绿氢是能源转型中的核心机遇领域。利用管道输送这种能源载体，本身存在一定安全风险。弗劳恩霍夫高速动力学研究所（EMI）的科研人员正在研发一款水力仿真工具，助力规划高韧性氢能基础设施，保障能源持续供应。

绿氢可由风电、光伏富余电力制取，属于零化石能源，具备多重应用优势。既能就地储存，也可通过输送管网配送至终端用户。但储运环节容易遭遇各类风险，自然灾害、人为破坏、政治制裁都可能中断能源供应。因此，科学规划高韧性氢能基础设施十分关键，国际级氢能管网规划更是重中之重。

独创理念：软件模拟极端突发扰动
数值管网建模为此提供了可靠技术支撑。弗劳恩霍夫 EMI 研究所科研人员研发的这款水力仿真工具，重点分析带储能系统的氢能管网遭遇扰动后的动态响应。工具支持情景假设分析，可定位关键设备等管网薄弱环节，按影响程度划分风险等级，同时评估整套系统的抗冲击能力。
 

内置算法可精准还原极端工况下的管网运行状态。一旦发生扰动，算法不仅能明确哪些管网单元停止供气，还能推演影响的时序变化，测算管网恢复供气所需时长。

弗劳恩霍夫 EMI 研究所科研人员 Till Martini 介绍了这款水力仿真工具的独创设计理念：
我们的软件能够模拟影响范围极广的扰动场景，例如管网与气源断开长达 30 小时的极端情况。

借助软件，我们可以还原扰动对整个管网的连锁影响，明确失效管网单元，以及系统运行状态受到的冲击。模拟极端事件下管网的动态响应，有着至关重要的作用。

这套数值仿真方法依托水力仿真算法搭建而成。该算法最初源自欧盟 SecureGas 项目，用于模拟非常规工况下的天然气管网运行状态。

Till Martini 表示：
德国氢能管网建设是本国能源转型的核心组成部分。
 

德国主干管网大部分将由现有天然气管道改造适配氢能输送。氢气和天然气物理特性存在差异，氢分子体积更小、扩散速率更高，管网压力工况也需重新适配，但二者输送原理仍有共通之处。

弗劳恩霍夫 EMI 研究所科研人员在 SecureGas 项目原有工具基础上进行迭代优化，适配氢能应用场景，既能模拟管网静态压力与流量状态，也可还原压降等动态变化过程。仿真系统还纳入了储能容量参数，可灵活搭建各类储能设施模型，适配多种储能类型与形态。

扰动全周期 快速预判系统状态
这款弗劳恩霍夫研发工具，业内首次实现不同规模混合氢能管网、纯氢能管网在重大扰动发生前、发生中、恢复后的连续快速状态预判，覆盖地方配网到国际输送管网全层级。

工具不仅可以分析潜在供气瓶颈、评估供气稳定性，还能用来检验各类风险应对预案的实际效果。

谈及提升管网韧性的可行举措，Till Martini 表示：
仿真结果显示，增设氢能储能设施，能够在管网受扰动时弥补供气缺口。

科研人员通过典型场景测算发现，氢气密度与热值均低于天然气，想要让补偿措施发挥实效，就需要配置更大规模的储能容量。

总体来看，分析管网受扰后的响应规律、预判系统存续与恢复时长，能为管网运营方和政府部门规划高韧性氢能管网提供重要参考，也能为未来国际能源供应体系的韧性评估与风险研判提供技术支撑。

来源：  EMI