摘要：近年來，城市交通運(yùn)輸能源結(jié)構(gòu)逐漸向低碳化轉(zhuǎn)型，氫能已成為汽車行業(yè)發(fā)展的新方向。作為真正意義上的“零排放，無污染”載運(yùn)工具，氫燃料電池汽車的研發(fā)與量產(chǎn)必將成為全球汽車工業(yè)領(lǐng)域的一場新革命，而公交領(lǐng)域則是氫能源客車推廣應(yīng)用的一塊重要“試驗(yàn)田”。

關(guān)鍵詞：新能源； 氫燃料電池；零排放；節(jié)能環(huán)保

一、技術(shù)概況

氫燃料電池汽車具有環(huán)保性能佳、轉(zhuǎn)化效率高、加注時間短、續(xù)航里程長等優(yōu)勢，是未來新能源清潔動力汽車的必然發(fā)展方向，各發(fā)達(dá)國家和地區(qū)都在積極布局搶占行業(yè)發(fā)展先機(jī)。在我國，氫燃料電池汽車也已從公交車開始，真正進(jìn)入到我們生活中，從此開啟“氫能時代”的體驗(yàn)。上海作為全國首批氫燃料電池汽車示范城市、首個發(fā)布地方性氫能源汽車補(bǔ)貼政策的城市，走在了全國氫燃料電池汽車推廣應(yīng)用的前沿。若留心觀察，可發(fā)現(xiàn)氫燃料電池公交車穿梭于上海各街頭小巷，盡管“樣貌”與普通公交車并無太大差異，但“內(nèi)里”卻更加環(huán)保，是當(dāng)前深受市民歡迎的新型綠色交通工具。

近年來，臨港新片區(qū)以習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想為指導(dǎo)，全面貫徹綠色低碳發(fā)展理念，立足率先實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，推進(jìn)氫能多領(lǐng)域應(yīng)用和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，構(gòu)建“場景多樣、系統(tǒng)完備、運(yùn)行高效”的氫能示范應(yīng)用體系。根據(jù)《臨港新片區(qū)打造高質(zhì)量氫能示范應(yīng)用場景實(shí)施方案（2021-2025年）》，上海臨港公交公司全面落實(shí)綠色出行理念和公交優(yōu)先戰(zhàn)略，十四五末將致力實(shí)現(xiàn)氫能源車輛的規(guī)?；瘧?yīng)用，并在加氫站建設(shè)上有所突破，從而帶動和引領(lǐng)氫能產(chǎn)業(yè)在公交領(lǐng)域的發(fā)展。

定位于“上海氫能發(fā)展先行先試區(qū)、綜合示范區(qū)和產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)區(qū)”的臨港新片區(qū)，聚焦城市公交等領(lǐng)域率先開展示范應(yīng)用。臨港公交自成立以來，一直積極推進(jìn)公交事業(yè)走上綠色發(fā)展之路。2021年10月，臨港新片區(qū)首條氫能公交線路在臨港片區(qū)臨港7路、臨港7路B線正式投入運(yùn)營。截至目前，臨港公交共計118輛氫能公交車在臨港新片區(qū)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的全商業(yè)化運(yùn)營，整車、氫系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等均為8年全生命周期質(zhì)保，氫能車輛保有量在上海公交企業(yè)中排名第一。

二、燃料電池汽車技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

此前，純電動城市公交車已在全球范圍內(nèi)普及，但其充電時間長，續(xù)航里程較短，電池壽命、更換電池及電池退役成本比較高，電池污染挑戰(zhàn)城市環(huán)境承受力等問題一直被大家所詬病。而氫能作為最環(huán)保、最容易獲得的能源，被許多專家譽(yù)為“終極清潔能源”。氫燃料電池車輛相比傳統(tǒng)燃油車具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

（一）能量轉(zhuǎn)化率高，與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池車能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)60%~80%，為內(nèi)燃機(jī)的2~3 倍。

（二）節(jié)能環(huán)保性能優(yōu)越，燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車。

（三）燃料補(bǔ)充時間短，氫燃料電池車加注氫氣的過程非常快速便捷，專用的加氫設(shè)備僅需8~10 min即可充滿氫原料，相對于純電動車超長的充電等待時間而言，其優(yōu)勢是顯而易見的。

（四）可再生，相對柴油、汽油，氫能源最大的優(yōu)勢就是可再生。除了工業(yè)副產(chǎn)品制氫之外，還能通過煤制氫、利用谷電電解水制氫等，全生命周期的能源效率要優(yōu)于汽油、柴油。

三、臨港公交燃料電池公交車技術(shù)應(yīng)用情況

臨港氫能源公交車輛車型為低地板高一級車輛，采用燃料電池和動力蓄電池組合的雙動力源系統(tǒng)。其車輛儲氫容積為1020L，最大儲氫量為26.5kg。同時，車輛裝備90.2kwh的磷酸鐵鋰電池，整車質(zhì)量為11650kg。

目前，臨港氫能公交車輛的整車智能化程度較高，車上載有智能網(wǎng)聯(lián)車載信息服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛自動報站、監(jiān)控車輛運(yùn)行實(shí)時數(shù)據(jù)、異常駕駛行為監(jiān)控與報警、客流情況統(tǒng)計等。此外，車輛還設(shè)有“ADAS碰撞預(yù)警系統(tǒng)、360全景環(huán)視、泊車預(yù)警、駕駛員輔助、涉水報警系統(tǒng)”等智能輔助駕駛功能，為整車安全平穩(wěn)運(yùn)行提供有力保障。未來，臨港公交將借助先進(jìn)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，與車企開展車聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化管理工作，持續(xù)收集、整理氫燃料電池發(fā)動機(jī)投放過程中存在的故障問題以及性能表現(xiàn)數(shù)據(jù)，及時監(jiān)控并持續(xù)改進(jìn)氫燃料電池發(fā)動機(jī)工程質(zhì)量，對車輛的發(fā)動機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷、駕駛員能耗行為管理和氫安全管理進(jìn)行實(shí)時監(jiān)管。例如駕駛員能耗行為管理，利用車聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化數(shù)據(jù)積累與運(yùn)算，得出最佳的駕駛習(xí)慣，用于后期推廣及培訓(xùn)。同時對異常操作（如加速踏板踩至100%，急停急起步等）進(jìn)行后臺報警，及時發(fā)現(xiàn)駕駛員的操作問題。

（一）做到全流程監(jiān)控，優(yōu)化車輛使用管理。

1、車輛能耗監(jiān)測

臨港氫能公交車輛共配備3套氫系統(tǒng)，分別是上燃動力、康明斯和國鴻三家系統(tǒng)公司。2022年，車輛年度能耗均值為4.99公斤/百公里，其中上燃系統(tǒng)車輛行駛里程合計71.85萬公里，百公里氫耗5.22公斤，康明斯系統(tǒng)車輛行駛里程合計121.14萬公里，百公里氫耗4.74公斤，國鴻系統(tǒng)車輛行駛里程合計14.77萬公里，百公里氫耗5.35公斤。

2、續(xù)航里程測試

在滿氫、滿電的前提下，臨港公交通過正常營運(yùn)對氫能源車輛進(jìn)行極限測試。經(jīng)數(shù)據(jù)跟蹤，在不開空調(diào)前提下，全部超過500公里以上，其中續(xù)航能力最長的車輛為574公里（氫氣S0C剩余5%，電池SOC剩余20%），最短車輛續(xù)航為531公里（氫氣S0C剩余2%，電池SOC剩余20%）。后續(xù)臨港公交在空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)下將進(jìn)行極限測試。

3、萬公里故障率對比

氫能源部分車輛至今使用已近2年。據(jù)統(tǒng)計，萬公里故障率為0.13次，而純電動車輛萬公里故障率為0.82次。二者相比較而言，氫能車輛故障率更低。

4、車輛加氫情況

目前臨港公交氫能車輛加氫點(diǎn)共設(shè)2處，分別為平霄路和同匯路加氫站。平霄路加注量為1200kg/24h，可為38輛氫能車服務(wù)；同匯路加注量為2000kg/24h，可為80輛氫能車服務(wù)。此外，同匯路加氫站還包含為12列中運(yùn)量服務(wù)，平均單車加氫時間為10分鐘。

（二）多措并舉管理，合理規(guī)范處置

1、確保車輛安全運(yùn)行

公司成立工作監(jiān)督組，建立定期檢查機(jī)制，監(jiān)督測氫工作頻率與規(guī)范，每周組織對儲氫系統(tǒng)全面系統(tǒng)檢查，對各管路、接頭、閥類進(jìn)行測氫檢查，要求測量值為0ppm，檢查覆蓋率為100%。如果測氫槍出現(xiàn)數(shù)值，檢查人員會使用泡沫進(jìn)行滲漏測試，如發(fā)現(xiàn)問題立即修復(fù)，并連續(xù)測氫3天。

2、規(guī)范車間維保流

程氫能源車輛進(jìn)入車間維保工位前，對整車氫管路、接頭、閥類進(jìn)行測量，在確保正常的前提下，關(guān)閉氫系統(tǒng)（防止氫系統(tǒng)在維修工位上工作），駛?cè)刖S保工位進(jìn)行車輛維保。當(dāng)維保結(jié)束后，停放至充電區(qū)域，對車輛進(jìn)行充電。當(dāng)車輛需要焊接、切割等動火作業(yè)，為保證安全，要求車輛在指定位置，由專人排放氫氣，確定安全后，方可開展動火工作。

3、編寫氫能車輛維保工藝規(guī)范

2022年3月，在市公交行業(yè)氫能源協(xié)會的大力支持下，臨港公交委托組織編寫氫能源公交車輛維保工藝，歷時一年，經(jīng)過不斷的完善、驗(yàn)證與修改，于2023年1月份通過專家組認(rèn)定，完成了《燃料電池公交車（氫能系統(tǒng)）維護(hù)工藝規(guī)范》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

四、配套企業(yè)（氫系統(tǒng)）優(yōu)勢介紹

圍繞整車企業(yè)，核心配套企業(yè)先后落戶于臨港，例如臨港公交現(xiàn)有氫能車輛所配備的氫系統(tǒng)主要由臨港本地企業(yè)（國鴻及康明斯）組裝生產(chǎn)，氫系統(tǒng)中的電堆、雙極板、膜電極等8大零部件大部分為臨港本地生產(chǎn)，再由系統(tǒng)廠商組裝，由此拉動了臨港氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。其自主研發(fā)生產(chǎn)率達(dá)到75%以上，后續(xù)隨著發(fā)展，還將持續(xù)增加。

康明斯具有傳統(tǒng)與新技術(shù)的雙重積累?？得魉乖谌剂想姵叵到y(tǒng)開發(fā)方面有25年的技術(shù)積累以及遍布全球共計2000多套的系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合在傳統(tǒng)柴油機(jī)領(lǐng)域的百年歷程，積淀了許多關(guān)鍵的技術(shù)、能力及體系，為燃料電池系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)性提供了支撐，具體體現(xiàn)在：

1）正向系統(tǒng)集成體系和能力；

2）車規(guī)控制系統(tǒng)開發(fā)；

3）為本地市場專門打造的產(chǎn)品開發(fā)體系；

4）全球化研發(fā)協(xié)作；

5）數(shù)字化賦能產(chǎn)品智能、運(yùn)營安全和主動服務(wù)等。

康明斯氫堆的部分關(guān)鍵指標(biāo)也達(dá)到了《“領(lǐng)跑者”標(biāo)準(zhǔn)評價要求車用燃料電池發(fā)動機(jī)》中的先進(jìn)水平：

1）電堆功率密度行業(yè)領(lǐng)先；

2）絕緣強(qiáng)度10倍于國標(biāo)要求；

3）起動特性超過行業(yè)水平；

4）系統(tǒng)效率高效區(qū)占比高；

5）系統(tǒng)尾排氫濃度控制嚴(yán)格于國標(biāo)要求，提升安全要求。

五、燃料電池汽車的發(fā)展局限及應(yīng)對措施

目前燃料電池汽車行業(yè)的發(fā)展整體仍處于產(chǎn)業(yè)化初期階段，燃料電池汽車的產(chǎn)銷量整體較小，在汽車行業(yè)中的占比顯著偏低，存在購置成本較高，尤其是制氫、儲氫、加氫等配套設(shè)施不完善、產(chǎn)業(yè)政策的變化以及供應(yīng)鏈配套體系的不完善等，仍然制約燃料電池市場需求。

（一）購置成本方面

康明斯新能源通過自研、海外技術(shù)輸入，并聯(lián)合上海氫晨等核心供應(yīng)商已經(jīng)突破并掌握了燃料電池電堆、DC/DC、空氣壓縮機(jī)、FCU控制器等核心零部件的核心技術(shù)和集成、生產(chǎn)工藝。同時，公司上海新建工廠5000臺產(chǎn)線即將在2023年底投產(chǎn)，已具備一定的燃料電池系統(tǒng)及部分核心零部件的規(guī)?；a(chǎn)能。未來將進(jìn)一步加大研發(fā)投入，通過技術(shù)進(jìn)步、國產(chǎn)化進(jìn)口替代以及本輪示范城市政策窗口期帶來的產(chǎn)業(yè)規(guī)模增大持續(xù)帶動供應(yīng)鏈降低成本。此外，康明斯新能源還將聯(lián)合產(chǎn)業(yè)合作方積極探索無補(bǔ)貼推廣場景，盡最大可能拓展市場規(guī)模，帶動產(chǎn)業(yè)鏈上下游上規(guī)模降成本，爭取通過四年示范期將燃料電池整車成本進(jìn)一步下降。

（二）配套設(shè)施方面

就像燃油車需要加油站、電動車需要充電樁一樣，燃料電池車也需要制氫廠和加氫站保駕護(hù)航。一輛公交車最大可以充裝26公斤氫氣，續(xù)航里程超過400公里，加氫與用油效率相當(dāng)，免去了頻繁充電的煩惱和續(xù)航不足的擔(dān)憂，便于調(diào)度。氫燃料電池汽車目前在臨港新片區(qū)已形成了一個完整的汽車產(chǎn)業(yè)鏈，“十四五”期間計劃建成各類加氫站14座。隨著臨港新片區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國石油和申能集團(tuán)也贏得了開發(fā)加油加氫站的機(jī)會，當(dāng)?shù)卣卜浅ＶС钟蜌浜辖?，這樣可以最大限度地節(jié)約土地。在臨港新片區(qū)，中國石油和申能集團(tuán)現(xiàn)在已成為加氫站建設(shè)的主力軍，還同時啟動了5座油氫合建站項(xiàng)目。

六、燃料電池公交車安全要求

（一）停車場地安全要求

在當(dāng)前的技術(shù)條件下，燃料電池電動汽車建議單獨(dú)停放，與內(nèi)燃機(jī)及純電動汽車分開停放。建議停車場地為露天場地，確保場地、通道通風(fēng)條件良好。停車場地應(yīng)遠(yuǎn)離加油站、加氣站、熱源、潮濕、可燃設(shè)施/可燃物質(zhì)堆放區(qū)域、有腐蝕性氣體以及灰塵較大的地方。停車場地應(yīng)避開高壓電線及變電站等電力設(shè)施，電力設(shè)施可能產(chǎn)生的火花對燃電汽車的存放具有較大安全隱患。

（二）維修、維護(hù)場地要求

維修作業(yè)場所必須符合安全規(guī)定并能滿足燃料電池系統(tǒng)所需的安全要求（按國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)安裝安全聯(lián)動裝置）。燃料電池車檢修與一般維護(hù)場地應(yīng)設(shè)置防火墻，且防火墻等設(shè)施要滿足當(dāng)?shù)氐姆阑鸸芾聿块T要求。維修作業(yè)場所廠房內(nèi)部凈空高度不低于8 米。維修作業(yè)場所應(yīng)醒目標(biāo)記燃料電池公交車專用維護(hù)車位及明示防火、防靜電標(biāo)志。維修作業(yè)場所應(yīng)配置通風(fēng)設(shè)備保持通風(fēng)良好，頂部不應(yīng)有可能形成氣體積聚的死角并配置氫氣濃度檢測報警設(shè)備及火焰探測器。維修作業(yè)場所應(yīng)采用防爆燈具和防爆開關(guān)。維修作業(yè)場所應(yīng)遠(yuǎn)離火源，作業(yè)區(qū)域（包括燃料電池公交車內(nèi)）禁止吸煙。維修作業(yè)場所應(yīng)配置隨時可用的功能良好的二氧化碳滅火器。

七、燃料電池未來發(fā)展方向

根據(jù)燃料電池相關(guān)政策規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，預(yù)計2025年實(shí)現(xiàn)5-10萬輛規(guī)模的應(yīng)用，2030年實(shí)現(xiàn)百萬輛燃料電池汽車的商業(yè)化應(yīng)用。我國燃料電池汽車行業(yè)即將進(jìn)入快速發(fā)展的階段。

從技術(shù)方面看，燃料電池的小型化、續(xù)航能力的提高、低溫啟動性、耐久性、燃料的回收以及降低成本將成為未來燃料電池汽車生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的方向。從應(yīng)用來看，我國燃料電池產(chǎn)業(yè)化水平將逐漸提高，燃料電池汽車的購置成本將不斷下降，燃料電池汽車的應(yīng)用前景良好。

踔厲奮發(fā)新征程，勇毅前行向未來。隨著氫能源公交車的不斷導(dǎo)入，臨港公交將與時代同向，與百姓同行，繼續(xù)以“綠色發(fā)展、優(yōu)質(zhì)服務(wù)”為宗旨，打造“更綠色、更環(huán)保、更高效”的公交出行服務(wù)品牌，讓新發(fā)展理念在臨港公交線將繼續(xù)落地生花，讓群眾享受到環(huán)?？萍紟淼木G色出行便利，為新時代社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)市建設(shè)貢獻(xiàn)公交力量，一幅“臨港公交高質(zhì)量綠色發(fā)展”的壯美畫卷正徐徐展開......

[參考文獻(xiàn)]

[1] 2022年度上海市科學(xué)技術(shù)委員會科研項(xiàng)目：燃料電池城市公交客車運(yùn)營管理指南

作者：朱杰 上海臨港新片區(qū)公共交通有限公司