在河北張家口太子城服務(wù)區(qū)的加氫站里，氫燃料電池汽車駛?cè)牒?，只需幾分鐘時間就能完成氫氣加注。一次加注，氫燃料電池汽車的行駛里程可達500公里。

發(fā)展氫燃料電池汽車，發(fā)揮氫氣、氧氣電化學(xué)反應(yīng)輸出物為水、電、熱，全過程無污染物和碳排放的優(yōu)勢，是交通領(lǐng)域踐行能源革命和實現(xiàn)“雙碳”目標的重要方式之一。但此前，由于技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、成本等瓶頸性難題，我國氫能產(chǎn)業(yè)和氫燃料電池汽車發(fā)展并不盡如人意。

“雙奧”的舉辦，極大助推了我國氫能產(chǎn)業(yè)和氫燃料汽車的長足發(fā)展和示范應(yīng)用。

早在2008年，北京奧運會投入運行了3輛氫燃料電池汽車，并建成了我國首座車用加氫站，開啟了氫燃料電池汽車“從0到1”的示范?！氨本?022年冬奧會，共計投入使用816輛氫燃料電池汽車，作為主運力開展示范運營服務(wù)?！北本┦薪?jīng)信局汽車交通處副處長吳志全表示，我國已實現(xiàn)了氫能和氫燃料電池汽車“從1到100”的規(guī)?；瘧?yīng)用和產(chǎn)業(yè)化突破。

走向規(guī)?；痉稇?yīng)用

技術(shù)和成本是氫燃料電池汽車走向規(guī)模化應(yīng)用的核心問題。

清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院研究員王誠表示，氫燃料電池成本由燃料電池堆、空氣供給系統(tǒng)、氫氣供給系統(tǒng)、冷卻排水系統(tǒng)及電能控制系統(tǒng)等部分組成。例如電堆的催化劑普遍采用貴金屬鉑，技術(shù)難度高，產(chǎn)業(yè)化程度不足，導(dǎo)致電池總體成本較高，難以實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。

2008年，3輛氫燃料電池客車由福田汽車(2.790, -0.04, -1.41%)公司提供。而今年的北京冬奧會期間，福田汽車公司帶來了515輛氫燃料電池汽車。

“福田汽車和豐田汽車、億華通(171.610, -1.91, -1.10%)公司三方共同合作，推出了可商用的系列氫燃料電池客車?！备Ｌ锲嚉W輝客車事業(yè)部研發(fā)副總裁劉繼紅告訴《中國科學(xué)報》，這些氫燃料電池汽車不僅在延慶賽區(qū)閉環(huán)內(nèi)使用，還在閉環(huán)外提供接駁運輸服務(wù)。

“北京冬奧會為氫能和氫燃料電池汽車示范應(yīng)用提供了世界級舞臺，是對我國氫能和氫燃料電池汽車全產(chǎn)業(yè)鏈的一次全面檢驗?！眳侵救榻B，北京冬奧會上的816輛氫燃料電池汽車，包括豐田全新Mirai第二代乘用車、首次實現(xiàn)本土研發(fā)及生產(chǎn)的豐田柯斯達中巴車、豐田-福田首次合作開發(fā)的大巴車等。

而氫燃料電池汽車的應(yīng)用，也使交通領(lǐng)域加速走向零碳排放。例如，豐田Mirai乘用車每百公里可減少排放二氧化碳大約18.79公斤，豐田柯斯達中巴車每百公里可減少排放二氧化碳大約47.01公斤，豐田-福田合作開發(fā)的12米大巴車，每百公里可減少排放二氧化碳大約57.86公斤。

“北京市兩個賽區(qū)投入312輛氫燃料電池汽車，自冬奧會2月4日開幕以來到2月14日，累計用氫約42.04噸，二氧化碳減排作用十分明顯?！眳侵救硎尽?/p>

關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)國產(chǎn)替代

從燃油車到氫燃料電池汽車的跨越，不是簡單地從“燒油”變?yōu)椤盁龤錃狻?，背后是氫燃料電池發(fā)動機核心技術(shù)、多重耦合安全技術(shù)、全氣候動力電池技術(shù)等一系列最新技術(shù)的探索和應(yīng)用。

王誠介紹，此前我國的制氫效率比較低，氫氣儲存和整個供應(yīng)鏈體系依然使用傳統(tǒng)技術(shù)，氫燃料電池的主要原材料如碳紙、催化劑等都依靠進口。

但如今，氫燃料電池汽車的許多關(guān)鍵技術(shù)，都已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)替代。

“在冬奧運輸服務(wù)保障中，氫燃料電池汽車整車由豐田汽車和福田汽車提供，氫燃料電池電堆由豐田提供，大巴車氫燃料電池系統(tǒng)由億華通集成，氫瓶、空壓機等零部件主要由北京企業(yè)供給?！眳侵救榻B。

北京億華通科技股份有限公司常務(wù)副總經(jīng)理于民告訴《中國科學(xué)報》，在北京市“高環(huán)境耐受性燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品研制”項目的支持下，公司研發(fā)的燃料電池發(fā)動機系列產(chǎn)品，耐低溫性能提前兩年達到國家標準，并已應(yīng)用于福田汽車的氫燃料電池客車中。

早在2020年1月，億華通公司的氫燃料電池發(fā)動機就在海拉爾完成了極寒測試?！皽y試結(jié)果顯示，氫燃料電池客車在-30℃的環(huán)境下，放置超過8小時后，進行超低溫冷啟動測試，116秒就成功啟動。”于民表示，這為在北方地區(qū)規(guī)模化推廣燃料電池汽車奠定了基礎(chǔ)。

而北京新研創(chuàng)能科技有限公司則在近日完成了220千瓦級燃料電池模塊的研發(fā)，使氫燃料電池的應(yīng)用場景擴展到重型卡車領(lǐng)域。

北京新研創(chuàng)能科技公司總經(jīng)理齊志剛介紹，一般車輛需要的燃料電池額定功率在80kW左右，但重型卡車對燃料電池的額定功率提出了更高要求，大概需要200kW。公司為此開發(fā)了雙堆燃料電池模塊，并突破相關(guān)技術(shù)難題，實現(xiàn)了兩個電堆的流體的均勻分配。

北京天海氫能裝備有限公司則開發(fā)了70兆帕儲氫瓶，實現(xiàn)了國產(chǎn)替代，并交付冬奧會燃料電池客車使用，極大拓展了氫燃料電池汽車的續(xù)航里程。

“我們開發(fā)了燃料電池用大流量高壓減壓裝置，開展氫燃料系統(tǒng)高壓管路連接及密封可靠性研究，集成了瓶閥、高壓管路、儲氫瓶等部件，為氫燃料電池客車提供車載儲氫系統(tǒng)產(chǎn)品。”北京天海氫能裝備有限公司總工岳增柱介紹。

盟固利新能源科技股份有限公司、北京理工大學(xué)等單位合作，打造了全氣候動力電池，該成果具有升溫快速、耗能低、加熱均勻的優(yōu)點，能夠解決電池在極寒環(huán)境下的使用“瓶頸”問題。

北京理工華創(chuàng)電動車技術(shù)有限公司實現(xiàn)了氫燃料電池汽車雙電機及變速箱一體化設(shè)計，由動力控制器實現(xiàn)兩臺電機高效協(xié)同配合，使車輛整體動力性能明顯增強，百公里能耗降低。該系統(tǒng)在扭矩、功率、爬坡、車速、舒適、經(jīng)濟六方面，性能均優(yōu)于單電機動力系統(tǒng)。

“正是這些技術(shù)突破，使得我國氫燃料電池汽車在關(guān)鍵技術(shù)上擺脫了被‘卡脖子’，也為我國氫燃料電池汽車下一步產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)?！眳侵救硎?。

產(chǎn)業(yè)鏈邁向自主可控

“氫氣的供應(yīng)鏈體系還不健全，制氫、儲氫、運氫沒有形成完備高效的供應(yīng)鏈體系。”王誠認為，這是限制我國氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的又一大關(guān)鍵問題，規(guī)模、廉價的氫氣資源匱乏，制約了氫燃料電池汽車的規(guī)?；瘧?yīng)用。

2020年國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》提出，我國要“提高氫燃料制儲運經(jīng)濟性。因地制宜開展工業(yè)副產(chǎn)氫及可再生能源制氫技術(shù)應(yīng)用，加快推進先進適用儲氫材料產(chǎn)業(yè)化”，“健全氫燃料制儲運、加注等標準體系”。

如今，“我國在氫能和氫燃料電池產(chǎn)業(yè)方面，已實現(xiàn)了‘制、儲、運、加、用’的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，氫能和氫燃料電池汽車創(chuàng)新鏈產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)了自主可控。”吳志全表示。

在氫能源頭方面，2020年10月，環(huán)宇京輝京城氣體科技有限公司參與了由清華大學(xué)牽頭承擔(dān)的科技部國家重點研發(fā)課題“科技冬奧‘氫能出行’關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范”項目，主要任務(wù)是參與加氫站建設(shè)，并協(xié)助建立“制、儲、運、加”全供應(yīng)鏈信息監(jiān)控系統(tǒng)。

“環(huán)宇京輝擁有煤、天然氣提碳制氫，氣態(tài)高壓儲氫，超純氫氣提純，副產(chǎn)氫提純等多項核心技術(shù)，所生產(chǎn)的氫氣純度高達99.99999%，氫氣年產(chǎn)能1200萬立方米?！杯h(huán)宇京輝京城氣體科技有限公司副總經(jīng)理張巖向《中國科學(xué)報》介紹，環(huán)宇京輝還與京能集團合作，利用由光伏、風(fēng)能等所產(chǎn)生的“綠電”進行氫氣的制取工作，實現(xiàn)“綠電制綠氫” 。

而傳統(tǒng)燃油企業(yè)燕山石化也積極在制氫領(lǐng)域開展布局。在北京冬奧會期間，為保障氫源供應(yīng)，燕山石化和環(huán)宇京輝的制氫能力達到7.2噸/天，為冬奧會氫燃料電池汽車提供了充足的清潔氫源供給。

加氫站建設(shè)的流程也不斷優(yōu)化?！凹託湔緦儆谛律挛?，安全等級要求較高，相關(guān)技術(shù)仍處于不斷發(fā)展完善階段?！眳侵救硎荆瑸榇_保加氫站安全穩(wěn)定運行，國家明確了油氫合建站的審批流程，并創(chuàng)新了工作程序和工作方法，為今后加氫站的建設(shè)積累了豐富的經(jīng)驗。

示范應(yīng)用也帶動了氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)標準的極大進步。為實現(xiàn)氫燃料電池汽車在冬奧場景的使用，我國推動修訂了《燃料電池電動汽車加氫口》《燃料電池電動汽車車載氫系統(tǒng)試驗方法》等多項標準。“這使我國氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)往高端化發(fā)展?！眲⒗^紅表示。

氫能產(chǎn)業(yè)也成為各地“十四五”產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的重點。在北京，“正在落實氫能和氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，積極推動京津冀燃料電池汽車示范城市群建設(shè)?！眳侵救榻B，北京將圍繞“車用在哪、氫從哪來、技術(shù)如何突破、產(chǎn)業(yè)如何持續(xù)發(fā)展”四大關(guān)鍵問題，打造燃料電池汽車關(guān)鍵零部件和裝備制造產(chǎn)業(yè)集群。

“未來，隨著氫能產(chǎn)業(yè)鏈的進一步完善，氫燃料電池客車還將憑借安全、舒適、低碳的優(yōu)勢擴展到更多的領(lǐng)域?！眲⒗^紅對我國氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展充滿了信心。

氫燃料電池汽車服務(wù)冬奧會

國產(chǎn)70兆帕氫瓶成功應(yīng)用于汽車

制氫站

來源|新浪財經(jīng)

編輯|敬之

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