氫能汽車(chē)啟動(dòng)綠色出行

楊福源，清華大學(xué)長(zhǎng)聘教授、博士生導(dǎo)師，清華大學(xué)車(chē)輛學(xué)院氫能與燃料電池學(xué)科責(zé)任教授，清華大學(xué)—豐田氫能與燃料電池汽車(chē)聯(lián)合研究中心主任，中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)理事及發(fā)動(dòng)機(jī)分會(huì)主任。

主要從事新能源動(dòng)力系統(tǒng)控制及制氫和氫安全研究，率先開(kāi)展高壓PEM電解水制氫技術(shù)研究，致力于提升整個(gè)制氫系統(tǒng)的綜合效率。作為國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)——“氫能出行”關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)整合、打通氫能全產(chǎn)業(yè)鏈條，并在冬奧會(huì)期間開(kāi)展大規(guī)模集中式的氫能應(yīng)用示范。

氫氣被認(rèn)為是清潔多能的能源載體，在人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展能源體系中占據(jù)著重要位置。清華大學(xué)領(lǐng)銜的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)——“氫能出行”關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范科研項(xiàng)目組，以服務(wù)2022年北京冬奧會(huì)為契機(jī)，著力突破“氫能出行”制—儲(chǔ)—運(yùn)—加—用的全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)和安全保障技術(shù)，是迄今為止全球最大規(guī)模的氫燃料電池汽車(chē)及氫能基礎(chǔ)設(shè)施的示范項(xiàng)目，在中國(guó)乃至世界氫能發(fā)展史中都具有重要意義。日前，項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人楊福源教授講述了氫能汽車(chē)如何助力北京冬奧實(shí)現(xiàn)零碳綠色出行。

問(wèn)：綠色出行方式那么多，為什么北京冬奧會(huì)選擇使用氫燃料汽車(chē)？

楊福源：2008年北京奧運(yùn)會(huì)時(shí)，清華大學(xué)歐陽(yáng)明高院士領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)就開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)燃料電池大客車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)，并且有三輛車(chē)做了示范。經(jīng)過(guò)10多年國(guó)內(nèi)高校還有企業(yè)界共同努力，目前燃料電池大客車(chē)的技術(shù)水平基本可以滿足商業(yè)化運(yùn)行，這是第一個(gè)條件。

第二，燃料電池大客車(chē)的攜能密度比較高，攜帶的能量比較多。在天氣寒冷車(chē)輛耗能較大的情況下，燃料電池大客車(chē)和電動(dòng)車(chē)相比，雖然兩個(gè)應(yīng)用階段都是零碳排放，燃料電池大客車(chē)就有它的優(yōu)勢(shì)。北京冬奧會(huì)舉辦地張家口、延慶，還有北京，氣溫極限值有可能到零下35攝氏度，這樣寒冷的天氣下，燃料電池大客車(chē)因?yàn)槟芰慷啵m(xù)駛里程就相對(duì)較長(zhǎng)，同時(shí)它還能提供快速熱管理，25分鐘內(nèi)車(chē)廂速熱可至10攝氏度，可滿足保暖需求。所以它也是一個(gè)展示我國(guó)綠色科技的平臺(tái)，而北京冬奧會(huì)一個(gè)重要理念就是綠色辦奧，燃料電池客車(chē)都貼合了這些理念，所以是一個(gè)非常好的選擇。

問(wèn)：目前氫能出行項(xiàng)目進(jìn)展如何？

楊福源：氫能出行從車(chē)輛角度來(lái)講，我們項(xiàng)目組至少開(kāi)發(fā)三款車(chē)型滿足續(xù)駛里程的要求，滿足極寒天氣下高原陡坡的行駛工況要求等。同時(shí)示范車(chē)的數(shù)量比較多，我們項(xiàng)目?jī)?nèi)至少200輛，但實(shí)際上冬奧會(huì)總的燃料電池車(chē)將近1000輛。這么大的燃料電池車(chē)隊(duì)需要用氫，所以項(xiàng)目里面也會(huì)建設(shè)加氫站，我們項(xiàng)目里有5座加氫站。有加氫站，就要運(yùn)氫，相應(yīng)的還有配套制氫工廠。所以，這是一個(gè)氫氣的制—儲(chǔ)—運(yùn)—加—用以及全鏈條信息監(jiān)控的項(xiàng)目，是關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和示范應(yīng)用的項(xiàng)目。

目前，我們?nèi)剂想姵剀?chē)型的開(kāi)發(fā)都已完成，生產(chǎn)的車(chē)輛已經(jīng)交付張家口公交、北京公交和北京水木通達(dá)運(yùn)輸公司等為冬奧提供服務(wù)的單位。加氫站也基本就緒，我們?cè)谘討c中石油的金融加氫站做了70兆帕的連續(xù)加注實(shí)驗(yàn)，主要是測(cè)試加氫站的連續(xù)保障能力，在我們?cè)O(shè)計(jì)的極限工況下，有10輛車(chē)連續(xù)做加注。從檢測(cè)數(shù)據(jù)看，我們加氫站在70兆帕的加注能力上全球第一。當(dāng)然，還有運(yùn)行車(chē)等一些配套工作都在向前推進(jìn)，包括全面的信息監(jiān)控也都在推進(jìn)。我們可以提供冬奧所需用氫的需求、車(chē)輛的需求，還有相關(guān)保障工作。

問(wèn)：要實(shí)現(xiàn)100%零碳排放，就需要100%的綠氫供應(yīng)，在北京冬奧會(huì)期間，為什么選擇電解水制氫這一技術(shù)路線？

楊福源：氫的來(lái)源現(xiàn)在主要有三種，第一一種是從化石能源而來(lái)，比如用煤制氫或天然氣制氫;第二種來(lái)源是工業(yè)的復(fù)產(chǎn)氫;第三種來(lái)源就是電解水制氫。這幾種來(lái)源里，前兩種都會(huì)涉及石化能源碳排放的問(wèn)題，這跟現(xiàn)在我國(guó)“雙碳”目標(biāo)并不一致。那就只有電解水制氫，水在催化劑的幫助下，利用電場(chǎng)作用分解成氫和氧。而電使用的也是綠色能源產(chǎn)生的電，比如光伏發(fā)電或者風(fēng)力發(fā)電。所以，電解水制出來(lái)的氫根本上是從哪來(lái)的呢？是太陽(yáng)給我們的，是光伏和風(fēng)力，不涉及任何石化能源，不產(chǎn)生任何碳排放，所以它是100%綠色的。

中石油金龍加氫站

問(wèn)：在北京冬奧會(huì)籌備和舉辦期間，以及賽后的各個(gè)使用環(huán)節(jié)，如何全鏈條保障和監(jiān)管綠氫的安全？

楊福源：氫的安全問(wèn)題全社會(huì)都很關(guān)心，也是產(chǎn)業(yè)界著力要攻克的一個(gè)問(wèn)題。氫的安全，跟氫分子量最小這一特性有關(guān)。因?yàn)榉肿恿孔钚。秃茈y被壓縮，而一旦泄漏會(huì)往上飄。同時(shí)，也因?yàn)榉肿恿孔钚。诟邏焊邷叵戮秃苋菀诐B透到其他材料當(dāng)中去，導(dǎo)致氫脆問(wèn)題出現(xiàn)，這些都是氫安全的特殊性。

氫的安全，分為事前安全、事中安全和事后安全三類(lèi)。事前安全主要就是產(chǎn)品，涉及氫的容器、氫的管路這類(lèi)跟材料緊密相關(guān)的安全。在這個(gè)過(guò)程中不要讓它發(fā)生氫脆，結(jié)構(gòu)上讓它能耐受足夠的強(qiáng)度而不會(huì)泄露，這可以通過(guò)產(chǎn)品認(rèn)證來(lái)保證它的可靠性。對(duì)普通民眾來(lái)講，大家遇到的氫安全風(fēng)險(xiǎn)，更多的就是氫的失蹤安全，這跟泄漏是緊密關(guān)聯(lián)的。

對(duì)此，只要做好“三防兩嚴(yán)”就可以，“三防”是防泄露、防集聚、防點(diǎn)火，“兩嚴(yán)”是嚴(yán)格氫源品質(zhì)、嚴(yán)格流程管理。這個(gè)環(huán)節(jié)里面最主要的，是早一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)泄漏和快速采取措施。第三類(lèi)安全就是事后的安全，一旦發(fā)生了氫的泄露、燃燒，消防上一般要求能燒不要爆，全力避免爆炸等。

加氫能力測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

在這三類(lèi)安全中，因?yàn)槎瑠W項(xiàng)目里車(chē)輛是示范運(yùn)行，跟民眾直接相關(guān)，所以它的泄漏安全是一個(gè)特別重要的問(wèn)題。我們項(xiàng)目組還專(zhuān)門(mén)做了實(shí)驗(yàn)，針對(duì)燃料電池大客車(chē)遭到側(cè)面碰撞時(shí)，會(huì)不會(huì)把氫氣瓶的防護(hù)裝置撞壞，以此來(lái)檢測(cè)我們的設(shè)計(jì)是不是到位。我們做了應(yīng)該是全世界第一例的燃料電池大客車(chē)70兆帕的氣瓶側(cè)碰的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明這個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是能夠保證安全的，側(cè)面撞擊對(duì)連接氣瓶沒(méi)有損害。

問(wèn)：在冬奧會(huì)之后，氫能出行項(xiàng)目還有哪些應(yīng)用？未來(lái)氫燃料電池汽車(chē)還將會(huì)有哪些發(fā)展前景？

楊福源：燃料電池汽車(chē)是氫能開(kāi)發(fā)的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，應(yīng)冬奧會(huì)而開(kāi)發(fā)的燃料電池大客車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品，以及產(chǎn)業(yè)鏈上的一些產(chǎn)品，在冬奧會(huì)后都可以用。比如成品大客車(chē)，延慶旅游觀光用車(chē)就可以消納，另外通過(guò)公共交通也可以消納。加氫站就不用說(shuō)了，有車(chē)在跑，加氫站一定是可以有用武之地的，只要車(chē)在運(yùn)行，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈就都能拉動(dòng)。

另一方面，在我國(guó)“雙碳”國(guó)際承諾之下，氫能應(yīng)用將會(huì)持續(xù)成為社會(huì)熱點(diǎn)，也將是科技研發(fā)的一個(gè)重點(diǎn)。我們項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的一些技術(shù)既會(huì)持續(xù)在本領(lǐng)域里應(yīng)用，也會(huì)轉(zhuǎn)移和擴(kuò)展到氫能相關(guān)的其他領(lǐng)域，比如電解水制氫的關(guān)鍵技術(shù)就不僅僅應(yīng)用于冬奧會(huì)，這只是冬奧背景下非常重要的行業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)階段。