作者:郑金武 来源:中国科学报 发布时间:2022/4/30 14:42:04
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于民:良好的基础支撑氢燃料电池产业稳健发展

 

随着能源、环境、气候变化问题的日益突出,全球能源正在向低碳、低污染转型。氢能既可以满足资源、环境和可持续发展的要求,又能带来巨大的经济效益,在世界能源转型中,氢能的决策、价值备受重视。

拒统计,已有30多个国家发布了氢能路线图,宣布了200多个氢能投资计划,积极支持氢能与燃料电池产业。全球氢能产业建设又达到了一个小高潮。

氢燃料电池汽车既有传统燃油车续航里程长、燃料加注时间短、环境适应性好的特点,又有纯电动、零排放的优点,可助力大气污染治理,是替代传统燃油车的理想选择。同时,氢燃料电池汽车的基础设施建设逻辑和燃油车十分类似,可以借助现有加油站网络建设油氢合建站,节约运营管理成本,助力传统能源运营商向低碳转型。

因此,不管从交通减碳,还是从带动传统能源企业转型来看,氢燃料电池汽车都是当前先立再破、减碳基调下中国推动能源转型升级的绝佳实验场和突破口。

氢燃料电池汽车在冬奥会上的实践

近年来,北京亿华通公司先后承担国家科技部和北京市相关项目共计28项,其中涉及冬奥场景应用项目共6项。

通过项目的支持,亿华通针对氢燃料电池发动机大功率、高功率密度、长寿命、高可靠性、环境适应性(高海波、超低温)等关键核心技术问题进行了攻关,完成了30-120kW燃料电池发动机的开发,并于2021年12月发布了国内首款额定功率达到240kW的车用燃料电池系统,功率密度可达到800W/kg以上,可实现-35℃低温启动。

为适应冬奥会赛区的超低温环境,亿华通携手福田欧辉客车于2020年1月在海拉尔完成了极寒测试,氢燃料电池客车在-30℃的环境下,放置超过8小时后,进行了超低温冷启动测试,116秒成功启动。

2021年2月,搭载亿华通燃料电池系统的80辆汽车在-20℃环境下顺利通过相约北京系列冬奥测试赛,车辆在低温启动、雪地爬坡、续航能力等方面均符合冬奥测试要求。2021年11月20日至2022年1月2日系列车辆顺利通过三次冬奥赛前测试,完成赛区全闭环转运演练、冬奥村全流程、全要素压力测试、2021/2022国际雪联跳台滑雪洲际杯、2021/2022国际雪联北欧洲际杯测试等赛前检验,车辆运营状况良好。

在北京2022年冬奥会期间,亿华通服务保障团队在延庆、崇礼及北京主赛区为冬奥交通车辆提供服务保障工作,并定时对车辆进行点检、巡检、保养,保障车辆具备良好运行状态。车辆运行状态良好,顺利完成接驳任务。

根据统计,冬奥会期间红线内有569辆搭载亿华通发动机的氢燃料电池汽车,京张两地搭载亿华通发动机的燃料电池汽车共700余辆服务冬奥会,接驳车辆圆满完成出勤任务,为助力绿色冬奥、科技冬奥做出了贡献。

通过北京2022年冬奥会的考验,将进一步验证了产品及核心零部件的可靠性、环境适应性等关键性能,为氢燃料电池车的产业化推广奠定技术基础。

截至目前,搭载亿华通氢燃料电池系统的车辆已在北京、上海、张家口、成都、淄博等16个城市实现商业化运营,累计运营车辆1800余台,单车最高行驶里程超过21万公里。

氢燃料电池技术进展明显

目前,我国已经掌握了燃料电池及核心零部件自主化开发核心技术,产品在功率密度、低温启动能力、经济性等方面已取得明显进步。

产业链建设方面,我国氢燃料电池汽车的自主化产业生态体系基本建立,燃料电池系统电堆、膜电极等系统已经基本实现国产化,质子交换膜、碳纸等正在进行批量化验证。

车载氢系统方面,高端碳纤维基本实现攻关,部分高压管阀件也有企业重点攻关,预计经过四年的示范,燃料电池汽车专用部件有望实现完全自主,对产业降本起到极大的促进作用。

加氢站是燃料电池汽车产业发展的基础,上海、北京、佛山等地已率先制定或出台了明确的加氢站管理制度及支持政策,加氢站建设进程加快,截止2021年底,全国共建成230座加氢站,同比翻倍,在站用设备自主化方面也取得一定成绩。以站用压缩机为例,目前建成的加氢站当中,60%以上采用自主化压缩机,有利于建站成本的降低。

资本助力方面,碳达峰、碳中和目标和氢能政策的逐步明确,使氢能的地位逐步提高,吸引资本追逐。据统计,2021年1-7月,国内氢能产业公开投资总额超过2500亿元,同比增长90%。从投资项目数分布来看,燃料电池环节是产业投资最活跃的领域,制氢环节呈现快速上升趋势。央企也积极在制氢、储氢、加氢、用氢等全产业链布局。资本的介入不但为产业注入了充足的资金,提高了产业公信力,更能促进战略资本与氢能企业间资源的整合,加快产业发展。

目前,中国氢能与燃料电池产业已经进入了规模化示范的新阶段。未来车用市场仍然是产业发展的重要突破口。基于城市群示范计划,燃料电池汽车应用领域将拓展至线路固定、便于进行加氢站建设的中重卡及中长途旅游客运,2025年市场规模将达到5万-10万辆,车用氢气需求将超过20万吨/年;到2030年,随着加氢站网络建设成果初具成效,各环节成本进一步下降,氢燃料电池汽车应用领域逐步扩展至汽车应用全市场,市场进入快速发展期,车辆规模超过100万辆,车用氢气需求将达到400万吨/年。

多方发力推动产业健康可持续发展

持续的技术创新是推动产业进步的关键。为满足不同阶段市场扩展需求,燃料电池发动机系统需向轻量化、高里程、长寿命、低成本、强环境适应性发展。另外,为提升产品续航能力,高储氢密度、车载氢系统开发也尤为重要,预计到2025年前后,70兆帕高压Ⅳ型储氢瓶技术将在我国得到应用,同时液氢将初具规模。

除技术创新外,快速降本也尤为重要。以燃料电池降本为例,一方面可以从整合集成、变更材料等维度出发,在提升性能的同时,推进技术降本。如亿华通在新一代产品上采用脉冲引射方案,替代传统氢气循环泵,不仅降低了系统的重量,也使单台成本降低2万多元。另一方面,加速规模化也是实现降本的有效途径,根据美国能源部测算,当燃料电池发动机年产量达到50万套时,成本可以下降至45美元/千瓦,与传统内燃机成本相当。

为了给后续更大规模的应用做好准备,建议建立可复制的绿色产业生态。如张家口在当地政府的大力支持下,以丰富的风电资源为基础,将绿电资源与绿氢技术相结合,通过有效的市场拉动,快速完成了集制氢、加氢、氢能装备制造机氢燃料电池汽车应用为一体的产业生态的搭建,为其他地区发展氢能与燃料电池产业提供了宝贵的经验。

支持产业可持续发展,还需要氢源端和政府端、政策端给予支持。氢能供应保障体系需要跟上燃料电池汽车推广的节奏,建议建立涵盖制、储、运全链条的经济低碳氢能保障体系,引导绿氢制备,提升氢气储运能力,适当超前布局加氢站。

在政策方面,建议拓展燃料电池汽车示范城市群,将基础好、且地方发展积极性强的成都、重庆等地区纳入示范城市群,以规模化发展支撑产业化进步。

(于民为北京亿华通科技股份有限公司常务副总经理,内容由郑金武采访整理)

 
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