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从冬奥、冬残奥加氢保障,看我国35、70MPa如何突破瓶颈

时间:  2022-03-08 09:32   来源:  汽车总站网原创    作者:  韩喻

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超1000辆氢燃料电池汽车参与服务,刚落幕的北京冬奥会在氢能车辆运营方面创造了一个奇迹。在即将到来的冬残奥会,增加了无障碍设施的氢燃料接驳车辆正整装待发。
氢能车辆的正常运营需要方方面面的配合,关键的加氢环节更是不容忽视。
从冬奥、冬残奥加氢保障,看我国35、70MPa如何突破瓶颈
储运加氢保供服务,冬奥氢车安全运营的“秘籍”
据汽车总站网了解,此次参与通勤服务的氢燃料车辆主要集中在高寒坡陡的北京延庆赛区及张家口赛区。
早在赛事筹备期间,各氢能相关单位就积极“备战”北京冬奥。
据统计,冬奥期间有11座制氢厂投入到氢能保供当中,包括中石化、中石油、国家能源集团、中国电力等企业。另外,还有不少于350辆氢气槽罐车来往于制氢厂和加氢站、赛事场馆之间,负责氢气运输。
加氢站方面,当前北京与张家口地区建成运营的加氢站已达19座。其中,延庆赛区的庆园街、王泉营、金龙和燕化兴隆4座加氢站以及张家口的崇礼西湾子、太子城2座加氢站,是此次北京冬奥为车辆配套的核心加氢站。
从冬奥、冬残奥加氢保障,看我国35、70MPa如何突破瓶颈
(图表来源: 中国氢能联盟)
为保障冬奥会和冬残奥会期间加氢站稳定运行,在加氢站建设之初,相关政府机构就做了充足的准备工作。比如,完善了油氢合建站的审批流程,并创新了工作程序和工作方法,为今后加氢站的建设积累了丰富的经验。
与此同时,北京和张家口都制定了冬奥期间加氢站运行保障工作方案,提高加氢站运行效率,规范加氢站运行组织管理。
北京市城市管理委会同市经信局、市应急局、市交通委等部门,明确环宇京辉和燕山石化两家氢源保障单位作为4座冬奥配套加氢站氢气供应单位,并安排专职人员和定向车辆,提供约20车次/日的运输服务,满足冬奥用氢需求。
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所有加氢站运营管理人员均经过考核上岗。各加氢站运营企业在冬奥期间都增加了安保人员力量和巡检频次,每站平均配备保障人员10人以上,重点在卸氢、储氢区域实施封闭管理并安排专人值守。明确值守职责和管理制度,落实带班上岗制度,全力确保加氢站安全稳定运行。
同时,各加氢站运营企业还会定期开展设备维护、保养、检验和检查,并做好相关记录,及时发现、消除安全隐患。
疫情防控方面,冬奥闭环内的人员从严抓好疫情防控工作,加氢站工作人员的筛查、管控工作一刻都没有放松。太子城服务区加氢站还实行了无接触加氢的设备升级和测试工作,制定了无接触加氢的相关流程,严守零疫情底线。
正是因为这些努力,冬奥会期间所有氢燃料车辆都运营良好,圆满地完成了任务。
35兆帕技术可圈可点,70兆帕技术尚需攻关
众所周知,加氢站是为燃料电池汽车充装氢气燃料的专门场所,也是氢燃料电池汽车产业化、商业化的重要基础设施。加氢站通过将不同来源的氢气通过压缩机增压储存在站内的高压罐中,再通过加气机为氢燃料电池汽车加注氢气。
氢燃料电池汽车产业不断发展,对加氢站的需求也逐渐旺盛。但不可否认的是,加氢站的技术水平和性能决定了氢气的加注成本和加注到车载储氢系统中的状态,对于安全、客户体验、通用性至关重要。
目前,国际上加氢站一般具有35兆帕和70兆帕两种氢气加注能力,与储氢瓶、加氢机、氢气压缩机等的技术水平有关。
对氢能汽车来说,70兆帕的高压储氢罐在同等体积下可以储存更多氢气,从而带来更长的续航里程。相比于35兆帕,70兆帕压缩氢气能量密度更高、加注效率更快、经济性能更好。
以一辆普通氢燃料电池汽车为例,当加注压力为35兆帕时,可以行使320公里;而当加注压力为70兆帕时,续航里程可增至600余公里。
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目前,我国示范性加氢站和燃料电池客车车载供氢系统尚处于35MPa压力的技术水平,加氢站设计建造的三大关键设备:45MPa 大容积储氢罐、35MPa 加氢机及 45MPa 隔膜式压缩机均已实现国产化。
而欧美日等国加氢站已普遍采用70MPa压力标准。比如,丰田作为国际上氢燃料电池汽车技术发展的前沿企业,在70MPa、Ⅲ型瓶的车载氢系统的燃料电池电动汽车相关技术方面都具有优势。借助冬奥契机,丰田也与国内企业分享技术经验,为《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》的完成提供了支持。
北京、张家口目前建成的加氢站,19个加氢站中,只有8个具备70MPa加氢能力。其中,延庆区和张家口地区占了7个名额,服务本次北京冬奥及冬残奥会。
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比如,庆园街加氢站拥有2台35兆帕单枪单计量加氢机和2台70兆帕单枪单计量加氢机,日供氢能力1500公斤,每天可为80辆12米公交巴士提供加氢服务。
王泉营加氢站占地面积2500余平方米,拥有4台70MPa单枪单计量加氢机,日供氢能力1500公斤,每天可为60辆70兆帕氢燃料公交车提供加氢服务。
服务北京冬奥会及冬残奥会的加氢技术及相关设备都具备当前国内在该行业的先进技术,国内普遍存在的35MPa加氢站更能代表我国加氢站目前的技术水平。
实际上,70MPa工作压力是国际上商业化车载储氢瓶的最高压力,其技术含量比35MPa储氢瓶更高,技术难度更大。在氢气压缩机、储氢容器、加氢机等加氢站核心设备方面,我国目前还无法实现国产化,需要依赖进口,尤其是氢气压缩机。
如此一来,便会使我国加氢站建设成本变高。数据显示,国内35MPa&1000kg/d加氢站建设成本中,压缩机、储氢容器、加氢机占加氢站建设成本的比例为 62%,其中压缩机占比最高为39%。
政策倾斜、企业助推,合力攻克高压加氢站技术
虽说当前国内加氢站压力技术水平为35MPa,但国内企业近几年也在积极努力,各级政府也意识到差距并积极出台政策支持70MPa加氢站的技术研发与建设。
政策方面,2021年2月,科技部发布《关于对“十四五”国家重点研发计划“氢能技术”等18个重点专项2021年度项目申报指南征求意见的通知》,特别提出鼓励70MPa储氢瓶技术开发。
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成都、上海等城市已明确提出支持70MPa加氢站,内蒙古也对专门从事70MPa及以上高压氢气、液氢装备研发、生产企业进行资金补助。
企业方面,产业链各企业都积极攻关,开始主攻70MPa加氢站技术。
2020年,福田欧辉率先公布国内首台70MPa氢燃料客车车型,为国内商用车领域70MPa储氢技术的普及和应用奠定了基础。此次服务冬奥的福田氢燃料客车就有部分车辆搭载了70MPa储氢技术。
国富氢能、科泰克、中材科技等70MPa储氢瓶供应商也已具备量产70MPaⅢ型储氢瓶能力。国富氢能70MPa集装箱式高压加氢成套设备还应用在了王泉营加氢站、崇礼西湾子加氢站等,服务冬奥氢车运营。
70MPa配套技术与装备方面,未势能源已自主研发出首款70MPa车用高压瓶阀,产品具有完全自主知识产权,已申请国家专利十余项。上海舜华已完成70MPa加氢机的研发,相关技术也已实现突破。
在政策与众多企业的加持下,2020年国内70MPa 加氢站已建和在建数量超过10座,2021年70MPa 加氢站建设明显增多。
即便如此,我国70MPa加氢站技术仍旧落后。
行业都知道,高压和超高压加氢站是未来的发展趋势,业内各企业要重点攻关加氢站核心设备技术难题,探索87.5 MPa储氢罐、90 MPa氢压缩机及70 MPa加氢机核心技术,力争缩小中外技术水平差距。
政策层面也要对此进行关注,多多给予优惠倾斜与补助,鼓励技术企业对70 MPa加强研发与攻关。
氢燃料电池汽车具有耐低温和长续航的特点,可实现-30℃低温启动、-40℃低温存放和停机自动保护,大巴车续航里程可达450公里以上,这也是氢能汽车获得冬奥青睐的“通行证”。
近几年我国氢能产业发展势头迅猛,北京、张家口等地区积极响应,陆续出台了氢能产业发展规划提出具体发展目标及措施,张家口地区更是拥有全国最大规模的氢燃料公交运营,其他城市也在努力向前。
从冬奥、冬残奥加氢保障,看我国35、70MPa如何突破瓶颈
氢燃料车辆的运营离不开加氢站的服务,而高压加氢站技术的研发已经刻不容缓。
幸好,我们国家正在迎头追赶,实现超越,或许就在不久的将来。
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