国内氢能源在汽车方面的应用情况和机会

国内汽车氢能源应用情况和机会

欧泽兵1,2

1，首都经济贸易大学经济学院 2，北京朗第伦索汽车燃气系统有限公司

中国已成为最大的潜在氢能燃料电池消费市场之一。燃料电池在中国发展的动因来自于中国急需解决减少因汽车、公共汽车、汽油燃料自行车、小型摩托车等废气排放所造成的空气污染，特别是应对北京2008年夏季奥运会的到来。台湾省燃料电池发展的动因与中国大陆相似，还有一些动因缘自对缩减外国石油进口和减少温室气体排放的需求。开发新能源迫在眉睫，原因是目前所用的能源如石油、天然气、煤，均属不可再生资源，地球上存量有限。

在国家政策和能源战略的导向下，随着环保标准要求的不断提高，以及燃油价上涨带来的压力，以LPG、CNG为动力的公交客车将得到更多的市场，以LNG、HCNG(加氢压缩天然气)、纯电动、混合动力、醇醚燃料和氢燃料电池等为主的非传统动力车型将具有开发与推广前景，大中型客车生产企业要加大此方面的研发力度，利用国家863计划的阶段成果，与相关高校院所合作，形成一定的技术储备。并在一些特定城市，形成批量的运行示范区域或线路。

一、中国氢燃料在汽车上的应用情况

氢燃料汽车在国内有两个分支，氢能燃料电池汽车和氢内燃机汽车。本世纪前5年，科技部用于氢燃汽车开发研究的资金已超过4亿元人民币，今后的投入还将进一步加大，并给予发展氢燃料汽车相关扶植政策。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。

氢燃料电池汽车

在“十一五”863计划的版图上，燃料电池轿车开发的主要承担者是同济大学；客车的主要承担方是清华大学，而推动两大团队运行的则是多家研发关键部件和技术的机构和企业。目前清华（合作方为福田）和同济（合作方为上汽）的整车上所装的燃料电池发动机都是国内自主研发的。

中科院大连化学物理研究所和上海神力科技有限公司在863计划中承担着燃料电池发动机的研发。为了尽快推动燃料电池产业化，除完成研发任务，分属同济和清华背景的大化所和神力都在试图打开燃料电池发动机的商业市场。

2003年中国政府、全球环境基金(GEF)和联合国开发计划署(UNDP)共同启动的“中国燃料电池商业化示范项目”， 2006年6月投入正式运营。共三辆戴姆勒－克莱斯勒公司生产的大巴作为燃料电池公共汽车示范车辆。由清华大学和上海神力科技有限公司共同研制的国产燃料电池大巴也会在同期投入运营。 在上海，同济大学和上海神力科技有限公司联合研制了“超越”系列燃料电池轿车，以超越三号为原型的10辆燃料电池轿车将作为出租车于2005年下半年开始进行示范运行。

根据发电需要的燃料不同，燃料电池目前的主要种类是氢燃料电池和直接醇类燃料电池。氢燃料电池

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按电解质种类可分为多种，其中，在汽车装备领域，最接近商业化的是质子交换膜燃料电池（PEMFC）。国内研发的氢燃料汽车整车，装备的都是质子交换膜燃料电池发动机。

2007年，上汽集团入股新源动力股份公司并与大连化物所燃料电池战略合作协议，围绕燃料电池发动机与新源动力展开多个项目合作。新源动力也承接一些国外项目，目前新源动力的产能在年产50台。2007年实际生产16台。

目前已研制出燃料电池客车用50千瓦燃料电池发动机系统和燃料电池汽车的功能样车。国内研发的燃料电池汽车在整车操控性能、行驶性能、安全性能、燃料利用率等方面均得到较大提高。

氢内燃机汽车

在氢内燃机方面，2006年1月由镇江江奎科技有限公司、清华大学、奇瑞汽车联合研究的首台

纯氢气内燃机在江奎科技有限公司实验室运行成功。

浙江大学新材料所与内燃机所合作成功的改装了一辆燃用氢一汽油混合燃料的中巴车，通过添加约4.7Wt％氢气进行的氢一汽油混合燃料燃烧，平均节油率达44％。

2007年6月18日，重庆长安汽车、北京理工大学和北京飞驰绿能公司研制的高效低排放氢内燃机车（长安奔奔）在成功地实现点火。长安计划2010年将氢燃料车型产业化。

2006年黄佐华、汪金华等人使用东风EQD210-20天然气发动机，改变ECU中的空燃比、点火提前角等控制参数来燃烧体积掺氢比分别为20％、30％和40％的HCNG燃料进行了比较研究。

2007年10月福田汽车与清华大学成功合作开发了天然气/氢气（HCNG）混合燃料大客车，装备

EQD210N-30发动机，此车型已在北京试验运行。

HCNG项目列入了863计划，在一定程度上改善了CNG排气温度高、排放相对高的问题，且在不计算制氢成本的前提下具有更好的经济性，在一定程度上受到重视，由于热效率问题，氢内燃机仅仅是以防万一的方案或称过度方案。但在氢燃料电池取得重大突破前，将是可行的方向。

二、国家政策与相关要求

“坚持把推进自主创新作为转变发展方式的中心环节。”“着力突破新能源汽车、高速轨道交通、工农业节水等一批重大关键技术。”今年3月5日，新能源汽车首次进入政府工作报告中。

目前科技部一直是新能源汽车开发的主导机构。

发改委工业司启动了《节能与新能源汽车技术政策研究》项目，对设置高效内燃机技术、汽车传动与驱动技术、整车设计与优化技术、材料轻量化技术、电动汽车技术及替代燃料技术等6个专题进行研究。 目前国家已经明确要坚定不移支持新能源汽车，不仅是科技部（高新司）支持，从发改委、财政部

方面，包括发展银行也拿出500亿支持新能源汽车和新能源的产业化。给出优惠条件，贷款给予贴息，并有一定的拨款，减少税赋等。在针对新能源汽车消费优惠措施上，发改委并没有具体的

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政策，而是将权力下放给各地。由各地根据自己的情况酌情处理。

为统一管理，2007年11月发改委产业司出台了《新能源汽车生产准入管理规则》，将新能源车纳入发改委准生管理，今后，企业生产新能源车都必须取得发改委的许可。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车等

同时为了贯彻落实《可再生能源法》，国家发展改革委组织制定了《可再生能源发展“十一五”规划》，并于2008年3月3日下发执行。

上海市发展改革委组织编制的《上海能源白皮书》称，２００８年上海将完成氢能汽车研制，并形成百辆生产能力。２００９年则达到千辆级，２０１１－２０１２年形成万辆级氢能汽车的生产能力，并加快氢能汽车基础设施建设，初步形成加氢站网络，实现氢能源和氢能源汽车产业化。这些利好消息将进一步推动国内氢能源车辆的发展。

氢发动机没有从根本上解决热效应问题，氢内燃机、氢-油混合燃料、HCNG均不会是未来的主导方向，从一定程度上HCNG汽车比纯氢内燃机更有前景。但不论哪种方式的氢燃料发动机都需要氢气。 氢能内燃机技术已经非常成熟，技术已经不是难题，最大的难题是氢能加气站的建设。为实现零排放和低排放，目前车用燃料电池以纯氢气为燃料。液态氢由于其更高的能源消耗和对容器的高要求，目前不是国内的主要方向。

三、氢来源及配套问题

由于氢不可在空气中直接获得，不是一次能源，传统上靠电解水获得，被认为并不节能。我国工业制氢方法主要是以天然气、石油、和煤为原料，在高温下使之与水蒸气反应而制得，也可以用部分氧化法制得。这些制氢方法在工艺上都比较成熟，但是由化石能源和电力来换取氢能，在经济上和资源利用上并不合适。

氢是良好的二次能源，那些不稳定、流量小的电能可以以氢的方式存储，太阳能、风能、沼气发出的电都可电解水，转换为氢存储。

水电解制氢和生物质气化制氢等方法，现已形成规模。其中，低价电电解水制氢方法是当前氢能规模制备的主要方法，但目前电耗过高，一般约为 4.skwh/Nm3H2，亟待改进。

由中科院山西煤炭化学研究所开发的“甲醇重整制氢技术”已投人生产实际应用，目前最大规模为360Nm3/h，并实现系列化、批量化生产。中科院大连化学物理所在国家“九五”科技攻关项目“燃料电池技术”中，承担了燃料电池电动车用“甲醇重整制氢装置”的研制月前，已形成概念样机。

石油大学承担的“九五”科技攻关项目“从 H2S制取氢气的扩大实验研究”，此方法制氢能耗低，约2.6kwh/Nm3H2，使低电耗制氢技术达到了世界先进水平。

中科院感光化学研究所承担了“九五”科技攻关项目“烟气中SOX制氢技术的中试研究”。该所的人

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工模拟光合作用分解水制氢及非常规资源制氢研究达到了世界先进水平。在光化学、生物质和电化学制氢领域，兰州化学物理所、微生物以及南开大学、天津大学等单位也进行了大量的基础研究工作。

此外，在冶金工业、发酵制酒厂及丁醇溶剂厂等生产过程中都有大量氢可回收。上述各类工业副产氢的可回收总量，估计可达15亿立方米以上。在上海，宝钢每小时要产生3600立方米富余氢，其中600~1000立方米提供给宝氢公司，宝氢公司再通过一些工艺将工业副产品氢进一步净化处理后供车辆用途。

从目前国内情况看，水解制氢、甲醇重整制氢、回收工业副产氢将会是可行的。

国内的加氢站

氢燃料要通过加氢站才能给车辆加氢，加氢站由下列设施组成：中间储氢罐、压缩机、高压开关阀、高压储氢容器、分配阀、加氢机。 由各种不同制氢方法所得到的原始的氢是气态的，若将它们冷却到零下－253°C可得到液态氢，但这要消耗大量的能量，所以，目前是多以气态罐装压缩氢的方式，使用在燃料电池车辆上，为此加氢站要备有压缩机。加氢站与天然气加气站很类似。

因无相应标准，目前加氢站建设依据的是《氢氧站设计规范》GB50177-93; 《汽车加油加气站设计规范》GB 50156-2002等；预计11.5期间会制定相关的标准。 北京BP加氢站

2006年11月8日投入运营的北京BP加氢站是我国第一座固定车用加氢站，是全球环境基金、联合国开发计划署和中国政府共同支持的“中国燃料电池公共汽车商业化示范”项目的一部分，与三辆戴克燃料电池公交车一起示范运营，同时北京加氢站还承担国家863“燃料电池客车”项目自主开发的燃料电池城市客车的加注任务，并积累氢能源汽车示范运行的经验和相应数据。

除对戴－克燃料电池客车和清华燃料电池城市客车进行过加注外，此站还对日产（1辆）、现代（2辆）燃料电池电动车先后进行了多次氢气加注服务。

北京加氢站占地面积约4000平方米，包括外供氢、水电解制氢、天然气重整制氢等三种制供氢装置。主要为参加示范运行的燃料电池汽车提供氢气加注服务。 装置能力Capacity

? 外购氢气接受能力Trucked-in capacity： 2000 Nm3/d ? 水电解制氢能力Water electrolysis capacity：1200 Nm3/d ?

天然气重整制氢能力

Natural

gas

reforming

capacity：1200

Nm3/d

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BP加氢站项目合作方

北京清能华通科技发展有限公司、英国BP公司、清华同方股份有限公司 设计单位：中国天辰化学工程公司，清华大学建筑设计研究院

施工单位：中国化学工程第十二建设公司，中原石油勘探局工程建设总公司北京分公司 运行管理：美国空气化工产品公司

北京加氢站建设分为两期。一期包括外供氢气贮存及加注系统，已于2006年11月建成并投入使用。二期包括天然气重整制氢及清洁能源制氢装置等，计划于2008年北京奥运会以前建成并投入使用。 设备规格型号

序号 设备名称 1 2 3 4 5 加注接口

350 bar加注 (适用于 350 bar 气瓶） ? 接口Protocol：WEH TN5

? 喷嘴Nozzle：WEH TK25 WEH NO.C1-19136-TN5 200 bar加注（适用于200 bar气瓶） 接口Protocol：WEH TN1

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型号 PDC-13-5800 TAE/EVO-121 Series 300 数量 1 1 2 1 1 供应商 PDC CPI ACME Genesys 氢气加注压缩机 氢气高压储罐 管束车卸料装置 氢气加注机 蒸汽天然气重整制氢装置

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