氢能汽车启动绿色出行

杨福源，清华大学长聘教授、博士生导师，清华大学车辆学院氢能与燃料电池学科责任教授，清华大学—丰田氢能与燃料电池汽车联合研究中心主任，中国汽车工程学会理事及发动机分会主任。

主要从事新能源动力系统控制及制氢和氢安全研究，率先开展高压PEM电解水制氢技术研究，致力于提升整个制氢系统的综合效率。作为国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项——“氢能出行”关键技术研发和应用示范项目负责人，带领团队整合、打通氢能全产业链条，并在冬奥会期间开展大规模集中式的氢能应用示范。

氢气被认为是清洁多能的能源载体，在人类可持续发展能源体系中占据着重要位置。清华大学领衔的国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项——“氢能出行”关键技术研发和应用示范科研项目组，以服务2022年北京冬奥会为契机，着力突破“氢能出行”制—储—运—加—用的全产业链关键技术和安全保障技术，是迄今为止全球最大规模的氢燃料电池汽车及氢能基础设施的示范项目，在中国乃至世界氢能发展史中都具有重要意义。日前，项目组负责人杨福源教授讲述了氢能汽车如何助力北京冬奥实现零碳绿色出行。

问：绿色出行方式那么多，为什么北京冬奥会选择使用氢燃料汽车？

杨福源：2008年北京奥运会时，清华大学欧阳明高院士领衔的团队就开发了国内燃料电池大客车的关键技术，并且有三辆车做了示范。经过10多年国内高校还有企业界共同努力，目前燃料电池大客车的技术水平基本可以满足商业化运行，这是第一个条件。

第二，燃料电池大客车的携能密度比较高，携带的能量比较多。在天气寒冷车辆耗能较大的情况下，燃料电池大客车和电动车相比，虽然两个应用阶段都是零碳排放，燃料电池大客车就有它的优势。北京冬奥会举办地张家口、延庆，还有北京，气温极限值有可能到零下35摄氏度，这样寒冷的天气下，燃料电池大客车因为能量多，续驶里程就相对较长，同时它还能提供快速热管理，25分钟内车厢速热可至10摄氏度，可满足保暖需求。所以它也是一个展示我国绿色科技的平台，而北京冬奥会一个重要理念就是绿色办奥，燃料电池客车都贴合了这些理念，所以是一个非常好的选择。

问：目前氢能出行项目进展如何？

杨福源：氢能出行从车辆角度来讲，我们项目组至少开发三款车型满足续驶里程的要求，满足极寒天气下高原陡坡的行驶工况要求等。同时示范车的数量比较多，我们项目内至少200辆，但实际上冬奥会总的燃料电池车将近1000辆。这么大的燃料电池车队需要用氢，所以项目里面也会建设加氢站，我们项目里有5座加氢站。有加氢站，就要运氢，相应的还有配套制氢工厂。所以，这是一个氢气的制—储—运—加—用以及全链条信息监控的项目，是关键技术研发和示范应用的项目。

目前，我们燃料电池车型的开发都已完成，生产的车辆已经交付张家口公交、北京公交和北京水木通达运输公司等为冬奥提供服务的单位。加氢站也基本就绪，我们在延庆中石油的金融加氢站做了70兆帕的连续加注实验，主要是测试加氢站的连续保障能力，在我们设计的极限工况下，有10辆车连续做加注。从检测数据看，我们加氢站在70兆帕的加注能力上全球第一。当然，还有运行车等一些配套工作都在向前推进，包括全面的信息监控也都在推进。我们可以提供冬奥所需用氢的需求、车辆的需求，还有相关保障工作。

问：要实现100%零碳排放，就需要100%的绿氢供应，在北京冬奥会期间，为什么选择电解水制氢这一技术路线？

杨福源：氢的来源现在主要有三种，第一一种是从化石能源而来，比如用煤制氢或天然气制氢;第二种来源是工业的复产氢;第三种来源就是电解水制氢。这几种来源里，前两种都会涉及石化能源碳排放的问题，这跟现在我国“双碳”目标并不一致。那就只有电解水制氢，水在催化剂的帮助下，利用电场作用分解成氢和氧。而电使用的也是绿色能源产生的电，比如光伏发电或者风力发电。所以，电解水制出来的氢根本上是从哪来的呢？是太阳给我们的，是光伏和风力，不涉及任何石化能源，不产生任何碳排放，所以它是100%绿色的。

中石油金龙加氢站

问：在北京冬奥会筹备和举办期间，以及赛后的各个使用环节，如何全链条保障和监管绿氢的安全？

杨福源：氢的安全问题全社会都很关心，也是产业界着力要攻克的一个问题。氢的安全，跟氢分子量最小这一特性有关。因为分子量最小，就很难被压缩，而一旦泄漏会往上飘。同时，也因为分子量最小，在高压高温下就很容易渗透到其他材料当中去，导致氢脆问题出现，这些都是氢安全的特殊性。

氢的安全，分为事前安全、事中安全和事后安全三类。事前安全主要就是产品，涉及氢的容器、氢的管路这类跟材料紧密相关的安全。在这个过程中不要让它发生氢脆，结构上让它能耐受足够的强度而不会泄露，这可以通过产品认证来保证它的可靠性。对普通民众来讲，大家遇到的氢安全风险，更多的就是氢的失踪安全，这跟泄漏是紧密关联的。

对此，只要做好“三防两严”就可以，“三防”是防泄露、防集聚、防点火，“两严”是严格氢源品质、严格流程管理。这个环节里面最主要的，是早一点发现泄漏和快速采取措施。第三类安全就是事后的安全，一旦发生了氢的泄露、燃烧，消防上一般要求能烧不要爆，全力避免爆炸等。

加氫能力测试现场

在这三类安全中，因为冬奥项目里车辆是示范运行，跟民众直接相关，所以它的泄漏安全是一个特别重要的问题。我们项目组还专门做了实验，针对燃料电池大客车遭到侧面碰撞时，会不会把氢气瓶的防护装置撞坏，以此来检测我们的设计是不是到位。我们做了应该是全世界第一例的燃料电池大客车70兆帕的气瓶侧碰的实验，结果表明这个结构的设计是能够保证安全的，侧面撞击对连接气瓶没有损害。

问：在冬奥会之后，氢能出行项目还有哪些应用？未来氢燃料电池汽车还将会有哪些发展前景？

杨福源：燃料电池汽车是氢能开发的一个应用场景，应冬奥会而开发的燃料电池大客车的关键技术、产品，以及产业链上的一些产品，在冬奥会后都可以用。比如成品大客车，延庆旅游观光用车就可以消纳，另外通过公共交通也可以消纳。加氢站就不用说了，有车在跑，加氢站一定是可以有用武之地的，只要车在运行，整个产业链就都能拉动。

另一方面，在我国“双碳”国际承诺之下，氢能应用将会持续成为社会热点，也将是科技研发的一个重点。我们项目开发的一些技术既会持续在本领域里应用，也会转移和扩展到氢能相关的其他领域，比如电解水制氢的关键技术就不仅仅应用于冬奥会，这只是冬奥背景下非常重要的行业发展的先导阶段。