應用多儲能、多氫能系統分布式混合動(dòng)力供能方案,時(shí)速160公里

0、10、20……160，列車(chē)駕駛室顯示器上的數字順利攀升到了160公里/小時(shí)。車(chē)廂里，中車(chē)長(cháng)春軌道客車(chē)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中車(chē)長(cháng)客）國家軌道客車(chē)工程研究中心新技術(shù)研究部副部長(cháng)王健難掩激動(dòng)心情：“這是最后一次試驗了。這次試驗成功，標志著(zhù)氫能在軌道交通領(lǐng)域應用取得新突破?！?/p>

日前，由中車(chē)長(cháng)客自主研制的我國首列氫能源市域列車(chē)在位于吉林省長(cháng)春市的中車(chē)長(cháng)客試驗線(xiàn)進(jìn)行了運行試驗，列車(chē)成功以時(shí)速160公里滿(mǎn)載運行，實(shí)現了全系統、全場(chǎng)景、多層級的性能驗證，向氫能源的廣泛應用又進(jìn)一步。

這次試驗的氫能源市域列車(chē)由中車(chē)長(cháng)客自主研制，于2022年12月在成都下線(xiàn)，列車(chē)采用四輛編組，最高運行時(shí)速為160公里，列車(chē)內置氫能動(dòng)力系統，為車(chē)輛運行提供動(dòng)力源。

王健介紹說(shuō)：“這次測試的項目包括整車(chē)的平穩性、動(dòng)力系統的工作狀態(tài)、車(chē)輛能耗、加速度性能等?！?/p>

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

不同于傳統列車(chē)依靠化石能源或從接觸網(wǎng)獲取電能驅動(dòng)，這次成功達速運行的首列氫能源市域列車(chē)應用了多儲能、多氫能系統分布式的混合動(dòng)力供能方案，同時(shí)，采用中車(chē)長(cháng)客自主開(kāi)發(fā)的氫電混動(dòng)能量管理策略和控制系統，實(shí)現了整車(chē)控制的深度集成，可大幅提高能量利用效率。

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

業(yè)內人士表示，本次試驗是我國軌道交通行業(yè)在氫能源技術(shù)研發(fā)應用中的重要里程碑，將進(jìn)一步助推高端交通載運裝備關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現自主可控，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(lái)，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(huì )期間使用了約1000輛氫燃料電池汽車(chē)，這是迄今為止全球最大規模的一次氫燃料電池汽車(chē)示范運營(yíng)。

2023年，在北京市大興區，10輛氫燃料電池公交車(chē)在40路車(chē)隊正式“上崗”。山東省青島市一家氫能源車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)負責人近日表示，今年，他們已經(jīng)銷(xiāo)售了270輛氫能源車(chē)，相比去年同期銷(xiāo)售的45輛，銷(xiāo)量可謂大幅增加。

中國汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì )數據顯示，2021年和2022年，中國氫燃料電池汽車(chē)的銷(xiāo)量分別為1586輛和3367輛。2023年，中國氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量分別約為5600輛和5800輛，同比分別增長(cháng)55.3%和72%，產(chǎn)、銷(xiāo)增長(cháng)同步提速。亦有數據顯示，2023年我國氫能源車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量分別約5600輛、5800輛，同比分別增長(cháng)55%、72%左右。

各種政策支持之下，氫能源車(chē)將進(jìn)入放量提速期。根據國家發(fā)改委、國家能源局此前的規劃部署，到2025年，氫燃料電池車(chē)輛保有量將達到5萬(wàn)輛。

到2050年，氫能源需求量將是目前的10倍，我國尚需補齊基礎設施短板。

在向“雙碳”目標前進(jìn)的路上，憑借清潔低碳、靈活高效的優(yōu)點(diǎn)，氫能發(fā)展駛入“快車(chē)道”。今年全國兩會(huì )期間，加快氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展首次被寫(xiě)入政府工作報告，這意味著(zhù)，其已成為我國積極培育的新興產(chǎn)業(yè)和未來(lái)產(chǎn)業(yè)的方向之一。

據香橙會(huì )氫能數據庫不完全統計，截至2023年10月底，全國發(fā)布氫能相關(guān)政策超過(guò)900項，其中，國家層面就有150多項。全國已有27個(gè)?。ㄗ灾螀^、直轄市）出臺省級氫能產(chǎn)業(yè)規劃。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，氫能、氫燃料的未來(lái)發(fā)展趨勢如何？氫能應用又面臨哪些瓶頸？

“氫的應用范圍很廣，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?huì )儲能專(zhuān)委會(huì )委員劉堅告訴記者，不同于水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等一次能源，氫能屬于二次能源?！半m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(dòng)化存在較大技術(shù)障礙，相比之下，氫能的應用場(chǎng)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，最終的產(chǎn)物只有水，沒(méi)有污染物及碳排放，可謂真正實(shí)現“低碳”甚至“零碳”。此外，根據中國氫能聯(lián)盟數據，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，其燃料電池綜合轉化效率可達90%以上。

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

根據國際氫能源委員會(huì )發(fā)布的《氫能源未來(lái)發(fā)展趨勢調研報告》，預計到2030 年，全球燃料電池乘用車(chē)將達到1000萬(wàn)輛至1500萬(wàn)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與大規模的應用市場(chǎng)，發(fā)展氫能優(yōu)勢顯著(zhù)。加快氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展是助力我國實(shí)現“雙碳”目標的重要路徑。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(cháng)期規劃（2021—2035年）》中，氫能被確定為未來(lái)國家能源體系的重要組成部分和用能終端實(shí)現綠色低碳轉型的重要載體，氫能產(chǎn)業(yè)被確定為戰略性新興產(chǎn)業(yè)和未來(lái)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向。

據中國氫能聯(lián)盟預計，到2050年，氫氣需求量將接近6000萬(wàn)噸，可實(shí)現二氧化碳減排約7億噸，氫能在我國終端能源體系中占比超過(guò)10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值可達12萬(wàn)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(wàn)噸，基數巨大?！?/span>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(zhù)各行業(yè)減碳行動(dòng)的日益深入，未來(lái)，氫能需求還將持續增長(cháng)，尤其是清潔低碳的綠氫比例將會(huì )大大提高?！?/p>

據介紹，目前根據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(guò)化石燃料（天然氣、煤等）轉化反應的方式制取的氫氣被稱(chēng)為“灰氫”；在灰氫的基礎上，應用碳捕捉、碳封存等技術(shù)將碳保留下來(lái)，而非排入大氣的方式制取的氫氣被稱(chēng)為“藍氫”；通過(guò)光電、風(fēng)電等可再生能源電解水的方式制取的氫氣被稱(chēng)為“綠氫”，綠氫在制取的過(guò)程中基本不會(huì )產(chǎn)生溫室氣體，因此也被稱(chēng)為“零碳氫氣”。

據中國氫能聯(lián)盟研究院預計，遠期（2060年）超過(guò)75%的氫氣供應將來(lái)自綠氫。

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

然而，我國在綠氫制取方面進(jìn)展并不突出，一方面，制氫技術(shù)有待進(jìn)步；另一方面，大規模、長(cháng)距離的氫儲運也是一個(gè)短板。

“事實(shí)上，與其他發(fā)達國家相比，我國也有自己的優(yōu)勢?！眲愿嬖V記者，國內風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電資源比較豐富的地區，綠氫的生產(chǎn)成本更低。“但這些地方大多地處偏遠，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，氫氣供應基礎設施也是短板，需要補齊?！?/p>

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(jìn)行氫氣的長(cháng)距離運輸。

在今年全國兩會(huì )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(chē)示范應用城市群，并將成渝氫走廊區域納入示范應用城市群，支持兩地沿城際干線(xiàn)加快建設氫能基礎設施，實(shí)現氫燃料電池汽車(chē)規?；\營(yíng)。

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，將山西省作為構建多元制氫體系的試點(diǎn)省，由呂梁市牽頭，聯(lián)合太原、大同、長(cháng)治、臨汾“1+4”個(gè)城市，將之列入國家“燃料電池汽車(chē)示范應用城市群”予以支持。

2020年以來(lái)，財政部、工信部等五部委批復5個(gè)氫燃料電池汽車(chē)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(cháng)張國強看來(lái)，氫能行業(yè)規模尚有很大的發(fā)展空間?！澳壳耙勋@批的五大城市群41座城市，4年示范期內合計計劃推廣約3.5萬(wàn)輛燃料電池汽車(chē)，年均推廣量不足萬(wàn)臺。此外，氫能在儲能、發(fā)電、冶金、化工等領(lǐng)域的應用，尚處于市場(chǎng)應用早期階段，未形成規?；?，難以支撐氫能產(chǎn)業(yè)可持續發(fā)展?！?/p>

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

為響應國家號召，我國已有多個(gè)省份相繼發(fā)布相關(guān)政策規劃推動(dòng)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(chē)示范應用城市群所在地，持續推進(jìn)氫能科技創(chuàng )新、產(chǎn)業(yè)鏈一體化協(xié)同發(fā)展、重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)等工作。河北省、河南省作為第二批示范應用城市群所在省份，也在加強加氫站等基礎設施建設，積極推廣燃料電池汽車(chē)的普及應用，完善政策體系。

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

以2025年為節點(diǎn)，共有北京、廣東、廣西、貴州、海南、河北、河南及內蒙古等8個(gè)省（自治區、直轄市）公布了定量的制氫產(chǎn)能目標，合計為226.7萬(wàn)噸/年；甘肅、海南、河北、吉林、江西、寧夏、青海及內蒙古等8個(gè)?。ㄗ灾螀^），公布了定量的綠氫產(chǎn)能目標，合計為107.1萬(wàn)噸/年。此外，有27個(gè)省市披露了加氫站建設計劃，擬建設數量合計約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(chē)排放實(shí)現碳中和有一個(gè)三步走路線(xiàn)：短期，可提高柴油機熱效率，優(yōu)化排放后處理系統，實(shí)現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排放后處理技術(shù)，實(shí)現柴油機的部分乃至全部碳中和；長(cháng)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(shí)現徹底碳中和。

河南大學(xué)學(xué)術(shù)副校長(cháng)傅聲雷：

當前，西部省份新能源發(fā)電能力會(huì )出現階段性過(guò)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(dòng)，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(cháng)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。政府對項目申報應給予相應政策支持和稅收補貼，開(kāi)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(diǎn)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(jìn)綠氫多應用場(chǎng)景落地。

2019年

國務(wù)院首次將“推動(dòng)充電（加氫）等基礎設施建設”寫(xiě)入當年政府工作報告，氫能源迎來(lái)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(cháng)期規劃（2021—2035年）》（下稱(chēng)《規劃》），氫能發(fā)展國家級頂層設計正式落地。

按照《規劃》，到2025年，我國氫燃料電池車(chē)輛保有量將達到5萬(wàn)輛，并完成部署建設一批加氫站，可再生能源制氫量達到10萬(wàn)噸/年—20萬(wàn)噸/年，成為新增氫能消費的重要組成部分，實(shí)現二氧化碳減排100萬(wàn)噸/年—200萬(wàn)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體系，產(chǎn)業(yè)布局合理有序，可再生能源制氫廣泛應用，有力支撐碳達峰目標實(shí)現。

2023年7月

國家標準化管理委員會(huì )、國家發(fā)改委、工信部等六部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)標準體系建設指南（2023版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指南》），成為首個(gè)國家層面的全產(chǎn)業(yè)鏈標準體系建設指南。

《指南》明確了近3年國內國際氫能標準化工作重點(diǎn)任務(wù)，提出到2025年，制修訂氫能?chē)壹靶袠I(yè)標準30項以上；轉化國際標準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(cháng)期規劃（2023—2035年）》。至此，國內已有28個(gè)?。ㄖ陛犑?、自治區）出臺省級氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃。