氢燃料电池城市客车产业化研究

xjmru

我国在十五发展规划中明确提出要发展新能源，加大能源的使用率，降低污染。发展低能耗、低排放及低噪音的清洁燃料汽车。这既是汽车产业的发展方向，又是合理利用新能源和保护环境的新举措。上海申龙客车有限公司基于内外形势的分析考虑，积极推进氢燃料电池公交的产业化研究，并于2007年底开发了“神力一号”氢燃料电池城市客车。

   1 氢燃料电池公交车的优点

   燃料电池技术是以氢气或富氢气体为燃料，在催化剂作用下与氧气化合生成水，同时放出电能的过程。氢燃料不但能从石油、钢厂等企业收集提炼工业副产氢，也可以通过煤电、水电甚至太阳能、风能等进行转化，来源较广泛，是一种可持续发展的能源资源。



   和电力相比，氢气可以采用管道或其他工具运输，不会受到电力网的限制，车辆使用也不会受电力错峰的影响和充电时间的限制，如果加氢站逐步建设，会比电力车更适合长距离使用。另外，相对于油电混合公交，氢燃料电池能做到真正的零排放，且不再消耗石油这一不可再生资源，对保持经济的可持续发展具有重要意义，更适合用作动力源并受到各国普遍重视。

   公交车氢电的转化，是通过电池产生的，质子交换膜燃料电池（示意图见图1）具有无污染、效率高、无噪声、工作温度低、可不间断工作等优点。相对其他形势的电池，PEMFC无需充电，只需添加燃料，即可继续运行，产生的唯一排放物是水，真正实现了零排放，能量转换率高达60%以上，实际使用效率则是普通内燃机的2～3倍。因此成为我们开发公交车的首选。

   2 我国发展氢燃料电池公交车的可行性

   2.1 国家政策支持发展

   众所周知：我国是贫油大国，每年原油的进口量达近2亿t，占使用量的50％以上，寻找经济的可替代能源刻不容缓，国家863计划中，明确提出了发展新能源技术作为我国高科技研究发展的重点，并配备相关技术和资金资源。



   另外，地方各级政府根据自身的基础和条件，采取开辟高新技术工业园、联合运作公交示范运营线，扶持相关新能源产业建设等一系列措施，鼓励和引导新能源的利用。因此，现阶段发展氢燃料电池公交车已具备了政策条件。

   2.2 市场需求容量大

   随着我国“城市化”速度的加快，“公交优先”政策的执行，城市公交运输车辆使用量在近几年迅猛增长，国家相关部门统计数据表明，全国公交车市场保有量达到了30万辆，且以每年近10％的速度增长。公交客车大量使用带来了巨大的燃油消耗，年消耗燃油量高达400万t，合人民币近260亿元。因此如果氢燃料电池等新能源公交车能够产业化，将为我国节约大量的资金。可以说，市场已经具备了容纳氢燃料电池等新能源公交车的条件。



   2.3 技术成熟

   在国外很早就已经有氢燃料电池客车，其技术水平早已成熟，如果全部采用国外引进技术，不但投入成本大，而且还会遏制我国自身技术水平的发展。目前氢燃料电池的研究有了国家政策的支持，已经取得了相应的成果。通过《氢燃料电池技术（氢能）专利文献大全》可以看出，我国的质子交换膜燃料电池技术已经实施和完成了国家“九•五”重大科技（攻关）计划项目“30kW质子交换膜燃料电池动力系统研制”专题，已经具有设计、生产0.1～150kW功率燃料电池发动机的能力。部分发动机已经与部分客车企业的公交产品搭配试装，完成了整车与电池动力模块的匹配设计与安装、动力模块与车辆控制系统合理布置等一系列工作，在上海、北京、苏州等地还开辟了示范运营线进行车辆的试运行。

   由此可见，我国在燃料电池技术研发与产业化方面都取得了突破性的进展，产业化进程已初步具备了技术上的条件。

   2.4 国产化燃料电池发动机性价比高

   燃料电池发动机（见图2）中的空气供应子系统是整个燃料电池发动机辅助系统中本身消耗功率最大的器件。目前，国际上从事质子交换膜燃料电池研究开发的大公司包括加拿大Ballard Power Systems、美国的通用汽车公司等，在燃料电池发动机研究开发上均采用高压（相对压力≥2大气压）运行的技术路线，高压运行的燃料电池发动机中的空压机功耗大，超过整个发动机输出功率的20%，且噪声大，价格高，同时与高压运行相配套的管路、阀门、控制系统也价格极高。其中因高压运行引起的氢气泄漏的危险性增加，因氢、氧的压力在电池内部控制不平衡也容易导致电极击穿引起寿命缩短。

   我国自行研发的常压空气、低压氢气状态氢能源燃料电池发动机技术，采用国产化的常压鼓风机空气输送装置，不但功耗小（大约是整个发动机输出功率的5%），且价格便宜，易产业化。燃料电池也减少了因高压氢气泄漏带来的危险，提高了主动安全性和产品可靠性；燃料电池工作寿命长，工作噪声低；同时因鼓风机常压运行，其他零部件也价低易得，有利于产业化。

   产品可靠性方面，采用我国自主研发的第三代氢燃料电池城市客车发动机的城市客车，自2005年8月以来，已累计运行达到4.5万km，运行时间已达2000h，性能几乎没有衰减，目前仍在正常示范运行中。国产化水平和可靠性得到了有效的验证。

   2.5 社会效益和使用经济性

   燃料电池客车发动机与柴油发动机制造成本和使用成本的比较如表1、表2所示。

   通过以上的数据分析，现阶段我国已经具备氢燃料电池产业化的基本条件，可实施小规模示范运营。

   3 产业化过程中取得的成果与遇到的问题

   3.1 取得的主要成果

   (1）目前上海申龙已与相关燃料电池厂家协作，已经成功完成SLK6113氢燃料电池公交的试制工作，各项指标均通过了国标的检测，达到了设计的要求。

   (2）2008上海客车展览会上展出我们的氢燃料电池城市客车后，一直通过路试检测、运行了近2000km，最高时速仍达90km以上，性能指标基本保持新车状态。

   (3）政府部门沟通，配合新能源的推广使用工作，正在争取在上海取得示范运营的资质，为积累小批量生产经验作准备。

   3.2 产业化过程中问题

   3.2.1 解决氢的制备、储存与运输等具有挑战性的技术难题

   （1）试制过程和试运行过程中，氢气不难取得，但如果产业化形成规模，用气量大增，氢气的制备将成为问题。氢气虽然可以通过电解水取得，但如果电解水的电能仍以化石燃料（如石油、天然气）为基础来获取，并未从根本上解决对燃油的依赖。使用火电（煤炭）来制氢目前来说可行，但也没有改变燃烧煤炭带来的温室效应。因此，现阶段急需找到一种合适的制氢方式，解决大规模使用前的难题。

   （2）由于氢常温常压下为气态，因此在车上如何携带氢也就成为一大难题。目前，采用将氢加压700kg，使之变成液态，用耐压的复合材料瓶储存。但钢瓶储存氢气的容积小且有爆炸的危险，并需要绝热装置来隔热。而利用储氢合金（金属氢化物）来储存氢气尚在研究阶段，付诸实施尚需时日。

   （3）加气站的建设成本较高。以上海一加氢站为例，占地仅约2亩的建造成本已达2000万元以上。因此需要政府的相关政策引导和资金的扶持，才有可能解决这一问题。

   3.2.2 氢燃料电池公交车的制造成本和电池的使用成本控制

   虽然燃料电池公交大部分零件可以通过国产化来降低成本，但相对与化石燃料发动机，每千瓦所需的资金还是比较高，特别是未形成规模生产时，5～6倍以上的资金投入让购车者一时无法接受，因此，降低燃料电池成本，特别是寻找电池中催化触媒的经济性替代材料，是目前解决产品成本控制的关键。

   4 结束语

   近年来，随着油价的一路飙升，用油大户——公交公司对使用新燃料的呼声日益高涨，我们作为已经具备一定产业化条件的客车生产企业，将和燃料电池制造企业紧密配合，利用已有的条件，逐步解决存在的问题，争取在短时间内推出批量产品。

mizhongquan

针对“氢燃料电池城市客车产业化研究”的帖子回复如下：

氢燃料电池城市客车作为一种绿色出行方式，其产业化研究具有重要意义。当前，氢燃料电池技术日趋成熟，在客车领域的应用逐渐普及。其产业化的关键包括核心技术研发、成本降低、基础设施建设等方面。未来，随着技术突破和政策支持，氢燃料电池城市客车将实现大规模产业化，成为公共交通领域的重要发展方向。我们团队将持续关注并深入研究相关技术，推动氢燃料电池城市客车的产业化进程。