【聚焦氢能源】专家解读燃料电池在工业车辆的创新应用

慧聪工程机械网   2022-11-08 10:26   来源:叉车Forklift

2022年第十三届全国工程机械与车辆技术质量信息交流会上,来自同济大学汽车学院驱动技术创新研究所的宋珂博士作《燃料电池工业车辆创新应用》技术报告,分别从燃料电池原理、氢燃料电池发展情况、国家政策、产业案例多维度对氢能源在工业车辆产业的应用前景进行详细分析。

2022年第十三届全国工程机械与车辆技术质量信息交流会上,来自同济大学汽车学院驱动技术创新研究所的宋珂博士作《燃料电池工业车辆创新应用》技术报告,分别从燃料电池原理、氢燃料电池发展情况、国家政策、产业案例多维度对氢能源在工业车辆产业的应用前景进行详细分析。

燃料电池与蓄电池虽然都称为电池,但有本质区别,蓄电池是储存电能,燃料电池则是能够生产电能的装置,与大众传统印象中的电池相比,燃料电池更像是一台冠以电池为名的发电机。燃料电池主要由4大系统组成,1. 空气供应系统:空滤、空压机、加湿器 ;2. 氢气供应系统:储氢瓶、减压阀、氢循环泵;3.冷却系统:水泵、风扇、散热器;4.控制系统:FCU、DCDC。

氢燃料电池优点突出,主要有环境相容性好(排放物只有水),能量转换效率高(现有系统效率>67.5%),噪音震动小(电化学催化反应,无往复机械运动),续航时间长,燃料加注时间短(3-5分钟加注氢气,也可换罐模式),无需充电(直接发电),低温能量不损失(-40℃冷启动,低温续航里程不受影响)等。

但短板也很明显,阻碍当前燃料电池发展的主要问题之一便是成本过高。面对这一情况,宋博士分析指出,燃料电池系统成本中,电堆占总成本的62%,通过政策支持和市场规模化应用,可有效降低电堆成本,从而进一步控制燃料电池系统的总成本。

在政策方面,2020年财政部、工业和信息化部、科技部、发展改革委、国家能源局联合发布了《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知 》,同年《节能与新能源汽车技术路线图2.0》也指出,规划至2035年氢燃料电池汽车保有量100万辆左右,续航里程≥800km,乘用车成本≤20万,商用车重卡成本≤50万。

2022年初,国家发展和改革委员会通过《氢能产业发展中长期规划(2021-2035)》,规划到2025年,燃料电池车辆保有量5万辆,部署建设一批加氢站;到2030年,产业布局合理有序,可再生能源制氢广泛应用;2035年,形成氢能产业体系,构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。

在工业车辆领域,我国是全球叉车制造和使用大国,电动化上升趋势显著,目前主要以铅酸电池和锂电池为主,氢燃料电池应用尚处于起步阶段。叉车应用工况的特殊性,使其在中国燃料电池产业发展前中期,有望成为较早实现商业化运营的潜在领域之一。

相比国内,北美地区氢燃料电池起步相对较早,现已进行批量应用。美国普拉格能源、Oorja Protonics、Nuvera Fuel Cells、加拿大Hydrogenics、丹麦H2Logic等公司均在北美市场推出了燃料电池产品,多样化的产品对叉车输出功率、储氢能力、工作温度等重要参数实现了较大范围的覆盖,可以满足不同物料搬运场景下的运输需求。

在叉车整车企业中,海斯特在北美地区已投用数万台氢燃料电池叉车,在美国洛杉矶港也推出首台氢燃料集装箱堆高机,该车在其行业标准H1050-1150XD-CH集装箱堆高机设计的基础上,增加了两个来自Nuvera的45千瓦氢燃料电池,这款氢燃料电池可与机载锂电池协同工作,为设备直接供电或为机载电池充电。具有海斯特专利的电动集装箱堆高机能量回收系统,可以回收和储存降低负荷和制动时的能量。

丰田集团对于氢燃料电池叉车的研究时间已长达15年以上,丰田叉车采用跟丰田氢燃料电池汽车“MIRAI”同样的核心动力源【氢燃料电池单元】,既降低开发成本,又久经检验、安心可靠。氢燃料电池叉车更适用于连续作业时间长、作业量大的重工况现场。相对于普通电动叉车,氢燃料电池车在冷库环境下能源利用率也更高,更加高效。

我国目前正进行燃料电池叉车开发与应用的整车企业有:合力、杭叉、吉鑫祥、徐工等企业。燃料电池配套企业有:天能电池、捷氢科技、稳力科技、新氢动力、氢宇新能源、英飞腾等企业。全国范围内天津港保税区、上海青浦区、北京大兴区均在打造氢能叉车示范运营项目,佛山南海区与企业也已签署了联手推广千台级别氢能叉车示范应用的协议,持续推动氢能源技术应用和规模化发展。

未来,为响应国家“双碳”计划,叉车行业“油改电”进程将会加速,电动化比例将会得到进一步提高。氢燃料电池由于其加注燃料快、绿色环保的特性,随着设备成本降低和配套设施逐步完善,必将在叉车市场大放异彩。

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