氫燃料電池是一種將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉換成電能的設備，具有無(wú)污染、噪聲低、高效率等特點(diǎn)。近年來(lái)，隨著(zhù)全球對清潔能源的需求不斷增加，氫燃料電池技術(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(chē)到氫能公交車(chē)、氫能源市域列車(chē)，“四川造”氫燃料電池系統已陸續上路投入運用；圍繞高效率、長(cháng)壽命等目標，“四川造”氫燃料電池還在迭代升級的路上尋求創(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(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵環(huán)節，四川日報全媒體記者深入多家川企開(kāi)展調研。
A 這個(gè)賽道上的川企在做啥?
面對不同應用場(chǎng)景，川企已開(kāi)發(fā)多種氫燃料電池
近日，一批氫能共享單車(chē)悄然出現在成都街頭，被市民親切喚作“氫馬兒”。通過(guò)小型化、輕量化的氫燃料電池系統，氫能被轉化為電能，再驅動(dòng)電機提供助力，令騎行體驗更輕松。
在成都市新都區，新的“氫馬兒”在陸續下線(xiàn)?！爸挥?00克氫氣，就可以助力續跑100公里?！彼拇ㄝp綠科技有限公司總經(jīng)理楊坤介紹，助力來(lái)源于車(chē)座下方的氫燃料電池系統——這臺350瓦小功率液冷型氫燃料電池系統，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的研發(fā)及商業(yè)化運營(yíng)開(kāi)拓者，其產(chǎn)品主要應用于氫能共享單車(chē)、氫能無(wú)人機、氫能戶(hù)外電源、氫能低速觀(guān)光車(chē)等領(lǐng)域。楊坤表示，公司在小功率氫燃料電池領(lǐng)域持續研發(fā)，力爭成為這一領(lǐng)域生產(chǎn)規模最大的企業(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)力系統有限公司生產(chǎn)的氫燃料電池可以說(shuō)是“大塊頭”。前不久，我國首列氫能源市域列車(chē)試跑，成功滿(mǎn)載達速。時(shí)速160公里，每公里能耗5千瓦時(shí)，最高續航里程1000公里以上——一系列表現優(yōu)異的指標，離不開(kāi)榮創(chuàng )新能研制的“心臟”。
該列車(chē)一年多以前在成都新津下線(xiàn)，裝備榮創(chuàng )新能提供的第三代氫能動(dòng)力系統，采用氫燃料電池和超級電容相結合的能源供應方式。榮創(chuàng )新能董事長(cháng)、西南交通大學(xué)氫能及儲能技術(shù)研究院院長(cháng)陳維榮告訴記者，第三代氫能動(dòng)力系統功率更大、效率更高，可以滿(mǎn)足軌道交通時(shí)速200公里級需求，市場(chǎng)前景廣闊，目前國內70%氫能軌道交通車(chē)型的動(dòng)力系統均出自榮創(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(chēng)“全”。從各類(lèi)客車(chē)到輕、中、重卡車(chē)，再到冷鏈物流車(chē)、環(huán)衛清掃車(chē)等專(zhuān)用車(chē)，東方氫能提供的氫燃料電池系統功率覆蓋40千瓦—270千瓦，系統壽命實(shí)際測試達10000小時(shí)。此外，針對氫發(fā)電等應用場(chǎng)景，東方氫能專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了氫燃料電池熱電聯(lián)供系統，功率覆蓋范圍可從千瓦級到兆瓦級，額定發(fā)電效率超50%，綜合能量轉化效率超90%，設計壽命超30000小時(shí)。
“不同的應用場(chǎng)景，對氫燃料電池系統的參數指標側重點(diǎn)不同?！睎|方氫能燃料電池系統開(kāi)發(fā)部工程師李寧解釋?zhuān)鐚?chē)載氫燃料電池系統，功率密度、使用壽命就非常關(guān)鍵;對無(wú)人機使用的氫燃料電池系統，小型化、輕量化的要求更苛刻;對氫燃料電池發(fā)電系統來(lái)說(shuō)，往往需要功率絕對值更大、穩定性更強?！拔覀兘谶€在針對一些特殊場(chǎng)景開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，例如高原地區氫燃料電池熱電聯(lián)供系統，需要提升系統對高原低氧環(huán)境的適應性?！?/span>
B 應用場(chǎng)景多不多?
數量少、價(jià)格較高，進(jìn)一步降價(jià)還需要規?；瘧弥?/strong>
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(chē)、國內首列氫能鉸接輕軌車(chē)、世界首列氫能接觸網(wǎng)作業(yè)車(chē)、國內首輛氫能地鐵施工作業(yè)車(chē)、國內首輛氫燃料電池混合動(dòng)力調車(chē)機車(chē)……不過(guò)，公司負責人坦言，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)規模不大，部分產(chǎn)品雖然已實(shí)現量產(chǎn)，但客戶(hù)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(zhù)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)格已從數萬(wàn)元降至數千元，但價(jià)格進(jìn)一步下降還需要規?；瘧弥?，“規模上去了才能降低成本，應用場(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(chē)領(lǐng)域用氫更早、數量更多，但規模依然不算大。
在成都市郫都區街頭，新近投用了一批氫能公交車(chē)。它們是去年成都大運會(huì )的保障用車(chē)，搭載東方氫能自主研發(fā)的氫燃料電池動(dòng)力系統，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(chē)，我們一共有200輛?！臂紖^巴士公交有限公司技術(shù)部科長(cháng)鮑昱志說(shuō)，從第一輛氫能公交車(chē)運行至今已近7年，運營(yíng)線(xiàn)路超過(guò)30條，累計行駛2934萬(wàn)公里，載客1975萬(wàn)人次，“在使用數量和使用時(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(chē)的購置成本約為純電公交車(chē)的3倍，在享受加氫補貼的前提下，使用成本約為純電車(chē)的4倍、與燃油車(chē)相當。以采用200千瓦的氫燃料電池系統的公交車(chē)為例，氫燃料電池系統的價(jià)格就超過(guò)100萬(wàn)元，占車(chē)輛總價(jià)的一半以上。價(jià)格較高，限制了氫能公交車(chē)的大規模推廣應用。
在李寧看來(lái)，氫燃料電池系統價(jià)格高，歸根結底是成本沒(méi)降下去。首先，氫燃料電池系統技術(shù)門(mén)檻高，導致研發(fā)成本較高，在沒(méi)有規?；瘧玫那闆r下，分攤到單個(gè)產(chǎn)品上的成本就更高。通過(guò)規?；茝V應用，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)機約400臺，這一數字領(lǐng)先于其他川企，但“空間還大”。
另一方面，氫燃料電池系統本身的制造成本也較高。李寧介紹，在一套氫燃料電池系統中，成本最高的要數膜電極，而膜電極中成本最高的就是催化劑，“目前還沒(méi)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(jiàn)的鋰電池不同，系統更為復雜，主要由電堆和系統部件(空壓機、增濕器、氫循環(huán)泵、氫瓶等)組成。中國工程院的學(xué)術(shù)報告顯示，近年來(lái)，氫燃料電池系統的國產(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。
國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃(2021—2035年)》明確提出，著(zhù)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(kāi)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、氣體擴散層組成，是將化學(xué)能高效轉變?yōu)殡娔艿姆磻獔?chǎng)所，其成本占了電堆的一半以上，“目前國內質(zhì)子交換膜、氣體擴散層等主要依賴(lài)進(jìn)口，拉高了成本，同時(shí)影響供應鏈安全?！?/span>
圍繞突破部分關(guān)鍵材料部件方面的“卡脖子”問(wèn)題，東方氫能依托長(cháng)壽命燃料電池四川省重點(diǎn)實(shí)驗室，自主開(kāi)發(fā)性能領(lǐng)先的膜電極產(chǎn)品，部分指標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)，構建燃料電池核心原材料及核心零部件企業(yè)集群。
在系統部件空壓機方面，位于成都市新都區的勢加透博(成都)科技有限公司也在奮力突破。此前，勢加透博研制的氫燃料電池無(wú)油離心空壓機，成功打破國外壟斷，截至去年底交付全球客戶(hù)超過(guò)18000臺。該公司已突破高性能氣動(dòng)設計等六大技術(shù)瓶頸，實(shí)現空壓機每分鐘3萬(wàn)轉甚至10萬(wàn)轉的轉速。
“目前正持續加大在小型高速離心壓縮機技術(shù)上的升級迭代?！惫矩撠熑私榻B，下一步將推進(jìn)低能耗空壓機的研制和測試平臺建設，在更多關(guān)鍵設備國產(chǎn)化方面實(shí)現突破。
總的來(lái)說(shuō)，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)成為了全球范圍內的研究熱點(diǎn)。在中國這樣一個(gè)擁有豐富氫資源的國家來(lái)說(shuō)，發(fā)展氫燃料電池產(chǎn)業(yè)更是具有重要的戰略意義。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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