應(yīng)用多儲能、多氫能系統(tǒng)分布式混合動力供能方案,時速160公里

0、10、20……160，列車駕駛室顯示器上的數(shù)字順利攀升到了160公里/小時。車廂里，中車長春軌道客車股份有限公司（以下簡稱中車長客）國家軌道客車工程研究中心新技術(shù)研究部副部長王健難掩激動心情：“這是最后一次試驗了。這次試驗成功，標(biāo)志著氫能在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用取得新突破?！?/p>

日前，由中車長客自主研制的我國首列氫能源市域列車在位于吉林省長春市的中車長客試驗線進行了運行試驗，列車成功以時速160公里滿載運行，實現(xiàn)了全系統(tǒng)、全場景、多層級的性能驗證，向氫能源的廣泛應(yīng)用又進一步。

這次試驗的氫能源市域列車由中車長客自主研制，于2022年12月在成都下線，列車采用四輛編組，最高運行時速為160公里，列車內(nèi)置氫能動力系統(tǒng)，為車輛運行提供動力源。

王健介紹說：“這次測試的項目包括整車的平穩(wěn)性、動力系統(tǒng)的工作狀態(tài)、車輛能耗、加速度性能等。”

試驗過程中，列車每公里實際運行平均能耗僅為5千瓦時，達到國際領(lǐng)先水平，最高續(xù)航里程可達1000公里以上。“這種列車是介于地鐵和高鐵之間的交通工具，最佳運行區(qū)間距離為30公里—500公里?！蓖踅≌f。

不同于傳統(tǒng)列車依靠化石能源或從接觸網(wǎng)獲取電能驅(qū)動，這次成功達速運行的首列氫能源市域列車應(yīng)用了多儲能、多氫能系統(tǒng)分布式的混合動力供能方案，同時，采用中車長客自主開發(fā)的氫電混動能量管理策略和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了整車控制的深度集成，可大幅提高能量利用效率。

王健介紹說：“此次試驗首次驗證了氫能源列車在零下25攝氏度—35攝氏度環(huán)境溫度下的實際性能，試驗結(jié)果中各指標(biāo)均達到車輛設(shè)計要求?！?/p>

業(yè)內(nèi)人士表示，本次試驗是我國軌道交通行業(yè)在氫能源技術(shù)研發(fā)應(yīng)用中的重要里程碑，將進一步助推高端交通載運裝備關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)自主可控，為我國交通載運裝備加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力提供科技支撐。

近年來，我國氫能產(chǎn)業(yè)尤其是氫能交通工具的發(fā)展明顯提速。2022年，北京冬奧會期間使用了約1000輛氫燃料電池汽車，這是迄今為止全球最大規(guī)模的一次氫燃料電池汽車示范運營。

2023年，在北京市大興區(qū)，10輛氫燃料電池公交車在40路車隊正式“上崗”。山東省青島市一家氫能源車生產(chǎn)廠負(fù)責(zé)人近日表示，今年，他們已經(jīng)銷售了270輛氫能源車，相比去年同期銷售的45輛，銷量可謂大幅增加。

中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2021年和2022年，中國氫燃料電池汽車的銷量分別為1586輛和3367輛。2023年，中國氫燃料電池汽車產(chǎn)銷量分別約為5600輛和5800輛，同比分別增長55.3%和72%，產(chǎn)、銷增長同步提速。亦有數(shù)據(jù)顯示，2023年我國氫能源車產(chǎn)銷量分別約5600輛、5800輛，同比分別增長55%、72%左右。

各種政策支持之下，氫能源車將進入放量提速期。根據(jù)國家發(fā)改委、國家能源局此前的規(guī)劃部署，到2025年，氫燃料電池車輛保有量將達到5萬輛。

到2050年，氫能源需求量將是目前的10倍，我國尚需補齊基礎(chǔ)設(shè)施短板。

在向“雙碳”目標(biāo)前進的路上，憑借清潔低碳、靈活高效的優(yōu)點，氫能發(fā)展駛?cè)搿翱燔嚨馈?。今年全國兩會期間，加快氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展首次被寫入政府工作報告，這意味著，其已成為我國積極培育的新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)的方向之一。

據(jù)香橙會氫能數(shù)據(jù)庫不完全統(tǒng)計，截至2023年10月底，全國發(fā)布?xì)淠芟嚓P(guān)政策超過900項，其中，國家層面就有150多項。全國已有27個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）出臺省級氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。隨著技術(shù)的發(fā)展，氫能、氫燃料的未來發(fā)展趨勢如何？氫能應(yīng)用又面臨哪些瓶頸？

“氫的應(yīng)用范圍很廣，既可以作為工業(yè)原料，用于冶金、化工等領(lǐng)域；也可作為燃料，用于交通運輸及發(fā)電領(lǐng)域?！敝袊茉囱芯繒δ軐Ｎ瘯瘑T劉堅告訴記者，不同于水能、風(fēng)能、太陽能等一次能源，氫能屬于二次能源。“雖然使用綠電非常環(huán)保，但在一些行業(yè)比如水運、航空等，電動化存在較大技術(shù)障礙，相比之下，氫能的應(yīng)用場景更加豐富?！?/p>

不論是氫燃燒還是氫燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)，最終的產(chǎn)物只有水，沒有污染物及碳排放，可謂真正實現(xiàn)“低碳”甚至“零碳”。此外，根據(jù)中國氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)，氫熱值較高( 140.4MJ/kg )，是同質(zhì)量焦炭、汽油等化石燃料熱值的3倍—4倍，其燃料電池綜合轉(zhuǎn)化效率可達90%以上。

很多業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，氫能是推動傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展的理想媒介，是實現(xiàn)交通運輸、工業(yè)和建筑等領(lǐng)域大規(guī)模深度脫碳的有力選擇。特別是與可再生能源發(fā)電結(jié)合，利用電解水制取“綠氫”，不僅能實現(xiàn)全生命周期綠色清潔，更拓展了可再生能源的利用方式。

根據(jù)國際氫能源委員會發(fā)布的《氫能源未來發(fā)展趨勢調(diào)研報告》，預(yù)計到2030 年，全球燃料電池乘用車將達到1000萬輛至1500萬輛；到2050年，氫能源需求量將是目前的10倍。

我國具有良好的制氫基礎(chǔ)與大規(guī)模的應(yīng)用市場，發(fā)展氫能優(yōu)勢顯著。加快氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展是助力我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要路徑。在國家發(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)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》中，氫能被確定為未來國家能源體系的重要組成部分和用能終端實現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體，氫能產(chǎn)業(yè)被確定為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向。

據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)計，到2050年，氫氣需求量將接近6000萬噸，可實現(xiàn)二氧化碳減排約7億噸，氫能在我國終端能源體系中占比超過10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值可達12萬億元。

“我國是全球最大的氫能生產(chǎn)國和消費國，每年氫氣產(chǎn)量高達3500萬噸，基數(shù)巨大。”劉堅指出，“但目前氫能產(chǎn)品主要是依托化石能源生產(chǎn)的灰氫。隨著各行業(yè)減碳行動的日益深入，未來，氫能需求還將持續(xù)增長，尤其是清潔低碳的綠氫比例將會大大提高?！?/p>

據(jù)介紹，目前根據(jù)制取方式和碳排放量的不同，氫能主要分為灰氫、藍氫和綠氫三種。通過化石燃料（天然氣、煤等）轉(zhuǎn)化反應(yīng)的方式制取的氫氣被稱為“灰氫”；在灰氫的基礎(chǔ)上，應(yīng)用碳捕捉、碳封存等技術(shù)將碳保留下來，而非排入大氣的方式制取的氫氣被稱為“藍氫”；通過光電、風(fēng)電等可再生能源電解水的方式制取的氫氣被稱為“綠氫”，綠氫在制取的過程中基本不會產(chǎn)生溫室氣體，因此也被稱為“零碳?xì)錃狻薄?/span>

據(jù)中國氫能聯(lián)盟研究院預(yù)計，遠(yuǎn)期（2060年）超過75%的氫氣供應(yīng)將來自綠氫。

劉堅介紹，近年來，我國氫能利用領(lǐng)域發(fā)展很快，在氫燃料商用車、氫燃料電池領(lǐng)域已取得明顯進展。

然而，我國在綠氫制取方面進展并不突出，一方面，制氫技術(shù)有待進步；另一方面，大規(guī)模、長距離的氫儲運也是一個短板。

“事實上，與其他發(fā)達國家相比，我國也有自己的優(yōu)勢。”劉堅告訴記者，國內(nèi)風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電資源比較豐富的地區(qū)，綠氫的生產(chǎn)成本更低。“但這些地方大多地處偏遠(yuǎn)，需要儲存、運輸綠氫。氫儲運在全球范圍都是難題，這在某種程度上也限制了我國綠氫的發(fā)展。此外，氫氣供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施也是短板，需要補齊。”

劉堅介紹，目前歐洲嘗試使用管道運輸氫氣，我國目前有幾家央企也在嘗試使用管道方式進行氫氣的長距離運輸。

在今年全國兩會上，川渝全國政協(xié)委員聯(lián)名提交了關(guān)于氫能的提案，呼吁創(chuàng)建國家燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群，并將成渝氫走廊區(qū)域納入示范應(yīng)用城市群，支持兩地沿城際干線加快建設(shè)氫能基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)氫燃料電池汽車規(guī)?；\營。

民建山西省委副主委、呂梁市政協(xié)副主席、民建呂梁市委主委李慧義建議，將山西省作為構(gòu)建多元制氫體系的試點省，由呂梁市牽頭，聯(lián)合太原、大同、長治、臨汾“1+4”個城市，將之列入國家“燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群”予以支持。

2020年以來，財政部、工信部等五部委批復(fù)5個氫燃料電池汽車示范城市群，“以獎代補”給予支持。

在北京億華通科技股份有限公司董事長張國強看來，氫能行業(yè)規(guī)模尚有很大的發(fā)展空間?！澳壳耙勋@批的五大城市群41座城市，4年示范期內(nèi)合計計劃推廣約3.5萬輛燃料電池汽車，年均推廣量不足萬臺。此外，氫能在儲能、發(fā)電、冶金、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用，尚處于市場應(yīng)用早期階段，未形成規(guī)模化，難以支撐氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展?！?/p>

張國強指出，氫氣來源范圍小，制氫規(guī)模不足，尤其是綠氫尚未形成規(guī)?；a(chǎn)，造成氫氣供應(yīng)不足，氫氣價格偏高。同時，氫能儲運以高壓氣態(tài)方式為主，氫氣儲運效率低，加氫基礎(chǔ)設(shè)施等不健全，這些因素阻礙了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

為響應(yīng)國家號召，我國已有多個省份相繼發(fā)布相關(guān)政策規(guī)劃推動氫能產(chǎn)業(yè)積極發(fā)展。

北京市、上海市、廣東省作為第一批燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群所在地，持續(xù)推進氫能科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)鏈一體化協(xié)同發(fā)展、重點技術(shù)攻關(guān)等工作。河北省、河南省作為第二批示范應(yīng)用城市群所在省份，也在加強加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，積極推廣燃料電池汽車的普及應(yīng)用，完善政策體系。

四川、江蘇、山東、福建等多個省份也公布了加氫站、燃料電池汽車等具體規(guī)劃目標(biāo)。

以2025年為節(jié)點，共有北京、廣東、廣西、貴州、海南、河北、河南及內(nèi)蒙古等8個省（自治區(qū)、直轄市）公布了定量的制氫產(chǎn)能目標(biāo)，合計為226.7萬噸/年；甘肅、海南、河北、吉林、江西、寧夏、青海及內(nèi)蒙古等8個?。ㄗ灾螀^(qū)），公布了定量的綠氫產(chǎn)能目標(biāo)，合計為107.1萬噸/年。此外，有27個省市披露了加氫站建設(shè)計劃，擬建設(shè)數(shù)量合計約1264座。

中國工程院院士、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心副主任賀泓：

柴油車排放實現(xiàn)碳中和有一個三步走路線：短期，可提高柴油機熱效率，優(yōu)化排放后處理系統(tǒng)，實現(xiàn)CO2與污染物協(xié)同減排；中期，發(fā)展碳中性燃料摻燒及相應(yīng)排放后處理技術(shù)，實現(xiàn)柴油機的部分乃至全部碳中和；長期，發(fā)展碳中性/零碳燃料直接燃燒技術(shù)、重整制氫燃料電池技術(shù)，實現(xiàn)徹底碳中和。

河南大學(xué)學(xué)術(shù)副校長傅聲雷：

當(dāng)前，西部省份新能源發(fā)電能力會出現(xiàn)階段性過剩，儲存新能源發(fā)電量較好的途徑是制氫。全國溫室氣體自愿減排交易雖已啟動，但目前交易品種較少。為鼓勵制氫和用氫產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，建議盡快把綠氫制備和用氫納入國家碳匯交易平臺資源，采用自愿減排機制等交易方案，對綠電制氫和用氫產(chǎn)業(yè)鏈給予支持。

隆基綠能董事長鐘寶申：

建議鼓勵可再生能源制氫，支持離網(wǎng)制氫項目申報。政府對項目申報應(yīng)給予相應(yīng)政策支持和稅收補貼，開通離網(wǎng)制氫項目申報流程綠色通道，將綠氫和綠氫化工納入綠色金融重點支持對象，降低綠氫項目貸款利率以及土地、稅收等成本。明確政策要求，促進綠氫多應(yīng)用場景落地。

2019年

國務(wù)院首次將“推動充電（加氫）等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”寫入當(dāng)年政府工作報告，氫能源迎來發(fā)展新篇章。

2022年3月

國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》（下稱《規(guī)劃》），氫能發(fā)展國家級頂層設(shè)計正式落地。

按照《規(guī)劃》，到2025年，我國氫燃料電池車輛保有量將達到5萬輛，并完成部署建設(shè)一批加氫站，可再生能源制氫量達到10萬噸/年—20萬噸/年，成為新增氫能消費的重要組成部分，實現(xiàn)二氧化碳減排100萬噸/年—200萬噸/年；到2030年，形成較為完備的氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系、清潔能源制氫及供應(yīng)體系，產(chǎn)業(yè)布局合理有序，可再生能源制氫廣泛應(yīng)用，有力支撐碳達峰目標(biāo)實現(xiàn)。

2023年7月

國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會、國家發(fā)改委、工信部等六部門聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2023版）》（以下簡稱《指南》），成為首個國家層面的全產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南。

《指南》明確了近3年國內(nèi)國際氫能標(biāo)準(zhǔn)化工作重點任務(wù)，提出到2025年，制修訂氫能國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)30項以上；轉(zhuǎn)化國際標(biāo)準(zhǔn)5項以上，提出新提案3項以上。

2024年1月

海南省印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2023—2035年）》。至此，國內(nèi)已有28個?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）出臺省級氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。