隨著國內(nèi)外氫能領(lǐng)域進(jìn)展不斷取得突破，氫能的發(fā)展速度正在加快，好消息不斷傳來，日前鄭州宇通客車有限公司投資建設(shè)的加氫站通過驗(yàn)收并開始給燃料電池客車加注高壓氫氣，成為近期我國氫能發(fā)展的一件大事。

宇通加氫站項(xiàng)目由中國船舶重工集團(tuán)下屬的北京派瑞華氫能源科技有限公司中標(biāo)并負(fù)責(zé)承建。該公司擁有一只高素質(zhì)的團(tuán)隊(duì)，核心技術(shù)人員具有多年的氫能領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn)，參與過多項(xiàng)國家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)課題和國際與國家級氫能示范項(xiàng)目。公司專注于可再生能源制氫及發(fā)電、氫能基礎(chǔ)設(shè)施、高效電解水制氫系統(tǒng)、車載氫系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)集成和應(yīng)用等領(lǐng)域，提供自電解水制氫、儲(chǔ)氫和加氫等整個(gè)鏈條的氫能系統(tǒng)解決方案并推動(dòng)氫能商業(yè)化進(jìn)展。

國外以日本、美國、德國等為代表的國家已經(jīng)啟動(dòng)大規(guī)模加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。而目前國內(nèi)僅有2座加氫站，為了開展燃料電池客車的示范運(yùn)行，宇通公司投資建設(shè)了加氫站，該加氫站不同于以往科研性質(zhì)的項(xiàng)目，是完全按照規(guī)范化化、工程化方式開展的項(xiàng)目，由專業(yè)的設(shè)計(jì)院完成施工藍(lán)圖設(shè)計(jì)，并由具有專業(yè)資質(zhì)的安裝公司負(fù)責(zé)工藝及設(shè)備安裝。

宇通加氫站項(xiàng)目于2014年8月份開始實(shí)質(zhì)啟動(dòng)，宇通加氫站設(shè)備于2015年3月份就完成調(diào)試、試運(yùn)行并通過驗(yàn)收。加氫站占地約3000平方米，采用外供氫模式及先進(jìn)加注工藝流程，可快速、安全地為示范運(yùn)行的燃料電池客車提供35MPa的高壓氫氣加注服務(wù)。通過加氫站內(nèi)45MPa的高壓儲(chǔ)氫管束，實(shí)現(xiàn)一輛客車加滿氫氣的時(shí)間小于15分鐘，加氫站可以滿足10輛燃料電池客車的加氫需求，日加氫能力達(dá)到210公斤，滿足示范運(yùn)行的需求。宇通加氫站除為宇通自己研發(fā)示范的燃料電池客車提供加注服務(wù)之外，還計(jì)劃為今后我國開展的聯(lián)合國UNDP/GEF第三期燃料電池公共汽車商業(yè)化示范項(xiàng)目提供氫氣加注服務(wù)。

北京派瑞華氫能源公司專注于氫能基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域，并在較短的時(shí)間內(nèi)取得了一系列重要突破。

一、加氫站集成技術(shù)的設(shè)計(jì)開發(fā)

1.加氫站工藝設(shè)計(jì)

早期國內(nèi)建設(shè)的加氫站都有國外公司的參與，其設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和設(shè)備能力匹配等經(jīng)常不能完全符合國內(nèi)的使用要求，并且在實(shí)際使用過程中控制環(huán)節(jié)多，操作復(fù)雜。北京派瑞華氫能源公司在消化吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大膽創(chuàng)新，專門開發(fā)設(shè)計(jì)了加氫站工藝包(PID)，加氫站采用先進(jìn)的三級加注工藝，提高了加注效率和氫氣利用率，加氫站核心設(shè)備都由國內(nèi)開發(fā)完成，既降低了成本，又便于使用和維護(hù)。

圖1 宇通加氫站鳥瞰圖和燃料電池客車高壓氫氣加注

宇通加氫站具有實(shí)用、方便、高效的特點(diǎn)，它既吸取了先前國外設(shè)計(jì)的北京加氫站等的經(jīng)驗(yàn)，又在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新和提高，更符合國內(nèi)的實(shí)際需要。

2.加氫站站控SCADA系統(tǒng)

為了保證加氫站的安全和控制，北京派瑞華氫能源公司自主開發(fā)了加氫站站控SCADA系統(tǒng)。

圖2 加氫站控制系統(tǒng)操作界面

該系統(tǒng)由電腦、上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、傳感器及軟件構(gòu)成，系統(tǒng)通過流程圖、畫面顯示、圖形等方式監(jiān)測加氫站運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)。

3.加氫站關(guān)鍵設(shè)備開發(fā)和集成

加氫站具有高壓、氫氣、易燃易爆等特點(diǎn)，其材料和設(shè)備的選型都非常特殊。北京派瑞華氫能源公司基于多年加氫站相關(guān)的技術(shù)積累，掌握了材料和設(shè)備的優(yōu)化選型、集成和氫氣加注機(jī)的開發(fā)技術(shù)，經(jīng)過宇通加氫站的實(shí)際使用，效果良好，為今后國內(nèi)設(shè)計(jì)建設(shè)新的加氫站打下了良好的基礎(chǔ)。

圖3 加氫站氫氣卸氣單元和加注機(jī)

圖4 加氫站氫氣壓縮機(jī)和高壓儲(chǔ)氫管束

以上這些都成為北京派瑞華氫能源公司目前掌握的核心技術(shù)。

二、車載氫系統(tǒng)的開發(fā)

車載氫系統(tǒng)用于車輛儲(chǔ)氫、供氫和接受氫氣加注，是燃料電池車輛必備的重要子系統(tǒng)之一。北京派瑞華氫能源公司按照燃料電池軌道機(jī)車的高標(biāo)準(zhǔn)要求開發(fā)了專門的車載氫系統(tǒng)。

(1)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。其中車載氫系統(tǒng)框架采用輕量化設(shè)計(jì)，使得整個(gè)系統(tǒng)比以前普通碳鋼系統(tǒng)減重近30%，且強(qiáng)度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，對外設(shè)置一個(gè)進(jìn)氣和一個(gè)出氣接口，兩個(gè)電路接口采用航空插頭，使得安裝方便、快捷。

(3)在產(chǎn)品性能方面可以滿足不同客戶的需求，零部件均采用國際知名品牌，以保證系統(tǒng)的高安全性和可靠性。

圖5 燃料電池有軌電車儲(chǔ)氫瓶系統(tǒng)

圖6 燃料電池叉車儲(chǔ)氫瓶系統(tǒng)

圖7 儲(chǔ)氫模塊有限元模型(局部)

北京派瑞華氫能源公司目前掌握的車載氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成技術(shù)處于國內(nèi)先進(jìn)水平。

三、燃料電池系統(tǒng)及儲(chǔ)氫系統(tǒng)測試平臺(tái)開發(fā)

1.儲(chǔ)氫罐配套的燃料電池系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)

該系統(tǒng)是一套綜合測試平臺(tái)，由儲(chǔ)氫合金瓶測試系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)測試平臺(tái)、小型電解水制氫系統(tǒng)以及動(dòng)畫展示系統(tǒng)等組成。

(1)儲(chǔ)氫合金瓶測試平臺(tái)具備儲(chǔ)氫瓶活化、充氫、放氫功能，具備檢測、記錄相關(guān)參數(shù)、測試不同儲(chǔ)氫材料的充放氫性能。

(2)燃料電池測試平臺(tái)包括燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，電子負(fù)載，系統(tǒng)控制軟件，安全報(bào)警系統(tǒng)，直流穩(wěn)壓系統(tǒng)(DC/DC)、電源逆變系統(tǒng)(DC/AC)、蓄電池系統(tǒng)、燃料電池(空冷方式)系統(tǒng)、電腦集成控制系統(tǒng)等。平臺(tái)可測試燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率、燃料電池的性能、峰值功率、穩(wěn)定性和壽命，綜合評估燃料電池系統(tǒng)以及儲(chǔ)氫合金瓶與燃料電池之間的匹配。

圖8 儲(chǔ)氫罐配套的燃料電池系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)

(3)動(dòng)畫展示系統(tǒng)平臺(tái)，利用計(jì)算機(jī)控制動(dòng)畫運(yùn)行，并通過液晶電視屏顯示出來，動(dòng)畫內(nèi)容包括儲(chǔ)氫材料進(jìn)入儲(chǔ)氫罐，充氫、放氫、進(jìn)入燃料電池、產(chǎn)生電能、供應(yīng)負(fù)載等。

以上兩個(gè)平臺(tái)設(shè)備加上平臺(tái)動(dòng)畫展示系統(tǒng)，三者有機(jī)組成一套金屬儲(chǔ)氫材料與燃料電池測試平臺(tái)綜合應(yīng)用、展示評價(jià)體系。該測試系統(tǒng)由北京派瑞華氫能源公司自主開發(fā)完成。

2.燃料電池測試系統(tǒng)的開發(fā)

北京派瑞華氫能源公司為某知名高校開發(fā)集成了燃料電池測試系統(tǒng)(目前正在組裝)，該測試系統(tǒng)可測試10KW氫燃料電池，可提供燃料電池的氫氣、空氣、增濕系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，滿足燃料電池測試需求。

圖9 燃料電池測試系統(tǒng)

四、氫氣高壓加注系統(tǒng)

根據(jù)客戶的實(shí)際需求，北京派瑞華氫能源公司還設(shè)計(jì)開發(fā)了35MPa小型移動(dòng)式高壓儲(chǔ)存加注系統(tǒng)，滿足臨時(shí)簡易高壓氫氣加注的需求。

圖10 小型簡易氫氣高壓加注系統(tǒng)

五、總結(jié)

中國船舶重工集團(tuán)北京派瑞華氫能源公司在其所專注的加氫、儲(chǔ)氫等領(lǐng)域雖然取得了一定突破，但是面臨著氫能快速發(fā)展的勢頭和客戶更高的要求，公司將充分依托中國船舶重工集團(tuán)的支持，加大投入，增強(qiáng)隊(duì)伍，深化研發(fā)，緊跟國外氫能基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程，并積極開放地與國內(nèi)外氫能基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的同行建立合作，攜手前行，共同為推動(dòng)我國氫能的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

氫能點(diǎn)亮未來!