揭秘北京冬奧的綠色密碼:“氫”舞飛揚(yáng) 100%綠電加持
全世界都好奇的奧運(yùn)圣火點(diǎn)燃過(guò)程,在2月4日的北京冬奧會(huì)開(kāi)幕式上以一種意料之外、又情理之中的方式實(shí)現(xiàn)了。以“不點(diǎn)火”代替“點(diǎn)燃”,主火炬擁有一顆綠色的“心臟”——這是冬奧歷史上首支氫燃料火炬,也是北京冬奧會(huì)將全面實(shí)現(xiàn)碳中和的注腳。從最初的鎂塊,到丙烷,再到本屆冬奧會(huì)的氫能,奧運(yùn)火炬的燃料走向低碳,成為全球攜手應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)的一個(gè)縮影。
“黑暗中,技術(shù)人員身著黑衣、動(dòng)作迅速,把從天上垂下的6根管線快速接插到‘雪花’上。最先接通的兩條線是電纜和網(wǎng)線,‘雪花’的電路供應(yīng)從地下切換到天上,實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋到控制室并接收指令,主火炬有了‘神經(jīng)’。然后是兩根氫氣管插接成功,氫燃料供應(yīng)正常,主火炬有了‘大動(dòng)脈’。兩根威亞鋼索將把這片‘雪花’拉起,讓它凌空起舞。”中國(guó)航天報(bào)的一篇報(bào)道記錄了主火炬被點(diǎn)燃時(shí)觀眾們難以注意到的技術(shù)細(xì)節(jié),“火炬手趙嘉文和迪尼格爾·依拉木江登上臺(tái)階,把手中的‘飛揚(yáng)’火炬插入‘雪花’的中心,使空中的氫氣供給系統(tǒng)與‘雪花’主火炬連通,儲(chǔ)氫罐中的氫氣順著柔性軟管游走下行,途經(jīng)‘雪花’內(nèi)置的氣體管道進(jìn)入‘飛揚(yáng)’。手持火炬殼體內(nèi)管道彎曲回繞,氫氣沿管道流動(dòng),最后噴薄而出?!?/p>
2020年8月,北京冬奧組委發(fā)出通知,正式明確手持火炬使用氫氣作為燃料。氫氣作為最清潔環(huán)保的燃料,燃燒的時(shí)候只產(chǎn)生水,不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳,可實(shí)現(xiàn)完全的零排放,能夠真正體現(xiàn)北京冬奧會(huì)綠色、低碳、可持續(xù)原則。因此,北京冬奧會(huì)境內(nèi)接力火炬全部應(yīng)用氫燃料,在開(kāi)幕式上使用氫燃料點(diǎn)燃北京冬奧賽場(chǎng)的主火炬,同時(shí)在賽事期間大量使用氫燃料電池車,以減少污染物排放。
利用氫能是航天的強(qiáng)項(xiàng)。航天科技集團(tuán)六院11所(京)是北京冬奧會(huì)手持火炬及主火炬的研制牽頭單位,作為全國(guó)唯一一家液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)研制單位,該所在氫能方面研究積累了數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn),其研制的三型氫氧發(fā)動(dòng)機(jī),在北斗工程、嫦娥工程、火星探測(cè)及空間站建設(shè)等重大工程項(xiàng)目中都有著完美表現(xiàn)。
主火炬研制團(tuán)隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人劉悅在談及火炬研制歷程時(shí)曾回憶稱,最初大家參考了往屆奧運(yùn)會(huì)主火炬的設(shè)計(jì),認(rèn)為主火炬尺寸要大、火焰要高,于是在前期關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研階段,考慮最小氫燃料耗量也要達(dá)2000立方米/小時(shí)。然而,張藝謀的“微火”創(chuàng)意讓他們吃了一驚,手持火炬在雪花中心長(zhǎng)明不熄,氫燃料流量約為1.2立方米/小時(shí)。
上述報(bào)道稱,歷數(shù)往屆奧運(yùn)會(huì),主火炬燃料均以烷烴為主,僅2020年日本東京奧運(yùn)會(huì)使用了氫氣燃料。烷烴的主要來(lái)源是石油和天然氣,價(jià)格便宜且燃燒熱量高。氫能利用涉及“制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、應(yīng)用”多個(gè)環(huán)節(jié),對(duì)氫能綜合利用水平提出要求。
氫作為世界上最小的元素,如何保證在運(yùn)輸和傳遞的過(guò)程中不會(huì)泄漏?如何保證主火炬穩(wěn)定、持續(xù)地燃燒?此外,氫氣沒(méi)有顏色,要進(jìn)行焰色反應(yīng);火焰不能像火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一樣噴射而出,要有曲線美感…項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)要解決的不光是技術(shù)問(wèn)題,還有藝術(shù)問(wèn)題。為此,航天科技集團(tuán)六院11所(京)和六院101所組成的六院火炬研制團(tuán)隊(duì)用了兩年時(shí)間,攻克氫燃料火炬的各項(xiàng)難題。
2008年北京奧運(yùn)會(huì)的鳥(niǎo)巢主火炬由天然氣點(diǎn)燃。據(jù)中國(guó)青年報(bào)報(bào)道,北京冬奧組委開(kāi)閉幕式主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)曾回顧2008年的技術(shù)資料,發(fā)現(xiàn)中國(guó)體操運(yùn)動(dòng)員李寧點(diǎn)燃的主火炬,一小時(shí)大概消耗5000立方米燃?xì)狻榱司S持它的巨大火焰,鳥(niǎo)巢專門配了一個(gè)燃?xì)庹?,日夜不停地為它輸送?dòng)力。聽(tīng)到這個(gè)數(shù)字,主創(chuàng)們嚇了一跳?!靶苄苋紵拇蠡甬?dāng)然是人類奧運(yùn)精神的體現(xiàn),但它環(huán)保嗎?”張藝謀說(shuō)。北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)開(kāi)閉幕式4個(gè)儀式,主火炬燃燒一個(gè)多月,不知要排放多少二氧化碳。
與以往熊熊燃燒的火炬相比,本屆冬奧會(huì)上最后一棒“飛揚(yáng)”火炬與主火炬“無(wú)縫銜接”,沒(méi)有引燃過(guò)程,加之顛覆式的“微火”,大約能夠節(jié)省99.9%的能量,充分體現(xiàn)了環(huán)保理念。
由中國(guó)石化集團(tuán)燕山石化提供的氫氣,在開(kāi)幕式上作為燃料“點(diǎn)燃”了主火炬。
為了保障主火炬氫氣供給,燕山石化成立了冬奧會(huì)主火炬氫氣保障小組,從氫氣充裝、測(cè)試、運(yùn)輸保障等各個(gè)環(huán)節(jié),制定了詳細(xì)的工作方案和保障措施,確保所供氫氣高質(zhì)量安全。與此同時(shí),燕山石化氫氣新能源裝置于2020年1月2日中交,3月27日實(shí)現(xiàn)一次開(kāi)車成功,其設(shè)計(jì)規(guī)模為2000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí),旨在為冬奧會(huì)期間氫燃料電池汽車用氫提供保障。該裝置生產(chǎn)的氫氣可以滿足燃料電池或電子行業(yè)使用,并于2020年12月16日,實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行到產(chǎn)品出廠的全流程貫通。2021年1月,燕山石化電池氫氣實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
2月4日晚,在北京冬奧會(huì)張家口賽區(qū),由中國(guó)石油集團(tuán)自主研發(fā)的綠氫點(diǎn)燃了太子城火炬臺(tái)。這是本屆冬奧會(huì)唯一一個(gè)由綠氫點(diǎn)燃的火炬臺(tái),也是冬奧近百年歷史上首支以綠氫作為燃料的火炬。綠氫指的是利用可再生能源電解水得到的氫氣。為突出“綠色冬奧”主題,中國(guó)石油集團(tuán)在全系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)選清潔環(huán)保低碳的氫氣制造設(shè)備和技術(shù),最終選定所屬勘探開(kāi)發(fā)研究院的太陽(yáng)能電解水制氫裝備,為冬奧火炬提供綠氫。
北京冬奧會(huì)上,從水立方(冰立方)到延慶賽區(qū),再到河北張家口賽區(qū),中國(guó)石油供應(yīng)的氫,點(diǎn)燃了三個(gè)分會(huì)場(chǎng)的冬奧火炬臺(tái)。除供應(yīng)冬奧火炬用氫外,中國(guó)石油還利用4座加氫站和綜合能源服務(wù)站為冬奧會(huì)氫能車輛提供加氫服務(wù)。冬奧期間供氫能力將達(dá)到5500公斤/日,可為近千輛氫燃料電池車提供服務(wù),預(yù)計(jì)行駛里程超過(guò)200萬(wàn)公里。
北京冬奧的“綠色”,遠(yuǎn)不止于火炬。
今年1月中旬,北京冬奧組委發(fā)布《可持續(xù)·向未來(lái)——北京冬奧會(huì)可持續(xù)發(fā)展報(bào)告(賽前)》,詳細(xì)介紹了冬奧籌辦中可持續(xù)工作的階段性進(jìn)展。
在嚴(yán)格實(shí)施低碳管理方面,本屆冬奧會(huì)充分利用北京2008年奧運(yùn)場(chǎng)館辦賽,從源頭減少碳排放。同時(shí),建設(shè)低碳場(chǎng)館,所有場(chǎng)館都達(dá)到綠色建筑標(biāo)準(zhǔn),4個(gè)冰上場(chǎng)館在冬奧史上首次使用二氧化碳制冷劑,建成超過(guò)5萬(wàn)平米的超低能耗示范工程,多種措施減少場(chǎng)館碳排放;全面使用低碳能源,依靠跨區(qū)域綠電交易機(jī)制,賽時(shí)全部場(chǎng)館的常規(guī)能源100%使用綠電;構(gòu)建低碳交通體系,節(jié)能與清潔能源車輛在賽時(shí)車輛中占比超8成。在全面落實(shí)減排措施的基礎(chǔ)上,積極拓展碳補(bǔ)償渠道,北京和張家口兩地政府將林業(yè)碳匯捐贈(zèng)北京冬奧會(huì),中國(guó)石油、國(guó)家電網(wǎng)、三峽集團(tuán)也為北京冬奧會(huì)贊助了碳中和產(chǎn)品,通過(guò)各方面的措施,北京冬奧會(huì)將實(shí)現(xiàn)碳中和。
北京冬奧組委規(guī)劃建設(shè)部部長(zhǎng)劉玉民在1月13日的國(guó)新辦發(fā)布會(huì)上介紹說(shuō),北京冬奧會(huì)的電力供應(yīng)基本上是依托現(xiàn)有的城市市政電網(wǎng),按照國(guó)家關(guān)于綠色電力市場(chǎng)化交易規(guī)則,通過(guò)綠電交易實(shí)現(xiàn)所有場(chǎng)館的綠色電力供應(yīng)。
根據(jù)測(cè)算,從2019年6月第一筆綠電交易開(kāi)始,到2022年冬殘奧會(huì)結(jié)束,北京、延慶、張家口三個(gè)賽區(qū)的場(chǎng)館綠電預(yù)計(jì)使用4億千瓦時(shí),可以減少燃燒12.8萬(wàn)噸的標(biāo)準(zhǔn)煤,減排二氧化碳32萬(wàn)噸。
本屆冬奧會(huì)在交通方面也實(shí)現(xiàn)了低碳出行。北京冬奧組委總體策劃部部長(zhǎng)李森在上述發(fā)布會(huì)上稱,北京賽區(qū)地處平原,主要使用純電動(dòng)和天然氣車輛;延慶和張家口賽區(qū)以氫能汽車為主,主要是滿足山區(qū)的需求。
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