2月4日，第24届冬奥会盛大开幕，北京成为世界瞩目的“双奥之城”。冬奥会是展示尖端前沿科技、最新发展理念的舞台，清华大学车辆学院新能源动力团队杨福源教授牵头的“科技冬奥氢能出行关键技术研发和应用示范”项目，聚焦绿色交通需要，突破了极寒环境、高原陡坡、快速暖机、长续航、高安全、大规模、全链协同等一系列燃料电池客车及加氢站等全链关键技术和应用示范新挑战，取得了一系列创新性成果。
让我们一起解码科技亮点，探寻清华大学新能源动力团队与冬奥保障之间的故事。
绿色出行，氢能“清能”更“轻能”
基于欧阳明高院士领导的新能源动力团队在氢能与燃料电池领域近20年的研究成果，聚焦冬奥绿色交通需求，团队研究开发了815辆适用于-35%低温环境和高原陡坡道路、可快速暖车的燃料电池客车，建成不少于5座加氢站，全面保证了冬奥人员摆渡、物流配送等赛事服务工作的平稳运行。
2月4日下午，张家口赛区800余名各国运动员、随队官员等乘坐高铁赴京参加北京冬奥会开幕式，“氢能出行”项目团队开发的燃料电池大客车正式亮相，全面服务冬奥交通保障。
该项目深度挖掘了氢能在低碳减排、极寒地区的优势。团队在燃料电池电堆及发动机研发方面，（1）突破了端板一体化设计和轻量化集成技术，电堆功率密度达4.25kW/L，系统功率密度超过700W/kg，达到国际先进水平；（2）构建了交流阻抗在线辨识和全工况水含量闭环调控方法，实现了石墨板燃料电池-35度冷启动和低温环境持续运行；（3）构建了燃料电池空气系统、氢气系统和水含量创新控制方法，显著抑制了膜电极化学衰退和机械损伤，车载寿命超过1.5万小时。
星星之火，生生不息
2月4日晚，本届冬奥会主火炬悄然惊艳世界，传递了低碳环保的绿色奥运理念，展示了我国推动“双碳”目标达成、推动全人类共同发展的坚定决心与大国担当。星星之火，生生不息，这是冬奥历史上首支氢燃料火炬，绿色“心脏”跃动的背后亦有来自清华大学新能源动力团队的保驾护航。
氢燃料绿色、环保、无污染，但易燃、易爆、易泄露，控制难度大。在氢安全方面，团队提出并构建了基于主动安全理念的氢泄漏监测及防护安全体系，申请获得了16项国家发明专利，开发了高灵敏度低成本近场泄漏检测系统，用于冬奥火炬台氢泄漏监测。据悉，检测装置安装在管路上，可以监测到ppm级极微量的泄漏情况。
除此之外，团队还构建了燃料电池客车气瓶舱氢气泄漏仿真模型，分析并通过国内首次70MPa燃料电池大客车实车侧撞实验，证明了气瓶舱设计的安全性。
制+储+运+用+全链条信息监控，全方位保驾护航
在氢气制储运加全链条信息监控方面，团队建立了涵盖制氢厂、运氢车、加氢站、氢燃料电池汽车的信息平台，可以对全链条进行实时监控、车-站无线通讯、氢泄露检测、燃料电池故障诊断及性能分析。
11米福田产的燃料电池大巴车在国电投延庆园加氢站加氢中
加氢站70MPa的连续加注测试
以运氢长管拖车安全运行为例。冬奥会期间氢气预计用量为5吨/天，长管拖车作为冬奥会期间制氢厂和加氢站氢气运输的唯一运输设备，是保障冬奥期间氢气稳定供应的核心装备。另一方面，长管拖车充装氢气压力高（多为20MPa），且具有易泄漏的特性。在运输过程中，尤其在封闭隧道中时，一旦发生泄漏燃爆事故，将威胁公共安全，后果严重。为保障运氢长管拖车安全运行，团队针对储氢长管拖车运行过程泄漏、压力、温度等动态数据实时获取的需求，解决运行过程动态数据多参数实时监测、远程传输、科学预警等问题，突破运行过程动态数据高精度、高可靠性、低功耗传输等关键技术。国内首次研发了集氢气泄漏、压力、温度等关键数据实时监测装置，通过能耗动态均衡优化算法、数据加密等方法，从工程上重点解决了本安设计、连续监测状态下长周期低功耗运行、信息安全等问题，实现高灵敏度氢气泄漏探测（精度1ppm）、压力、温度、实时定位等功能，用户可借助该设备实现24小时自动值守和实时监测。中国特检院相关负责人评价说：“该系统为运氢长管拖车高压系统穿上了个性化的‘智能手环’，让车辆运行安全状态更直观透明”。
运氢长管拖车关键数据实时监测装置
“科技冬奥”是2022年北京冬奥会提出的愿景之一。通过奥运会推动创新、超前部署、应用牵引、壮大产业，惠及城市运行和人民生活，全面展现了我国在科技创新方面的成熟心态。项目团队自2008年牵头了奥运史上首次氢能燃料电池城市客车示范运营之后，于2020年再度牵头面向北京冬奥会氢能燃料电池汽车示范的科技部重点研发项目《氢能出行关键技术研发和应用示范》，成为全球首个两度支撑奥运会氢能燃料电池车辆示范的科研团队。
该项目以服务2022年北京冬奥会为契机，集结了清华大学、北汽福田、亿华通、北京交研院等15家行业领军机构，为绿色冬奥提供氢能出行全线服务。项目团队已联合北汽集团、北京公交、河北交投、中石化、中石油、国电投等上下游企业，沿“机场-北京城区-昌平-延庆-张家口”路线开展北京张家口两市三赛区、冬奥用车全场景应用示范，打造京-张氢能生态圈。该项目是迄今为止全球最大规模的燃料电池汽车及氢能基础设施的示范项目，在中国乃至世界氢能发展史中具有重要战略意义，将为氢能燃料电池汽车的大规模商业化奠定基础。
