绿色氢气是能源转型中的重要抓手之一。但通过管道输送氢气同样伴随风险。弗劳恩霍夫高速动力学研究所（Ernst-Mach-Institut，EMI）的科研团队正研发一款液压模拟工具，用于辅助规划具备高韧性的氢气基础设施，以更好保障能源供应安全。

绿色氢气可由多余的风能和太阳能制得，是一种不依赖化石燃料的能源形态，具有本地可储存、可通过管网输送至终端用户等优势。然而，在储存和运输环节中，自然灾害、蓄意破坏或政治制裁等因素都可能对供应造成威胁。尤其在涉及跨国输送的情况下，提前规划具备抗冲击能力的氢气网络，对能源安全尤为关键。

独特思路：用软件描绘极端中断情景

数值网络建模为此提供了关键技术手段。弗劳恩霍夫EMI的研究人员正在开发一款液压模拟工具，重点分析氢气网络及其储存系统在中断事件下的动态响应。借助该工具，可以开展各种假设情景分析，识别系统中的关键组件和薄弱环节，按影响程度进行排序，并对整体系统韧性进行量化评估。

该算法能够在极端工况下仍然逼真再现网络行为。一旦发生中断，它不仅能精确指出哪些网络元件停止供给，还能给出影响随时间演变的过程，包括预计恢复供给所需的时间。

“我们的软件可以覆盖非常广泛的中断情景，例如网络与供应源长时间（如30小时）完全断开。”弗劳恩霍夫EMI研究科学家 Till Martini 介绍这一液压模拟工具的核心理念，“这样我们就能描绘中断对整个网络的连锁影响，例如哪些网络部分停运，以及这对整体系统状态意味着什么。对网络在极端事件下的动态响应进行模拟尤为关键。”

这一数值模拟方法源自欧盟 SecureGas 项目中开发的液压模拟算法，最初用于模拟天然气网络在非标准运行条件下的状态变化。

Martini 表示：“德国氢气网络的建设是能源转型的关键组成部分。未来核心氢气干线很大程度上将通过改造现有天然气管道来实现。”不过，他也指出，氢气与天然气在物理性质上存在明显差异：氢分子更小、扩散性更强，对压力条件的要求也不同，但在输送原理上仍具有可比性。

基于此，弗劳恩霍夫EMI团队在 SecureGas 项目工具的基础上，进一步针对氢气应用进行了扩展，使其不仅能模拟静态工况，还能模拟压力和流量随时间变化的动态过程，例如网络中的压力下降。储存容量也被纳入数值模型中，工具支持灵活描述不同类型和形式的储存设施。

快速预测中断前、中、后的系统表现

这款弗劳恩霍夫工具是首个能够对不同规模的混氢或纯氢网络——从本地配电网到跨国输送网络——在重大中断发生前、中、后的系统行为进行快速、连续预测的模拟平台。除了便于识别潜在供应瓶颈、评估供应稳定性外，该工具还可用于验证不同缓解和应急策略的效果。

“我们的模拟结果表明，增加氢气储存设施可以在中断事件中有效弥补供应缺口。”Martini 指出，这是提升网络韧性的一项重要措施。

通过一系列代表性情景，研究人员发现，由于氢气密度较低且单位体积热值低于天然气，要实现同等补偿效果，需要更大的储存容量。总体来看，对中断响应过程以及系统存活时间和恢复时间的预测，为网络运营商和公共部门规划更具韧性的氢气网络提供了关键参考，也可为未来国际能源供应系统的韧性评估和风险分析提供技术支撑。