书城教材教辅新知识图书馆:能源新希望(氢能)
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第24章 氢能汽车的发展(2)

本田汽车公司开发出了先进的燃料电池汽车Honda—FCX。该车装有86千瓦的PEM电池,是惟一一辆通过美国环境保护局(EPA)和加州大气资源委员会(CARB)鉴定的零排放燃料电池汽车。本田FCX是世界上最早商品化的燃料电池汽车,FCX展示了本田新开发的新型底盘,底盘可将燃料电池组纵置在车身的中央部位,与原来在地板下面配置电池组的封装相比,该底盘可大大降低地板高度,同时还可减少发动机舱的体积。FCX所配燃料电池组采用氢气和氧气从上向下流动,水从下方排出,有利于低温启动。该车的电解质膜采用了碳化氢电解质膜,可以在-20℃~95℃的温度范围内发电。原来的氟类电解质膜只能在0℃~80℃范围内发电。本田汽车公司还设置氢气站,用太阳能电池将水电解成氢气并储存且在各家设置能够储氢的热电联产系统。其中,后者是由能够生成氢气的城市管道燃气改制设备、定置型燃料电池组合而成。该系统能向家庭提供必需的电力和热水,在不用电的时候还能够改制城市管道燃气,生成氢气储存在燃料罐中,以供汽车使用。

日产汽车公司在2004年借“必比登”挑战赛之际,首次在中国展示燃料电池汽车X—Trail,2005年2月,日产公司宣布研制成功其首个作为燃料电池汽车动力装置的燃料电池组,新开发的电池组比现有供应商提供的电池组体积更小、动力更强劲,只用60%的体积就能提供相同的功率。同时研制成功了新的高压氢气存储系统,尽管汽缸体积没有变化,但压强扩大,氢气存储能力增加了30%,大大提高了燃料电池汽车的行驶里程。

2008年11月,铃木宣布,该公司开发出了以小型车“SX4”为原型的燃料电池汽车“SX4—FCV”,并获得了日本国土交通大臣的认定。该车配备了70兆帕高压氢燃料罐、小型轻量电容器以及美国通用制造的燃料电池。该车燃料电池的输出功率为80千瓦,马达的输出功率为68千瓦,最大时速为150千米/时,一次充氢可持续行驶250千米。

除了以上著名汽车企业之外,许多实力雄厚的汽车企业和能源企业都已经开始研发氢能汽车,可谓是“百花齐放,百鸟争鸣”,氢能汽车研发技术日新月异,相信在不久的将来,氢能汽车能够真正进入我们的生活,带我们进入一个清洁能源的时代。

我国氢能汽车研究现状

我国在氢能汽车研发领域取得重大突破,已成功开发出氢能燃料电池汽车性能样车。20世纪90年代初我国开始了对替代能源汽车的研发。我国的中长期科学和技术发展规划战略也把氢能列为重点之一,有关科研机构和企业产生了极大的兴趣。我国科研人员在制氢技术、储氢材料及氢能利用等方面进行了开创性的研究,拥有一批氢能领域的知识产权,其中有些研究工作还达到了国际先进水平。

清华大学研制的氢燃料电池城市客车

目前,我国在这一领域的研发已取得一系列重大成果。我国在燃料电池发动机方面成功突破大功率氢—空燃料电池组制备的关键技术,轿车用净输出30千瓦、客车用净输出60千瓦和100千瓦的燃料电池发动机,已分别在同济大学和清华大学燃料电池发动机测试基地通过了严格的测试并装车运行。此外,我国研发的燃料电池汽车在整车操控性能、行驶性能、安全性能以及燃料利用率等方面均有较大提高。国内汽车企业还开发出100多种燃气汽车,在19个城市进行推广应用;国内自主研发的纯电动汽车、混合动力汽车,也已开始示范运行。

北京工业大学和北京飞驰绿能电源技术有限公司进行合作,不仅开发出了氢能汽车,还建造了制氢加氢站。此外,由清华大学开发、欧盟资助的氢能大巴863路公交客车已经在北京成功运营;上海同济大学和上海大众汽车制造厂成功开发出10辆氢能小轿车,并且建成了移动式汽车加氢站,目前正在建设固定式汽车加氢站。

北京、BP石油公司参与建成的中国第一座加氢站

2001年2月28日启动的总投资24亿元的“863”计划电动汽车重大专项以“实现我国车用洁净燃料的战略转换,改善城市大气环境,促进汽车工业跨越式发展”为目标,其中北京客车总厂和上海燃料电池汽车动力系统公司分别负责燃料电池客车和轿车。经过多年攻关,我国已在氢能领域取得诸多成果,特别是通过实施“863”计划,我国自主开发了大功率氢燃料电池,开始用于车用发动机和移动发电站。在政府相关部门和有关企业的大力支持下,广大科技人员积极探索,努力钻研,研制出一系列性能先进的燃料电池汽车。具体体现在以下几个方面:

(1)“凤凰”燃料电池汽车。“凤凰”燃料电池汽车以上海通用汽车公司生产的一种串联型的燃料电池与蓄电池驱动的混合驱动车,以压缩氢气为动力。燃料电池可为汽车提供最高功率为35千瓦(47马力)的动力输出。该车的最高时速达到113千米/时,最大功率为104千瓦,零到100千米加速时间只需135秒。

(2)海格KLQ6118GQ氢燃料电池城市客车。2006年3月28日,在上海世界客车博览会上,苏州金龙展示了其最新研制的海格KLQ6118GQ氢燃料电池公交车等四款客车新品,据了解,这款以氢气为燃料的客车巴士装备75千瓦燃料电池发动机系统,最高车速达到75千米/时,持续行程320千米以上,尾气排放为零,无污染,具有4项国家专利,主要性能参数达到国际同步、国内领先的水平,是一款真正节能的绿色环保城市客车。这款造价300万元的氢燃料电池公交客车,是由苏州金龙联合上海交通大学、神力科技和苏州创元集团等科研和高科技企业共同研制的。

(3)“超越”系列。国内完全自主研发燃料电池轿车整车的主要是上海神力公司,他们与同济大学联合开发了“超越”系列,2004年7月下线的“超越二号”最高时速为115千米/时,能连续行驶168千米,到2005年初已累计行驶1万千米。2006年6月,在巴黎举行的“必比登清洁能源汽车挑战赛”上,我国自主创新研制的“超越三号”燃料电池轿车通过了燃油经济性、污染物排放、二氧化碳排放、噪声以及障碍等共7个项目的严格测试,获得优胜奖。由于国内至今未突破相关技术,“超越”系列只能采用占用空间较多的常压氢气,“超越三号”燃料电池功率仅50千瓦。

随后,同济大学与上汽集团科研人员合作展开第四代“超越”燃料电池汽车的研发。开发“超越”四代,将在第三代基础上不断改进,通过第四代“超越”的研发,燃料电池轿车将实现产业化。

(4)“上海牌”燃料电池汽车。“上海牌”燃料电池汽车是国家重点科技攻关项目,其研发集合了上海乃至全国最前沿的科技成果,同济大学、中国科学院大连化学物理研究所以及中科院物理研究所等国内顶尖的汽车和电池研发机构先后加入。该车采用了串联式的混合动力驱动结构,装载了国内最先进的燃料电池堆,配备了功率密度较大的锂电池,并采用高压储氢系统作为动力源,样车速度可达每小时150千米以上。目前仅新车的动力平台就有65项专利,整车加起来专利超过200项。

(5)清能一号和清能三号。清能一号和清能三号燃料电池大巴是由中国最大的燃料电池发动机供应商上海神力科技和北京清华大学联合研制的最新一代燃料电池大巴,代表了中国燃料电池大巴的最高水准,同时也充分展示了中国燃料电池汽车的真实魅力,不但实用而且可靠。

目前,北京和上海已经各自有一座加氢站在示范运行,使得已经进入使用的氢能公交车有了“加气”点。随着我国氢能汽车科研工作的逐步深入,我国氢能汽车研制领域喜讯不断。由清华大学、镇江江奎科技和奇瑞汽车三方自主研发的“示范性氢燃料轿车研制项目”已正式通过国家级专家组评审,标志着国内第一台以氢燃料为动力的国产轿车正式研制成功。专家组评审后认定,该项目攻克了目前国际上存在的三大技术难题,且具有完全自主知识产权。首辆下线“喝氢”样车装有“绿色心脏”,是一种真正实现零排放的交通工具,排放出的是纯净水。随后,我国自主研制的首台氢内燃机在长安汽车点火成功。高效低排放氢内燃机是国家“863”计划惟一立项的氢燃料重点项目,它的成功点火标志着我国氢内燃机研究技术已经获得了突破性进展。

上海作为我国氢能产业最领先的地区,2007年11月建成中国第一个汽车氢气充装站,并于2009年形成千辆级氢能汽车的生产能力,2011—2012年则可望达到万辆级产能,并加快氢能汽车的基础设施建设,初步建成加氢站网络。

上海安亭加氢站

值得一提的是,我国早已经制定了燃料电池汽车批量生产计划,即2010年实现万辆级量产,2015年燃料电池汽车的产能达到10万辆。我国发展燃料电池汽车,为国内的零部件企业带来无限商机,这是史无前例的。氢燃料电池作为一个产业,需要零部件企业提供支持与配合。作为汽车的零部件企业,要高瞻远瞩,明确我国发展氢能源汽车的发展方向,预见到我国氢燃料电池汽车的光明前景,不断改进技术。

需要说明的是,根据目前氢能汽车的研发情况,氢能汽车要大规模应用,还需要我们耐心的等待。麻省理工学院(MIT)能源委员会的约翰·海伍特教授指出,作为一项颇具潜力的、能替代石油燃料的技术措施,氢燃料电池车目前的“路障”涉及氢燃料的生产、储存和输送基础设施,以及燃料电池的成本等问题。他认为,发展所谓的以氢为燃料的“氢交通经济”确实是一个巨大的挑战。即使价格和性能被公众接受,氢燃料电池车还需要几十年的时间才能被大规模采用。

当然最主要的原因是氢能汽车研制和应用自身方面的问题,主要体现在3个方面,即大规模制氢技术,保证大量廉价的燃料供应;氢气的储运技术,保证安全高效的储运氢气;氢能发动机,包括氢内燃机以及燃料电池技术尚不成熟。

尽管如此,我们相信,随着各国氢能汽车研制与开发技术的不断进步,在各国科学家及相关人士的共同努力下,氢能汽车的广泛应用会尽快实现。

知识点

氢燃料电池车推广受到的制约因素

首先,新技术车辆大规模应用是早还是晚,主要受到现有车辆平均寿命的限制。目前车辆平均寿命是15年。无论是先进的内燃发动机车、混合车,还是氢燃料电池车,即使有人买了这些具有新技术的车辆,目前大多数车主需要15年才能换车。

第二,配有新技术的车辆在厂家生产车间,从第一台到批量生产一般需要几年的时间,到大规模推广又得几年之后。

第三,从推广氢燃料电池车对解决交通石油燃料危机的影响角度说,欧洲过去25年推广柴油发动机的经验表明,短期内节省燃料有效措施并不一定来自全新的技术,而在于如何在现有车辆技术基础上更好地进行改进,更经济地使用燃料。