中國中車張秋敏：氫燃料電池混合動力有軌電車—現(xiàn)代城市軌道交通清潔能源解決方案
圖為中國中車張秋敏在CBIS2018“鋰想”峰會上發(fā)表主題演講
戳此進入峰會官方專題，了解更多會議信息：“鋰想”2018第三屆動力電池應(yīng)用國際峰會(CBIS2018)
2018年11月8日，以“新時代·破而立：前行中的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)折之路”為主題的“鋰想”2018第三屆動力電池應(yīng)用國際峰會(CBIS2018)在北京興基伯爾曼飯店開幕。中國中車唐山機車車輛有限公司技術(shù)經(jīng)理、博士張秋敏在峰會上發(fā)表主題演講，以下為主題演講內(nèi)容。
中國中車張秋敏：
大家下午好！我是來自中車唐山機車車輛有限責(zé)任公司，上面李主任介紹了一下燃料電池在客車方面的應(yīng)用，我下面把我們公司做的氫燃料電池混合動力有軌電車方面的應(yīng)用跟大家分享一下。
我匯報的內(nèi)容是以下三個方面：第一，城市軌道交通現(xiàn)狀；第二，氫燃料電池混合動力有軌電車；第三，對氫能的展望。
城市交通現(xiàn)狀，現(xiàn)在交通擁堵、環(huán)境污染，尤其在北方，冬季的時候咱們的霧霾天氣比較嚴(yán)重，這就提出來城市公共交通的發(fā)展。國際上的現(xiàn)狀就是，歐洲陸續(xù)推出燃油車禁售的計劃，英國、德國、法國、荷蘭，日本也在現(xiàn)階段大力推出燃料電池汽車加氫站建設(shè)。國內(nèi)現(xiàn)狀，國內(nèi)從今年也比較明顯，大力推動氫能源汽車綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中石化、中石油宣布加入加氫站、加油站混建的方式。
國家的戰(zhàn)略需求，提出科學(xué)制定城市軌道交通技術(shù)路線，規(guī)范建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，推進地鐵、有軌列車等城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，一個具備綠色節(jié)能、環(huán)保、大運量等特點的城市公共交通車輛就成為首選。此外，現(xiàn)在雄安新區(qū)的規(guī)劃也提出來綠化智慧城市的千年大計。
城市軌道交通，我們廣義的軌道交通形式主要包括這些地鐵、輕軌、新型軌道交通、單軌、磁懸浮、有軌電車，我們中車剛剛研制的智能自導(dǎo)向軌道車輛，特征主要是有自導(dǎo)向、大運量等等。
現(xiàn)有的新能源，跟咱們今天主題比較貼切的就是儲能式的，有超級電容、動力電池儲能式的，在國內(nèi)運行的車輛主要有沈陽、廣州、南京、江蘇、武漢、深圳、成都。
技術(shù)的發(fā)展趨勢，也是根據(jù)城市美觀提出全城無污染、零排放、能量的綜合利用、降低整車能效。
供電制式對比，有不同的供電制式，一個是第三軌供電，以地鐵來說，北京地鐵新建的線路很多都是以第三軌供電，上面已經(jīng)沒有小電就是我們專業(yè)的接觸網(wǎng)。后邊中車也在承擔(dān)“十三五”的課題就是感應(yīng)式供電，采用咱們現(xiàn)在手機這種形式無線充電的功能。還有儲能式軌道車輛。這些有一些缺點，下面推出一些氫燃料電池有軌電車，可以實現(xiàn)無地面系統(tǒng)供電這樣一個特點。
說一下我們中車唐山公司的概況。中車唐山公司歷史悠久，始建于清朝，當(dāng)時有“江南造船廠，北有唐山修車廠”的稱號，公司有兩個生產(chǎn)線，一個是高速動車組，還有一個是大鐵路客車。公司譜系，從60公里一直到400公里的車都可以生產(chǎn)。
中車唐山公司有軌電車，第一代，動力電池/超級電容混合動力形式的有軌電車。第二代，我們研制的燃料電池/超級電容，還有動力電池的有軌電車。第三代是燃料電池混合動力無軌電車，這個正在研制中。常規(guī)有軌電車是電網(wǎng)+軌道，第一代可以在沿途設(shè)充電站，進站充電，第二代可以實現(xiàn)線路兩端的加氫站和軌道，第三代是線路兩端只需要設(shè)加氫站。
我們氫燃料電池混合動力有軌電車是基于國家“十二五”課題，車的載體是基于公司出口到土耳其的這個低地板做的氫燃料電池有軌電車，2016年4月27日正式下線，2016年11月完成鐵路行業(yè)要求的試驗，一共31項。
這是燃料電池的工作原理。車的布局，相對于兩動一拖，兩頭的都是動車、中間是拖車。主要的指標(biāo)就是加速度，在每平米站6人的情況下，就是AW2載荷情況下的載荷，運行加速度是60千米，國家課題是大于30千米，我們做到60千米，軸重要求4.5噸，采用超級電容+燃料電池+動力電池三種的組合形成。這就是車頂?shù)牟季郑偷匕逵熊夒娷囍饕O(shè)備是布置在車頂，從頭車方向可以看到一個牽引系統(tǒng)，這里相當(dāng)于一個動力電池+超級電容，后邊是一個空調(diào)系統(tǒng)。中間的車就是咱們?nèi)剂想姵叵到y(tǒng)，包括燃料電池兩套，燃料電池+儲氫系統(tǒng)+散熱器系統(tǒng)。后邊是車輛的參數(shù)，可以實現(xiàn)19米的曲線，載客量可以300多人。這是車輛內(nèi)部的內(nèi)裝示意圖。
采用的模式就是超級電容、動力電池，經(jīng)過雙向DC，燃料電池經(jīng)過單向DC，形成一個750V母線的供電制式。
車輛的特點主要是自主開發(fā)了能量控制單元，具有幾種動力實施檢測、共分配、自適應(yīng)能量控制功能，提出多自由度的燃料電池協(xié)同控制計能效控制方法，有效降低在多工況、不確定條件下的能耗，主要包括供電策略、動力源協(xié)同策略、制動能量回收、動力源的協(xié)同保護。下面是儲氫系統(tǒng)的安全，還有安全檢測。
燃料電池有軌電車的特點，就是實現(xiàn)零排放、無污染、環(huán)保、節(jié)能、轉(zhuǎn)化效率高，燃料電池效率可以達到50%，續(xù)航里程為交通帶來便利，這是相對于儲能式有軌電車可以延長續(xù)航里程。還有一個是溫度低、噪聲低。我們在項目過程中也是采用了節(jié)能方面余熱的利用，相當(dāng)于把電堆產(chǎn)生的多余熱量，經(jīng)過咱們空調(diào)系統(tǒng)到冬季可以實現(xiàn)加熱，還有在夏季的時候我們利用車內(nèi)空調(diào)風(fēng)給咱們電池進行散熱，也保證電池和電容比較高的效率。
這個就是實驗過程的照片。
這個就是在去年10月26日，是世界首列商用性燃料電池/超級佃農(nóng)100%低地板混合動力有軌電車，在唐山市工業(yè)旅游線路開始載客示范運行，這也是唐山相當(dāng)于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軌的零起點，也是依托到比較好的主題上面，“中國鐵路從唐山走來”。
下邊就是我做的一個展望，關(guān)于新一代燃料電池在軌道車輛開發(fā)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。面向市場的需求進行新一代燃料電池及70兆帕儲氫系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)系統(tǒng)功率輸出大于200千瓦、工作壽命超過2萬小時、降低成本30%，綜合成本在50%左右。國內(nèi)現(xiàn)在同濟大學(xué)、大連化物所也在積極研究電堆的核心，是咱們的反應(yīng)堆，還有我們70兆帕儲氫北京的公司也正在做這方面的工作。開發(fā)新一代之后，主要是我們可以增加儲氣瓶，我們當(dāng)時只有4個氣瓶，運行里程不足，降低電堆系統(tǒng)的體積之后，增加儲氣瓶，可以增大我們的續(xù)駛里程。
新一代燃料電池產(chǎn)業(yè)平臺的開發(fā)，搭建燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化平臺，形成新一代燃料電池系統(tǒng)及關(guān)鍵部件的自主生產(chǎn)，提升設(shè)計能力，進行關(guān)鍵部件的深化研究，實現(xiàn)能效大幅度提升和綜合成本降低。后面有太陽能，還有燃料電池一體化氫氣和風(fēng)電制氫的能力。
新一代燃料電池有軌電車的開發(fā)。現(xiàn)在我們100%有軌電車是起步于2013年，完成于2016年，2017年我們完成了新一代燃料電池及能量控制器開發(fā)，2018年完成了地面實驗，2019年就是新一代裝車的運營考核以及后續(xù)2020年70兆帕儲氫系統(tǒng)的研究。
新一代燃料電池?zé)o軌電車開發(fā)，結(jié)合十三五國家重點科技專項，開發(fā)利用燃料電池或者燃料電池混合動力提供無軌電車，為城市軌道交通提供綜合成本低、整車能效高、最為清潔的新能源無軌電車解決方案。技術(shù)方案，全程無網(wǎng)運行、無需鋪設(shè)軌道、自動循跡駕駛、無污染、無排放、整車能效提升。
應(yīng)急牽引供電系統(tǒng)，不管是我們在高鐵行業(yè)、我們在市域動車組、地鐵出現(xiàn)趴窩現(xiàn)象，可以用燃料電池或者動力電池汽車混合，用單燃料電池或者動力電池技術(shù)，可以實現(xiàn)自牽引的能力。
第二點，是氫能解決方案的探索。建立廣泛的氫燃料產(chǎn)業(yè)鏈資源，建設(shè)軌道交通用加氫站，因為現(xiàn)在加氫站用的標(biāo)準(zhǔn)基本上是在汽車行業(yè)，軌道交通現(xiàn)在是屬于對氫的應(yīng)用來說標(biāo)準(zhǔn)缺失的，形成相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為燃料電池有軌電車運營提供保障，同時大幅度降低運營成本，制氫方式主要是水電解、副產(chǎn)氫、后續(xù)的太陽能、風(fēng)電制氫。
第三點，氫能綜合利用提高及示范運用建設(shè)。建立分布式燃料電池供電能源網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)區(qū)域電力、熱能、冷能聯(lián)合供應(yīng)。采用太陽能/燃料電池復(fù)合供電的清潔能源交通車輛，實現(xiàn)完全綠色、環(huán)保。新能源軌道車輛系統(tǒng)的示范運行，促進產(chǎn)業(yè)升級。基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)包括加氫站建設(shè)，還有油氣混合加注站模式的建設(shè)。氫能多元化產(chǎn)業(yè)，氫能燃料電池車輛還有分布式氫能系統(tǒng)、燃料電池?zé)犭娐?lián)供氫儲能系統(tǒng)，示范商業(yè)運行。現(xiàn)在比較熱的，像如皋、佛山都實現(xiàn)氫能的產(chǎn)業(yè)化，走的比較超前。
謝謝大家！
（根據(jù)嘉賓現(xiàn)場演講整理，未經(jīng)本人審閱）
相關(guān)閱讀：
驗證碼：
