北京冬殘奧會開幕式3月4日晚在國家體育場舉行，最後一棒火炬手李端用手摸索将火炬嵌入“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，實作火炬燃燒的零碳排放，向世界傳遞了綠色環保的理念，其背後是大陸自主科技力量的支撐。其中，跟火炬相比對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。
“大陸氫能産業，特别是儲氫瓶和系統經曆了從不斷摸索前行，實作突破，到自主可控的艱辛曆程。我們通過這些年持續技術創新，實作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、董事長李俊傑說。
持續減重“氫”裝上陣
曆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嶽增柱接到任務時，并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30兆帕産品，但客戶測試後并沒達到需求，我們隻能進行量身定制。”嶽增柱說。
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，嶽增柱率領研發團隊跟客戶進行了一輪又一輪細緻的技術對接。三個月後，這款神秘産品漸漸清晰起來：壓力高，容量大，輕量化，要確定安全性和可靠性。
研發過程頗為艱辛，從2021年5月至11月，不斷調整方案，圖紙修改了不少于10版。儲氫瓶的材質、閥門、管路、減壓系統……每一個零部件選型、制造技術及可靠性，均需經過實驗反複确認後，才能将産品最終定型。
首款産品下線，采用鋼結構支架，可靠性和安全性均滿足要求。然而，主火炬儲氫瓶懸挂于“鳥巢”上空，評審方對産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。為確定産品安全，我們進行仿真分析及多重實驗，即使在高空晃動也保證不能脫落。”嶽增柱說。
滿足輕量化需求後，問題又來了。這款産品在冬天使用，還需要具備抗低溫性能。第二款産品定型并組裝後，放置于零下30攝氏度低溫環境中，進行24小時測試，驗證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産品安全性進行把關，確定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。産品設計上采取“雙保險”，嶽增柱解釋，“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，位于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，同樣采用天海工業研發生産的35兆帕儲氫系統。
跟主會場不同，分會場火炬放置于地面上，采用鋼結構材質。火炬在冬奧期間一直是點燃狀态，不能采用小儲罐，“計算之後我們設計了四個166升儲氫罐內建在一起的系統，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，同時整套系統便于移動和運輸。”嶽增柱說。
2021年10月，第一台樣機傳遞。12月底，12套冬奧火炬供氫系統全部傳遞。
突破技術“天花闆”
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，國内氫能産業，特别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，現在國産自主率達80%以上，“天海工業2016年研發了壓力35兆帕的儲氫罐，這款産品如今實作了百分之百國産化。”
當壓力提高，機關體積内氫氣的儲存量也提高，相應帶來的技術難度也越大。70兆帕相當于将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“天花闆”。
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，不隻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。”嶽增柱說，2019年，天海成功研制出70兆帕儲氫罐産品。
北京冬奧會氫燃料大巴車。天海工業供圖
在“雙碳”目标背景下，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，緻力突破公路客車用大容積車載70兆帕儲氫系統課題。嶽增柱說，這個項目針對綠色冬奧理念下的交通保障，研究成果應用于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，先後開發出三種不同規格的70兆帕儲氫産品。
卡脖子技術國産化
北京冬奧會為國産氫能技術和氫燃料車示範應用提供了展示舞台。國産自主70兆帕氫燃料電池大巴車首次在冬奧會大批量使用，實作高續航裡程，且行駛中隻排放純淨水。
嶽增柱表示，天海工業在儲氫氣瓶上實作了完全自主，但一些關鍵零配件還存在卡脖子技術，“我們第一代70兆帕産品用的是進口高性能材料，零部件國産化隻有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，在第一代産品技術基礎上，曆時半年研發出第二代産品。
北京冬奧會140台氫能源大巴車全部應用天海第二代産品，實作技術自主，且成熟可靠，大幅降低了成本。據嶽增柱測算，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，一台車将節省10萬元，140台車總計可節省1400萬元。
借助綠色冬奧機遇，大陸氫能産業将步入新發展階段。嶽增柱透露，天海工業正研發70兆帕第三代産品，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，才能擺脫受制于人的被動局面，增加國産産品的市場競争力。”嶽增柱說。