提升了容器的安全性。該研究成果已應用于氫能高壓儲運全行業(yè)，該用戶包括中石化集團、國家能源集團、長城汽車、日本巖谷公司等國內外知名企業(yè)，核心裝備在我國加氫站建設、氫燃料電池汽車發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的關鍵作用，該技術于2021年獲國家科技進步二等獎。

　　鄭院士團隊目前的主要研究工作有：承擔國家重點研發(fā)項目——加氫關鍵部件安全性能測試技術及裝備研究”；針對加氫站氫氣泄漏、自燃及加氫關鍵部件的斷裂等突出問題，聚焦加氫關鍵部件安全性能測試，自主研制測試裝備，制訂技術標準，構建檢測平臺，為保障加氫站安全提供關鍵技術和檢測設備支撐。

　　關于臨氫材料及其極端條件下的實驗研究，蔣利軍老師與鄭院士進行了較為深入而專業(yè)的討論。氫能裝備的安全性與材料的選擇密切相關，鄭院士表示，他計劃制定一個可進行低壓、中壓、高壓、超高壓臨氫材料選擇的標準或指南，目前中國還沒有這樣的標準或指南。他正在參與修訂GB50177—2005《氫氣站設計規(guī)范》，許多問題亟待解決，比如，需要弄明白什么條件下可以使用低合金鋼，什么條件下可以使用高合金鋼？雖然美國航空航天局(NASA)發(fā)布過臨氫材料的選用指南，但該指南對實際情況而言并不全面，因為其只是定性給出了材料氫相容性等級，并未給出設計計算必需的臨氫材料性能數(shù)據(jù)。如果我們自己制定了這樣的指南，將會對我國氫能行業(yè)產生深遠影響。因為現(xiàn)在所有的制氫裝備、儲氫裝備都涉及到材料選用的問題，必須要科學實驗數(shù)據(jù)作為支撐，而且考慮到產業(yè)化應用，材料價格也是必須考慮的重要因素。

　　氫氣具有易燃、易爆、易滲漏的特性，要確保氫氣在超高壓、低溫等極端條件下安全應用，相關實驗研究和標準必不可少，但一般的實驗室不具備實驗條件。蔣利軍老師認為中國需要能支撐整個國家氫能工業(yè)產業(yè)發(fā)展的一個氫能安全國家平臺，而鄭院士具備相應的能力和條件，建議鄭院士參與有關國家平臺的建設，通過廣泛深入研究獲取科學數(shù)據(jù)，為制定標準提供支撐。鄭院士坦言，他們現(xiàn)在德清實驗室的工作人員正加班加點地進行實驗工作，他愿意迎接新的挑戰(zhàn)，但也倍感壓力。

　　03、摻氫天然氣輸運已在小規(guī)模示范應用

　　關于氫氣或摻氫天然氣管道輸運到戶，作為生活、生產的清潔能源是否可行？還存在哪些問題？

　　針對上述疑問，鄭院士說，目前已有小規(guī)模示范應用。迄今為止，荷蘭、德國、法國、中國等國家先后開展了多個摻氫天然氣管道輸送系統(tǒng)應用示范項目。2004年，在歐洲委員會的支持下，國際上首次開展了“NATURALHY”項目，將氫氣注入高壓天然氣輸送管線，并通過配送管網(wǎng)輸送至最終用戶。該項目較為系統(tǒng)地研究了天然氣管道摻氫對包括天然氣輸送、配送及用戶終端在內的整個系統(tǒng)的影響，為后續(xù)的摻氫天然氣管道輸送系統(tǒng)示范應用項目創(chuàng)造了良好的開端。2017年，英國開展了“HyDeploy”項目，向基爾大學專用天然氣網(wǎng)絡和英國北部天然氣網(wǎng)絡注入氫氣，為住宅、教學樓、企業(yè)等供氣，探索在不影響終端用戶安全或改裝設備的情況下將氫氣混合到全國天然氣網(wǎng)絡中的可行性。2020年，澳大利亞開展了“WSGG”項目，利用風/光電來電解水制氫，并將部分氫氣注入Jemena公司的新南威爾士州天然氣網(wǎng)絡，為當?shù)鼐用窆┡?/div>