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          氫氣汽車,能否異軍突起?
          2021-11-15

              “在新能源汽車的發展版圖中,還有一種驅動模式悄然興起,這就是氫燃料電池驅動。氫燃料電池驅動汽車擁有遠超電力驅動汽車的續航里程,充電3分鐘開車24小時將不再是夢想?!?/p>


              01超出想象的續航


              氫燃料電池汽車是指以氫燃料電池系統或氫燃料電池和動力電池構成的混合系統為主要動力源的汽車。氫燃料電池是利用氫元素,將化學能直接轉化為電能的裝置,也可以把它理解為一個氫發電機。它跟傳統動力電池的區別在于,傳統動力電池在能量轉化時,能量直接存儲在電池里,而氫燃料電池產生的能量則是存儲在氫罐里。


              從能量密度來講,氫能約是鋰電池的120倍。從能量重填速度來說,氫燃料電池的能量重填其實就是加氫,這個過程兩三分鐘就可以完成,而為電動汽車電池充電,最快也要15min。


              舉一個典型的例子,在乘用車領域,豐田Mirai的續航里程可以達到650km,本田CLARITY的續航里程可以達到750km。在氫燃料電池汽車更具優勢的載重領域,美國尼古拉公司的重型貨車,它的續航里程可以達到1900km,這是傳統汽車所不能企及的。


              02安全性能一流水準


              從專業角度看,用于新能源汽車的氫燃料非常安全。


              首先,氫作為地球上最輕的一種物質,是極易逃逸或者擴散掉的,非常不容易聚集。從燃料和爆炸的角度來說,相對于汽油,氫更不易燃燒,更不易爆炸。燃油汽車在剛剛誕生的時候,大家覺得它非常危險,但到今天已經沒有人覺得燃油汽車非常危險了,氫燃料電池汽車也是一樣的道理。


              其次,隨著技術的不斷完善,我國也不斷完善了氫源基礎設施的標準化工作。從制氫的《甲醇轉化變壓吸附制氫系統技術要求》(GB/T34540-2017)、《水電解制氫系統技術要求》(GB/T19774-2005)等,到儲運的《氫氣儲存輸送系統 第1部分:通用要求》(GB/T34542.1-2017)等,再到加氫設備的《燃料電池電動汽車 加氫口》(GB/T26779-2021)和《燃料電池電動汽車 加氫槍》(GB/T34425-2017)等,這些標準逐步規范了制、儲、運以及相應的技術條件,保障了產業鏈的有序和安全。


              最后,從氫燃料電池汽車本身結構來說,在氫罐和氫系統的基礎上,加裝了三級報警和多級的傳感裝置,當氫罐和整個系統因為撞擊等造成溫度過高時,閥門將自動打開,在幾秒鐘內排空氫罐,將爆炸隱患盡可能降到最低。


              03零碳制氫更加環保


              現在,歐洲大多數加氫站采用環保的可再生能源(風能、太陽能等)結合電解水現場制氫的方式制氫,再利用壓縮機將氫氣以高壓的形式儲存在儲罐中,并通過加注機向氫燃料電池汽車中加注。相比之下,此階段我國則采用大量來自鋼鐵煤炭企業的廉價副產——氫(近千萬噸),涉及焦爐煤氣、合成氨、甲醇、氯堿等,通過純化加壓,再將高純氫氣運輸到加氫站。后續我國將通過CCS等技術逐步實現低碳制氫,中長期目標是掌握歐洲的可再生能源結合電解水技術的零碳制氫,也就是“綠氫”技術。


              從能量密度上來說,天然氣約和汽油相當,氫氣是天然氣的3倍,所以與天然氣相比,氫能是一個更好的替代能源。


              另外,天然氣的主要成分是甲烷,其在燃燒或使用過程中產生的二氧化碳會加劇地球溫室效應。從環保角度來說,氫能也是一個更好的能源。


              04核心技術有待突破


              目前,我國氫燃料電池汽車制造也存在很多不足。比如氫燃料電池系統的BOP核心部件(尤其是空氣壓縮機、氫氣循環泵、儲氫瓶等),技術水平與發達國家有一定差距。在空氣壓縮機方面,雖然以勢加透博為代表的空壓機企業已部分實現國產化,但在高轉速(特別是≥120000rmp的離心式空壓機)、高升壓比、低噪音的高端空壓機領域仍未形成成熟的產品開發及工程化能力。我國需要通過使用高速/超高速永磁同步電機和軸承技術來解決傳統空壓機轉速低、噪音大及升壓比低等短板問題,研制高速離心式空壓機,實現空壓機高轉速、低噪聲和高升壓比;通過優化氣動設計、氣浮軸承和電機,實現空壓機寬流量穩定工作及快速響應,最終使產品的性能指標達到國際領先水平。


              在氫氣循環泵方面,目前市場大量使用的仍是國外產品,我國仍處于發展期。我國非常有必要建成自主可靠、國內領先、耐低溫、低泄漏、高耐久性的氫氣循環系統,尤其是要將引射器等新技術應用于氫氣循環系統中,并實現全工


              況的大隱射流動。另外,我國還要實現涉氫閥門、傳感器等的國產化,通過合理布局與設計實現排氫、水分等零部件的集成,以及模塊、連接件的簡化,建立高效、低成本、批量化的氫氣循環系統。


              在儲氫瓶方面,由于我國現階段的技術法規主要針對35Mpa/70Mpa的Ⅲ型儲氫瓶,與國際上主流的70MpaⅣ型(質量儲氫密度更高、壽命更高、整體結構更強)儲氫瓶有較大差異。為保障更廣泛產品的裝車示范運行,我國需要盡快完善70MpaⅣ型儲氫系統的研究,通過相應的檢測重新修訂標準閾值,縮短與國外技術的差距。


              05結語


              合國家政策導向及產業發展態勢,當下的氫燃料電池汽車與純電動汽車初期發展極為相似。因此,在突破主要技術瓶頸達到商業化門檻之后,氫燃料電池汽車或將迎來一個全新的發展高峰。


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