日立研发高压绝缘管道
日立公司近日宣布，成功研发出一种可承受 10 kV 级高电压的多层树脂结构“绝缘管道”，专为电解水制氢系统设计，并已在实证机上通过了耐电压测试。
氢气燃烧不产生 CO₂，一直被视为颇具潜力的下一代清洁能源，在发电、工业、交通等领域都有较大的应用空间。眼下，国内外不少企业和机构都在围绕大规模制造、选址和成本等难题展开研发攻关。
传统的电解水制氢系统需要通过变压器把高电压降到 1 kV 以下才能驱动电解槽，这一环节直接导致整套设备体积庞大。
日立这次的方案是用自研高电压逆变器搭配复合材料绝缘管道，绕开传统降压路径，并验证了在高电压环境下不会出现绝缘击穿或泄漏问题。
日立方面认为，这项技术有望在利用可再生能源电解水制造“绿色氢气”的大规模生产上打开新局面——所谓绿色氢气，指的是从制造环节起就实现零碳排放的氢气。
绿色氢气在未来能源系统中能扮演什么角色
项目概要由日立制作所研究开发集团技师长铃木朋子介绍。日立目前将脱碳、循环经济、自然向好定为环境愿景，并以“日立环境创新 2050”作为长期目标框架，每三年滚动制定一次环境行动计划。
AI 需求的爆发式增长叠加绿色转型的加速推进，电力需求正在快速攀升。太阳能和风电因建设周期短，装机量持续扩大，但发电量的波动性也随之给电网稳定带来了新麻烦。
可再生能源大规模接入后，电力系统的供需平衡本就容易被打破，如果不提前布局相应的调节手段，未来的能源系统恐怕很难撑起这个局面。
不同时间尺度下，电网稳定所需的手段也不一样。短期波动用储能系统应对更灵活，但拉长到季节性的时间跨度，储能就有些力不从心了，这时候电解制氢反而能发挥更持久的调节作用。
日立正是看准了这一点，把制氢系统定位为吸收可再生能源富余电力、平抑波动的重要手段，并将其列为重点研发方向。
用高电压技术把设备面积砍掉一半
日立把制氢看作未来能源转换体系里的核心环节。制氢的基本原理是电解水，工业上则是通过将电解膜、电极和隔板叠层组合成“电解槽”来实现，电解槽的性能直接决定制氢效率。
电解槽本身的工作特点是大电流、低电压。绿色制氢系统对接的是可再生能源发电，而传统系统在 1 kV 以下运行，要从高压电网取电就得在中间加一级变压设备，这一来整套系统的体量就上去了。
日立这次开发的高电压变换器把工作电压推到了 10 kV，电流反而变小，再配合电解槽的串并联组合运营方式，整个系统的结构大幅简化，安装面积预计能减少一半。
与此同时，日立还在并行推进两项配套技术：一是让系统能对电网波动做出快速响应，二是在此基础上兼顾电解槽的使用寿命，两者需要同时兼顾，并不容易。
高电压系统里，绝缘是绕不过去的难题
日立做发电机和变压器起家，高电压技术是积累了几十年的老本行，这次的开发思路也是把这些底子用到制氢系统上来。
这套系统的核心构成是高电压电源设备加电解槽。电解槽在高电压下运行，必须防止电流走到不该走的地方，但偏偏水、氢气、氧气这些介质都需要管道来输送，鱼和熊掌不能兼得——绝缘管道就是解决这个矛盾的关键部件。
管道里流的是含有氢气和氧气的纯水，一旦发生泄漏，遇上高压放电，氢气爆炸的风险不是闹着玩的。
管道内部条件也相当苛刻：温度约 60°C，压力达到 3 MPa。另外还有一个容易被忽视的问题：管道材料里的离子一旦溶入水中，纯水的纯度就会下降，进而影响电解效率。
所以这根管子，对机械强度、绝缘性能、材料稳定性都提出了很高的要求。
传统陶瓷管道在这几项指标上都够不到要求。日立的解法是把电场解析技术——也就是测量和可视化电气应力分布的手段——和变压器领域积累的绝缘材料技术结合起来，从头设计了这款多层树脂结构的绝缘管道。
管道的结构从里到外分三层：最内层是 EVOH（乙烯-乙烯醇共聚物），负责阻隔氢气；中间层是 HDPE（高密度聚乙烯），提供耐腐蚀保护；最外层包覆 GFRP（玻璃纤维增强塑料），承担结构强度。
验证在一台 80 kW 的制氢实证机上进行，实际施加 10 kV 电压并模拟真实运行条件。测试结果显示，漏电流没有出现明显波动，气体阻隔性和绝缘性能均保持稳定，达到了预期目标。
下一步：从实验室走向实际工程
日立正式涉足氢能研发是在 2022 年，切入点是将其定位为应对地球边界问题、改善人类福祉的技术方向。
从需求侧来看，钢铁、化工等难以直接电气化的工业领域对氢能的需求正在扩大，氢气作为化工原料的用量也在增长，此外一些追求低碳附加值的小规模应用场景也逐渐多起来。
日立认为，这次开发基本补齐了高电压制氢系统所需的主要部件，下一步将推进 MW 级实证机的验证，再往后是 100 MW 级的实际工程落地。
为此，日立正在积极寻找产学官各方的合作伙伴。应用场景方面，除城市区域外，可再生能源发电站、工业园区、生产基地等也都在考虑范围之内。
值得一提的是，日立本身不做电解槽，这部分由合作方提供。
但日立的定位是在此基础上整合电力系统运营经验、全厂优化控制技术以及预测性维护等数字化能力，向客户提供从设备到运营的完整解决方案。
