氢动力“保镖”空中护航冬奥供电

□ 赵语涵

万众瞩目的2022年北京冬奥会正在进行。冬奥会开幕前夕，在国家电网冀北电力有限公司张北和延庆两大基地，8位身材轻巧的氢能无人机“电力保镖”正式上岗，对风机、光伏板、500千伏高压线路等关键输电场景开展巡检，保障冬奥期间供电安全。而在这8位“电力保镖”的背后，还有一支来自北京未来科学城“能源谷”的央企“技术天团”。

氢能无人机巡检电力系统

实现绿色办奥承诺，本届北京冬奥会成为史上首个实现100%绿色供电的冬奥会。“绿电”如何穿过崇山峻岭间长达666千米的输电线路，安然抵达赛区？8位特殊的“电力保镖”在冬奥会开幕前夕悄然上岗，它们是由中国商飞北京民用飞机技术研究中心研发的复合翼、固定翼、多旋翼3款氢能无人机。“此次正式上岗作业，标志着新能源无人机从研制期走向示范运行。”中国商飞北研中心总设计师杨志刚语气里透出兴奋与期待。

冬奥“绿电”为何要用上无人机护航？杨志刚介绍：“这是针对分布式能源的特点和巡检环境的特殊性所想出的对策，以智能新能源飞机服务于新能源电力。”

相比过去无人机巡检大多只能搭载相机实现拍照功能，这次的无人机“保镖”更加智能。飞行平台加装了中国联通研究院研发的5G机载终端“彩虹一号”，并搭载了国网智能电网研究院的自主创新技术——巡检图像智能识别模型算法，覆盖输电巡视场景常见缺陷，实现超视距飞行、人工智能识别能力。

无人机拍摄图像经过智能识别筛选后，可实时回传至云端平台，快速高效地评估图像是否满足要求，判断电网本体和附属设施是否存在缺陷。“人工智能科技成果和新能源无人机的结合，颠覆了传统巡检作业模式，向自动化、主动化的智能运检模式迈进了一大步。”国网智研院计算所人工智能应用技术研究室副主任吴鹏表示。

两年研发无人机“大心脏”

新能源无人机能够翱翔于天际并不容易。首个难关就是要找到能够适应高空干冷环境，同时续航时间够长的环保“大心脏”。为此，国家电投集团氢能科技发展有限公司自主研发了“氢腾”3.2千瓦空冷燃料电池系统。

“高空的温度在-40℃，而且空气非常干燥，为了让氢燃料电池在这种极端环境下可以工作，我们首要的工作就是研发适合无人机使用的膜电极，首选钛合金和碳纤维等轻质材料。”国家电投集团氢能公司首席技术官柴茂荣介绍，从2018年参与到氢能无人机项目开始，柴茂荣带领团队一头扎进实验室，研发筛选了300余种材料，终于找到了合适的材料让氢燃料电池突破了干冷环境带来的瓶颈。

“相比汽车使用的氢燃料电池，无人机的氢燃料电池要求重量能量密度和功率密度都更高，双极板、端板都需要采用轻质材料。为了减轻电池重量，我们采用了空气冷却技术，让电池变得更轻。”柴茂荣介绍。

目前，“氢腾”电池系统在功率密度、使用循环寿命等方面处于国际先进水平，系统能量密度达到850wh/Kg（含储氢瓶），并且可根据实际应用场景进行功率定制。与传统无人机相比，氢动力无人机具备了重量轻、振动小、噪音低、零碳排放等优势，并且突破了低温、续航等瓶颈，固定翼状态超过24小时续航，山高路远、严冬高寒都不在话下。

未来科学城组成“技术天团”

随着冬奥会的举办，为不干扰比赛进行，如今氢能无人机暂时休息，计划将在冬残奥会开幕式前再次出动，巡检电力系统。在这8位“空中保镖”的背后，有来自未来科学城“能源谷”的一支央企“技术天团”作为后盾。

“这次氢能无人机项目，我们用的都是创新型技术，大家靠着一股‘不服输’的信念在研发，也团结了很多力量。”来自中国商飞北研中心的项目负责人、项目预研总师张驰坦言。

多家央企一起协同创新，始于一次区域创新交流活动中的“火花”碰撞。北京未来科学城产业发展公司通过搭建“产业发展跨界融合”大讲堂交流平台，促成了中国商飞北研中心与国家电投集团氢能公司在大飞机燃料电池应用领域达成合作。2019年，双方签署战略合作框架协议，之后在北京市的支持下，发挥各自优势开展以氢燃料电池为主的混合动力新能源飞行器开发及动力系统集成工作。此后，国网智研院等单位也加入其中。

回顾整个无人机项目的研发历程，张驰感慨万千。从2019年起，项目团队提出“3+1+N”的目标实现路径，将总体目标分解为三期（每期一年）：第一年，研制以燃料电池为动力的3款新能源飞机；第二年，搭建1个智能网联平台；第三年，把产品和技术推向示范，以冬奥期间示范运行为应用场景，服务于电力巡线、电塔巡检、安防监视、综合应用等新能源电力系统保障的多种场景。