于民:良好的基礎(chǔ)支撐氫燃料電池產(chǎn)業(yè)穩(wěn)健發(fā)展

文章來源:中國科學(xué)報鄭金武2022-05-01 09:09

隨著能源、環(huán)境、氣候變化問題的日益突出,全球能源正在向低碳、低污染轉(zhuǎn)型。氫能既可以滿足資源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的要求,又能帶來巨大的經(jīng)濟效益,在世界能源轉(zhuǎn)型中,氫能的決策、價值備受重視。
 
拒統(tǒng)計,已有30多個國家發(fā)布了氫能路線圖,宣布了200多個氫能投資計劃,積極支持氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)。全球氫能產(chǎn)業(yè)建設(shè)又達到了一個小高潮。
 
氫燃料電池汽車既有傳統(tǒng)燃油車續(xù)航里程長、燃料加注時間短、環(huán)境適應(yīng)性好的特點,又有純電動、零排放的優(yōu)點,可助力大氣污染治理,是替代傳統(tǒng)燃油車的理想選擇。同時,氫燃料電池汽車的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)邏輯和燃油車十分類似,可以借助現(xiàn)有加油站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)油氫合建站,節(jié)約運營管理成本,助力傳統(tǒng)能源運營商向低碳轉(zhuǎn)型。
 
因此,不管從交通減碳,還是從帶動傳統(tǒng)能源企業(yè)轉(zhuǎn)型來看,氫燃料電池汽車都是當(dāng)前先立再破、減碳基調(diào)下中國推動能源轉(zhuǎn)型升級的絕佳實驗場和突破口。
 
氫燃料電池汽車在冬奧會上的實踐
 
近年來,北京億華通公司先后承擔(dān)國家科技部和北京市相關(guān)項目共計28項,其中涉及冬奧場景應(yīng)用項目共6項。
 
通過項目的支持,億華通針對氫燃料電池發(fā)動機大功率、高功率密度、長壽命、高可靠性、環(huán)境適應(yīng)性(高海波、超低溫)等關(guān)鍵核心技術(shù)問題進行了攻關(guān),完成了30-120kW燃料電池發(fā)動機的開發(fā),并于2021年12月發(fā)布了國內(nèi)首款額定功率達到240kW的車用燃料電池系統(tǒng),功率密度可達到800W/kg以上,可實現(xiàn)-35℃低溫啟動。
 
為適應(yīng)冬奧會賽區(qū)的超低溫環(huán)境,億華通攜手福田歐輝客車于2020年1月在海拉爾完成了極寒測試,氫燃料電池客車在-30℃的環(huán)境下,放置超過8小時后,進行了超低溫冷啟動測試,116秒成功啟動。
 
2021年2月,搭載億華通燃料電池系統(tǒng)的80輛汽車在-20℃環(huán)境下順利通過相約北京系列冬奧測試賽,車輛在低溫啟動、雪地爬坡、續(xù)航能力等方面均符合冬奧測試要求。2021年11月20日至2022年1月2日系列車輛順利通過三次冬奧賽前測試,完成賽區(qū)全閉環(huán)轉(zhuǎn)運演練、冬奧村全流程、全要素壓力測試、2021/2022國際雪聯(lián)跳臺滑雪洲際杯、2021/2022國際雪聯(lián)北歐洲際杯測試等賽前檢驗,車輛運營狀況良好。
 
在北京2022年冬奧會期間,億華通服務(wù)保障團隊在延慶、崇禮及北京主賽區(qū)為冬奧交通車輛提供服務(wù)保障工作,并定時對車輛進行點檢、巡檢、保養(yǎng),保障車輛具備良好運行狀態(tài)。車輛運行狀態(tài)良好,順利完成接駁任務(wù)。
 
根據(jù)統(tǒng)計,冬奧會期間紅線內(nèi)有569輛搭載億華通發(fā)動機的氫燃料電池汽車,京張兩地搭載億華通發(fā)動機的燃料電池汽車共700余輛服務(wù)冬奧會,接駁車輛圓滿完成出勤任務(wù),為助力綠色冬奧、科技冬奧做出了貢獻。
 
通過北京2022年冬奧會的考驗,將進一步驗證了產(chǎn)品及核心零部件的可靠性、環(huán)境適應(yīng)性等關(guān)鍵性能,為氫燃料電池車的產(chǎn)業(yè)化推廣奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
 
截至目前,搭載億華通氫燃料電池系統(tǒng)的車輛已在北京、上海、張家口、成都、淄博等16個城市實現(xiàn)商業(yè)化運營,累計運營車輛1800余臺,單車最高行駛里程超過21萬公里。
 
氫燃料電池技術(shù)進展明顯
 
目前,我國已經(jīng)掌握了燃料電池及核心零部件自主化開發(fā)核心技術(shù),產(chǎn)品在功率密度、低溫啟動能力、經(jīng)濟性等方面已取得明顯進步。
 
產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)方面,我國氫燃料電池汽車的自主化產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系基本建立,燃料電池系統(tǒng)電堆、膜電極等系統(tǒng)已經(jīng)基本實現(xiàn)國產(chǎn)化,質(zhì)子交換膜、碳紙等正在進行批量化驗證。
 
車載氫系統(tǒng)方面,高端碳纖維基本實現(xiàn)攻關(guān),部分高壓管閥件也有企業(yè)重點攻關(guān),預(yù)計經(jīng)過四年的示范,燃料電池汽車專用部件有望實現(xiàn)完全自主,對產(chǎn)業(yè)降本起到極大的促進作用。
 
加氫站是燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),上海、北京、佛山等地已率先制定或出臺了明確的加氫站管理制度及支持政策,加氫站建設(shè)進程加快,截止2021年底,全國共建成230座加氫站,同比翻倍,在站用設(shè)備自主化方面也取得一定成績。以站用壓縮機為例,目前建成的加氫站當(dāng)中,60%以上采用自主化壓縮機,有利于建站成本的降低。
 
資本助力方面,碳達峰、碳中和目標(biāo)和氫能政策的逐步明確,使氫能的地位逐步提高,吸引資本追逐。據(jù)統(tǒng)計,2021年1-7月,國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)公開投資總額超過2500億元,同比增長90%。從投資項目數(shù)分布來看,燃料電池環(huán)節(jié)是產(chǎn)業(yè)投資最活躍的領(lǐng)域,制氫環(huán)節(jié)呈現(xiàn)快速上升趨勢。央企也積極在制氫、儲氫、加氫、用氫等全產(chǎn)業(yè)鏈布局。資本的介入不但為產(chǎn)業(yè)注入了充足的資金,提高了產(chǎn)業(yè)公信力,更能促進戰(zhàn)略資本與氫能企業(yè)間資源的整合,加快產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
 
目前,中國氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入了規(guī)?;痉兜男码A段。未來車用市場仍然是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要突破口。基于城市群示范計劃,燃料電池汽車應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑼卣怪辆€路固定、便于進行加氫站建設(shè)的中重卡及中長途旅游客運,2025年市場規(guī)模將達到5萬-10萬輛,車用氫氣需求將超過20萬噸/年;到2030年,隨著加氫站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成果初具成效,各環(huán)節(jié)成本進一步下降,氫燃料電池汽車應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴展至汽車應(yīng)用全市場,市場進入快速發(fā)展期,車輛規(guī)模超過100萬輛,車用氫氣需求將達到400萬噸/年。
 
多方發(fā)力推動產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展
 
持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新是推動產(chǎn)業(yè)進步的關(guān)鍵。為滿足不同階段市場擴展需求,燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)需向輕量化、高里程、長壽命、低成本、強環(huán)境適應(yīng)性發(fā)展。另外,為提升產(chǎn)品續(xù)航能力,高儲氫密度、車載氫系統(tǒng)開發(fā)也尤為重要,預(yù)計到2025年前后,70兆帕高壓Ⅳ型儲氫瓶技術(shù)將在我國得到應(yīng)用,同時液氫將初具規(guī)模。
 
除技術(shù)創(chuàng)新外,快速降本也尤為重要。以燃料電池降本為例,一方面可以從整合集成、變更材料等維度出發(fā),在提升性能的同時,推進技術(shù)降本。如億華通在新一代產(chǎn)品上采用脈沖引射方案,替代傳統(tǒng)氫氣循環(huán)泵,不僅降低了系統(tǒng)的重量,也使單臺成本降低2萬多元。另一方面,加速規(guī)?;彩菍崿F(xiàn)降本的有效途徑,根據(jù)美國能源部測算,當(dāng)燃料電池發(fā)動機年產(chǎn)量達到50萬套時,成本可以下降至45美元/千瓦,與傳統(tǒng)內(nèi)燃機成本相當(dāng)。
 
為了給后續(xù)更大規(guī)模的應(yīng)用做好準備,建議建立可復(fù)制的綠色產(chǎn)業(yè)生態(tài)。如張家口在當(dāng)?shù)卣拇罅χС窒?,以豐富的風(fēng)電資源為基礎(chǔ),將綠電資源與綠氫技術(shù)相結(jié)合,通過有效的市場拉動,快速完成了集制氫、加氫、氫能裝備制造機氫燃料電池汽車應(yīng)用為一體的產(chǎn)業(yè)生態(tài)的搭建,為其他地區(qū)發(fā)展氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)提供了寶貴的經(jīng)驗。
 
支持產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展,還需要氫源端和政府端、政策端給予支持。氫能供應(yīng)保障體系需要跟上燃料電池汽車推廣的節(jié)奏,建議建立涵蓋制、儲、運全鏈條的經(jīng)濟低碳氫能保障體系,引導(dǎo)綠氫制備,提升氫氣儲運能力,適當(dāng)超前布局加氫站。
 
在政策方面,建議拓展燃料電池汽車示范城市群,將基礎(chǔ)好、且地方發(fā)展積極性強的成都、重慶等地區(qū)納入示范城市群,以規(guī)?;l(fā)展支撐產(chǎn)業(yè)化進步。
 
(于民為北京億華通科技股份有限公司常務(wù)副總經(jīng)理,內(nèi)容由鄭金武采訪整理)
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