氫燃料電池是一種將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，具有無(wú)污染、噪聲低、高效率等特點(diǎn)。近年來(lái)，隨著全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨蟛粩嘣黾樱瑲淙剂想姵丶夹g(shù)逐漸成為關(guān)注的焦點(diǎn)。在這樣的背景下，“四川造”氫燃料電池已經(jīng)“在路上”，從氫能共享單車到氫能公交車、氫能源市域列車，“四川造”氫燃料電池系統(tǒng)已陸續(xù)上路投入運(yùn)用；圍繞高效率、長(zhǎng)壽命等目標(biāo)，“四川造”氫燃料電池還在迭代升級(jí)的路上尋求創(chuàng)新突破。
“四川造”氫燃料電池有哪些亮點(diǎn)?下一步發(fā)展有何重點(diǎn)?近日，聚焦氫燃料電池這一氫能開發(fā)利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，四川日?qǐng)?bào)全媒體記者深入多家川企開展調(diào)研。
A 這個(gè)賽道上的川企在做啥?
面對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，川企已開發(fā)多種氫燃料電池
近日，一批氫能共享單車悄然出現(xiàn)在成都街頭，被市民親切喚作“氫馬兒”。通過小型化、輕量化的氫燃料電池系統(tǒng)，氫能被轉(zhuǎn)化為電能，再驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供助力，令騎行體驗(yàn)更輕松。
在成都市新都區(qū)，新的“氫馬兒”在陸續(xù)下線?！爸挥?00克氫氣，就可以助力續(xù)跑100公里?！彼拇ㄝp綠科技有限公司總經(jīng)理?xiàng)罾そ榻B，助力來(lái)源于車座下方的氫燃料電池系統(tǒng)——這臺(tái)350瓦小功率液冷型氫燃料電池系統(tǒng)，由輕綠科技自主研發(fā)。
輕綠科技是小功率液冷型氫燃料電池系統(tǒng)的研發(fā)及商業(yè)化運(yùn)營(yíng)開拓者，其產(chǎn)品主要應(yīng)用于氫能共享單車、氫能無(wú)人機(jī)、氫能戶外電源、氫能低速觀光車等領(lǐng)域。楊坤表示，公司在小功率氫燃料電池領(lǐng)域持續(xù)研發(fā)，力爭(zhēng)成為這一領(lǐng)域生產(chǎn)規(guī)模最大的企業(yè)之一。
同樣是在新都，與輕綠科技的“小”相比，四川榮創(chuàng)新能動(dòng)力系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的氫燃料電池可以說是“大塊頭”。前不久，我國(guó)首列氫能源市域列車試跑，成功滿載達(dá)速。時(shí)速160公里，每公里能耗5千瓦時(shí)，最高續(xù)航里程1000公里以上——一系列表現(xiàn)優(yōu)異的指標(biāo)，離不開榮創(chuàng)新能研制的“心臟”。
該列車一年多以前在成都新津下線，裝備榮創(chuàng)新能提供的第三代氫能動(dòng)力系統(tǒng)，采用氫燃料電池和超級(jí)電容相結(jié)合的能源供應(yīng)方式。榮創(chuàng)新能董事長(zhǎng)、西南交通大學(xué)氫能及儲(chǔ)能技術(shù)研究院院長(zhǎng)陳維榮告訴記者，第三代氫能動(dòng)力系統(tǒng)功率更大、效率更高，可以滿足軌道交通時(shí)速200公里級(jí)需求，市場(chǎng)前景廣闊，目前國(guó)內(nèi)70%氫能軌道交通車型的動(dòng)力系統(tǒng)均出自榮創(chuàng)新能。
與一“小”、一“大”相比，東方電氣(成都)氫能科技有限公司的氫燃料電池產(chǎn)品堪稱“全”。從各類客車到輕、中、重卡車，再到冷鏈物流車、環(huán)衛(wèi)清掃車等專用車，東方氫能提供的氫燃料電池系統(tǒng)功率覆蓋40千瓦—270千瓦，系統(tǒng)壽命實(shí)際測(cè)試達(dá)10000小時(shí)。此外，針對(duì)氫發(fā)電等應(yīng)用場(chǎng)景，東方氫能專門開發(fā)了氫燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)，功率覆蓋范圍可從千瓦級(jí)到兆瓦級(jí)，額定發(fā)電效率超50%，綜合能量轉(zhuǎn)化效率超90%，設(shè)計(jì)壽命超30000小時(shí)。
“不同的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)氫燃料電池系統(tǒng)的參數(shù)指標(biāo)側(cè)重點(diǎn)不同。”東方氫能燃料電池系統(tǒng)開發(fā)部工程師李寧解釋，例如對(duì)車載氫燃料電池系統(tǒng)，功率密度、使用壽命就非常關(guān)鍵;對(duì)無(wú)人機(jī)使用的氫燃料電池系統(tǒng)，小型化、輕量化的要求更苛刻;對(duì)氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說，往往需要功率絕對(duì)值更大、穩(wěn)定性更強(qiáng)。“我們近期還在針對(duì)一些特殊場(chǎng)景開發(fā)新產(chǎn)品，例如高原地區(qū)氫燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)，需要提升系統(tǒng)對(duì)高原低氧環(huán)境的適應(yīng)性。”
B 應(yīng)用場(chǎng)景多不多?
數(shù)量少、價(jià)格較高，進(jìn)一步降價(jià)還需要規(guī)?；瘧?yīng)用支撐
在氫能軌道交通領(lǐng)域，榮創(chuàng)新能創(chuàng)造了多個(gè)“首列”：全球首列時(shí)速160公里氫能源全自動(dòng)市域列車、國(guó)內(nèi)首列氫能鉸接輕軌車、世界首列氫能接觸網(wǎng)作業(yè)車、國(guó)內(nèi)首輛氫能地鐵施工作業(yè)車、國(guó)內(nèi)首輛氫燃料電池混合動(dòng)力調(diào)車機(jī)車……不過，公司負(fù)責(zé)人坦言，許多“首列”也是目前的“唯一一列”。
受制于制造成本、使用成本等因素，氫能源電池的市場(chǎng)規(guī)模不大，部分產(chǎn)品雖然已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但客戶還停留在嘗鮮、試水階段，市場(chǎng)推廣仍需政策支撐。
“近些年，隨著技術(shù)突破和產(chǎn)品迭代，以及產(chǎn)業(yè)配套逐漸成熟，氫能燃料電池的價(jià)格已明顯下降?！标惥S榮介紹，每千瓦的價(jià)格已從數(shù)萬(wàn)元降至數(shù)千元，但價(jià)格進(jìn)一步下降還需要規(guī)模化應(yīng)用支撐，“規(guī)模上去了才能降低成本，應(yīng)用場(chǎng)景起來(lái)了產(chǎn)業(yè)鏈才能發(fā)展?！?/span>
相較于軌道交通領(lǐng)域，商用車領(lǐng)域用氫更早、數(shù)量更多，但規(guī)模依然不算大。
在成都市郫都區(qū)街頭，新近投用了一批氫能公交車。它們是去年成都大運(yùn)會(huì)的保障用車，搭載東方氫能自主研發(fā)的氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，平均百公里氫耗低至4公斤，加氫一次可行駛450公里。
“像這樣的氫能公交車，我們一共有200輛?！臂紖^(qū)巴士公交有限公司技術(shù)部科長(zhǎng)鮑昱志說，從第一輛氫能公交車運(yùn)行至今已近7年，運(yùn)營(yíng)線路超過30條，累計(jì)行駛2934萬(wàn)公里，載客1975萬(wàn)人次，“在使用數(shù)量和使用時(shí)間上，我們都是成都乃至四川最多的?！?/span>
鮑昱志算了一筆賬，氫能公交車的購(gòu)置成本約為純電公交車的3倍，在享受加氫補(bǔ)貼的前提下，使用成本約為純電車的4倍、與燃油車相當(dāng)。以采用200千瓦的氫燃料電池系統(tǒng)的公交車為例，氫燃料電池系統(tǒng)的價(jià)格就超過100萬(wàn)元，占車輛總價(jià)的一半以上。價(jià)格較高，限制了氫能公交車的大規(guī)模推廣應(yīng)用。
在李寧看來(lái)，氫燃料電池系統(tǒng)價(jià)格高，歸根結(jié)底是成本沒降下去。首先，氫燃料電池系統(tǒng)技術(shù)門檻高，導(dǎo)致研發(fā)成本較高，在沒有規(guī)模化應(yīng)用的情況下，分?jǐn)偟絾蝹€(gè)產(chǎn)品上的成本就更高。通過規(guī)?；茝V應(yīng)用，可以在一定程度上降低成本，從而把價(jià)格打下來(lái)。截至目前，東方氫能交付的氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)約400臺(tái)，這一數(shù)字領(lǐng)先于其他川企，但“空間還大”。
另一方面，氫燃料電池系統(tǒng)本身的制造成本也較高。李寧介紹，在一套氫燃料電池系統(tǒng)中，成本最高的要數(shù)膜電極，而膜電極中成本最高的就是催化劑，“目前還沒有找到比貴金屬鉑更好更成熟的催化劑，只能盡量減少使用量?！?/span>
C 還需要哪些突破?
氫燃料電池與常見的鋰電池不同，系統(tǒng)更為復(fù)雜，主要由電堆和系統(tǒng)部件(空壓機(jī)、增濕器、氫循環(huán)泵、氫瓶等)組成。中國(guó)工程院的學(xué)術(shù)報(bào)告顯示，近年來(lái)，氫燃料電池系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化程度逐步提升，2017年只有30%左右，2020年已有60%左右，但部分關(guān)鍵材料與核心組件仍受制于人。
國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021—2035年)》明確提出，著力推進(jìn)核心零部件以及關(guān)鍵裝備研發(fā)制造。
“在膜電極方面，我們還在努力追趕?！睎|方氫能膜電極開發(fā)部工程師孔禹介紹，膜電極是電堆的核心部件，由催化層、質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層組成，是將化學(xué)能高效轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿姆磻?yīng)場(chǎng)所，其成本占了電堆的一半以上，“目前國(guó)內(nèi)質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層等主要依賴進(jìn)口，拉高了成本，同時(shí)影響供應(yīng)鏈安全?！?/span>
圍繞突破部分關(guān)鍵材料部件方面的“卡脖子”問題，東方氫能依托長(zhǎng)壽命燃料電池四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，自主開發(fā)性能領(lǐng)先的膜電極產(chǎn)品，部分指標(biāo)已追上全球第一方陣的水平。東方氫能副總經(jīng)理陳亮介紹，東方氫能產(chǎn)業(yè)園將引入產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)，構(gòu)建燃料電池核心原材料及核心零部件企業(yè)集群。
在系統(tǒng)部件空壓機(jī)方面，位于成都市新都區(qū)的勢(shì)加透博(成都)科技有限公司也在奮力突破。此前，勢(shì)加透博研制的氫燃料電池?zé)o油離心空壓機(jī)，成功打破國(guó)外壟斷，截至去年底交付全球客戶超過18000臺(tái)。該公司已突破高性能氣動(dòng)設(shè)計(jì)等六大技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)每分鐘3萬(wàn)轉(zhuǎn)甚至10萬(wàn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。
“目前正持續(xù)加大在小型高速離心壓縮機(jī)技術(shù)上的升級(jí)迭代。”公司負(fù)責(zé)人介紹，下一步將推進(jìn)低能耗空壓機(jī)的研制和測(cè)試平臺(tái)建設(shè)，在更多關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化方面實(shí)現(xiàn)突破。
總的來(lái)說，作為一種具有巨大潛力的清潔能源技術(shù)，氫燃料電池已經(jīng)成為了全球范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。在中國(guó)這樣一個(gè)擁有豐富氫資源的國(guó)家來(lái)說，發(fā)展氫燃料電池產(chǎn)業(yè)更是具有重要的戰(zhàn)略意義。希望未來(lái)能看到更多的“四川造”氫燃料電池產(chǎn)品上路使用，為我們的環(huán)境和生活帶來(lái)更多的美好！
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