國家電投柴茂榮：氫能科技在北京冬奧會的應用實踐與發展展望（附PPT）

 

在27日下午舉辦的以“氫能邁向規模示范新階段”為主題的氫能產業論壇中，國家電投集團氫能科技發展有限公司首席技術官柴茂榮發表了講話。

 

 

柴茂榮   國家電投集團氫能科技發展有限公司首席技術官

 

 

 

各位領導，各位專家，我是國家電投氫能科技公司的柴茂榮。我今天講演的題目是“氫能科技在北京冬奧會的應用實踐與發展展望。”

 

我今天報告的內容分為兩部分：第一是國家電投氫能技術在冬奧會的應用實踐；二是國家電投氫能公司的介紹。

 

在“雙碳”目標下氫能的產業要擔當重任。今年2月份，在中央政治局學習會上，兩次提到了氫能，3月23日，發改委正式發布了2021—2035的國家氫能中長期發展規劃，明確了氫能的戰略定位，提出了發展氫能的基本原則，“自主自強、安全為先、穩慎應用。”明確提出了氫能產業的示范應用，要穩步前進、多元化發展，以市場應用為牽引，有序推進綠色氫能在交通、電力、工業領域的應用。也就是說到2030年的時候，我們國家的非化石能源的占比從現在的15%要提高到25%，增加10個百分點。終端能源的消費氫能的占比，從2030年的5%左右到2050年的20%左右。

 

 

在北京冬奧會上，大家都看到了，我們原來提出來的是“山地用氫，平原用電”，最后在實際執行中平原也用氫。這次冬奧會一共是三個賽區，北京賽區主要承辦開閉幕式，還有所有的冰上項目、自由式滑雪、大跳臺項目，在冬奧會和殘奧會期間，該場館可接納1700名運動員和隨隊官員，國家電投在北京賽區共投入了120輛氫能大巴，其中30輛備用，在延慶賽區，主要承辦了雪車、雪橇及高山滑雪項目，包括我們大家非常榮幸的可以看到在高山滑雪中谷愛凌高山滑雪的比賽都是在延慶賽區比賽的。

 

 

在冬奧期間，冬奧會和殘奧會期間，該場館可接納1430名運動員和隨隊官員，我們國家電投提供氫能大巴大概65輛，其中5輛是備用。張家口賽區主要是承辦雪車、雪橇、高山滑雪和自由式滑雪大跳臺之外的所有雪上項目，在冬奧會期間共容納2640名運動員和隨隊官員，我們國家電投在張家口賽區沒有提供服務。

 

氫能來講，我們指的是我們國家電投的氫能的一個商標，也就是說我們完全自主化的從催化劑到質子膜、到膜電極、到雙極板、到電堆、到系統，整個都是我們國家電投自己開發設計到生產的。我們以它作為氫能的商標，來搭載在我們國家兩個，一個是北汽福田的大巴上，大概是50輛搭載在北汽福田上，還有150輛是搭載在宇通的大巴上。整個在這個圖上可以看到，我們從開發到生產、到品質控制、到裝配、到整個出廠，最后都服務于大巴整個的畫面，我們的催化劑是2018年3月份完成，我們的膜電極是2020年1月份，氣體擴散、整車質子膜，還有膜電極，還有電堆，還有系統，我們整個都在冬奧會前的半年全部都完成了，而且之前還在博鰲論壇上我們這個車做了一些示范運營。

 

 

我們國家電投在延慶賽區、北京賽區一共投入了200輛，其中延慶賽區是50輛，北京賽區是90輛，50輛整體備用。比賽期間，累計出車7205次，接駁人數160697人，總行駛里程是888599公里，約占北京賽區總運力的60%、延慶賽區總運力的80%左右。我們這些數據都是從奧組委交通保障組得到的數據，我們主要的接駁對象是技術官員、賽區的保障技術人員、企事業單位的領導及賽區觀眾、志愿者、運動員和裁判員、外國媒體等以及張家口賽區的一般人員，按奧運會規定由豐田汽車提供的Mirai LL、考斯特和豐田委托指定生產的大巴承擔運力。

 

除了我們的車以外，我們還派出了2000多位大巴的司機和保障人員，提供充分的保障服務，我們全面服務奧運會，從1月15日開始，我們就進駐了奧運會的場館，1月21日比賽正式開始，到3月13日為止，一共前后62天左右，我們整個奧運會的保障，沒有出現一起事故或者一起故障，圓滿地完成了整個奧運會的接駁任務。

 

我們整個來講，按照氫能大巴百公里減碳45公斤計算的話，我們整個冬奧會期間，含準備期間，一共合計運行了92.5萬公里，總減碳大概700噸左右，我們的氫氣全部來自于燕山石化的工業副產氫。

 

國家電投的兩個車輛的信息，宇通和福田兩種11米大巴，其中宇通的大巴是強混，也就是說鋰電池和燃料電池共同運行的，總驅動電機的峰值功率可以達到240瓦，對我們延慶賽區的高山賽事，特別是在落差1500米的，而且彎道非常多、而且是雪道的情況下，宇通的11米大巴表現非常不錯，海坨山最陡的那段基本上是由我們宇通的11米大巴完成了整個的接駁任務。福田的11米大巴，因為用的是增程式的燃料電池系統，所以它的功率比宇通的要小一些，是170千瓦的功率，所以我們基本上是用在平地的燃料電池接駁任務。

 

除了燃料電池大巴以外，我們和商飛共同合作開發了大概有三款無人機，用在我們這次的冬奧會上，其中兩款是用于巡線，一款是用于移動基站和拍攝任務。我們因為這里面涉及到一些技術秘密，我們跟商飛合作的，所以我這里面沒有把所有的數據都擺出來。

 

 

 

國家電力投資集團簡稱國家電投，是中央直接管理的特大型重要骨干企業，成立于2015年7月，由原來的中國電力投資集團和國家核電技術有限公司重組組建。國家電投是我們國家五大發電集團之一，是全球最大的光伏發電企業，也是全球可再生能源發電裝機容量最大的企業。我們在世界五百強里面排在第273位。國家電投氫能科技發展有限公司成立于2017年5月，是國家電投集團直屬的二級子公司，也是國內首家以氫能為主業的央企二級單位，國家科技示范行動唯一的氫能企業，目前在北京、寧波、武漢、長春、濟南、佛山、日本東京等地設立有10個子公司，目前共有員工520人，其中研發人員超過400人，研發隊伍中碩士學歷者超過85%，博士學歷者超過15%，歸國人員大概5%左右，平均年齡是31歲。

 

國家電投整個產業布局，一個是能源線，利用我們國家電投大量的可再生能源來制氫，消納過剩的電力，然后供給加氫站和分布式功能。我們這次北京冬奧會，其中我們提供服務的有兩個加氫站，還有裝配線，我們主要是通過技術研發，研發出燃料電池以及制氫設備，然后通過產品的生產、制造，最后供應給比如說大巴或者是我們自己的一些發電系統，然后通過這兩條線，一個是實現關鍵技術的自主化研發，然后就是基礎設施的建設，還有一個就是生態系統的構建，建立整個的氫能經濟的發展。

 

 

現在主要的催化劑、氣體擴散層、質子交換膜、膜電極、雙極板這些基礎的核心技術我們基本上是全部掌握的，這五大核心技術。兩大產品線，燃料電池產品和PEM制氫產品，我們基本上落實了整個生產規模。系列化產品，我們主要有水冷燃料電池系統和空冷燃料電池，然后還有PEM制氫、電解槽等等。我們的目標是實現自主化、高性能和低成本。我們現在爭取在2025年之前把燃料電池的電堆做到每千瓦在800塊錢以內，加上系統在1500塊錢以內，這是我們現在的一個主要的目標。

 

 

我們的核心技術來講，高效膜電極，還有里面的催化劑、質子交換膜、氣體擴散層和七合一膜電極都是由我們自己自主生產的。還有鈦基雙極板，我們也是自己生產的，包括我們的鈦的原材料的加工，到札板，到最后我們雙極板的成型、制造，這些我們都有產線。電堆的話，我們是實現了材料級的全自主化，就是電堆設計、組裝工藝、密封工藝、快速活化設備，我們基本上全部都是自主化的。輔助系統，我們也實現了完全自主化，其中只有氫泵，我們現在沒有完全實現國產化，最后我們現在在研究，基本上整個系統已經研究完了，但是整個氫泵來講還沒開始使用。

 

 

我們的催化劑，掌握了核心技術，并實現量產，產品的性能全部達到世界領先水平。因為我本人就是在上個世紀80年代在日本留學，我就進行了催化劑的研發，就是上世紀80年代我就開始開發Pt/C催化劑，也是世界上最早開發Pt/C催化劑的一批人之一。我們現在目前的催化劑，無論它的分散性、還是它的耐久性、還有它的活性、還有它的比表面積等等，我們在世界上都是處于領先水平，因為我原來在日本一個很大的公司，原來就是做催化劑的，所以這塊我非常有自信，我可以達到世界領先的水平。

 

 

質子交換膜，我們現在兩講，目前我們是用國外進口的樹脂來實現了量產，部分產品性能已經達到世界更好的水平，但是下一步我們還想把這些質子交換膜里面用的樹脂完成國產化的研發，并替換下來，就是我們現在850和1050的樹脂已經完成了實驗室的小試，最后我們正在根據化合之后做成中試線。我們可以看到在無加濕的條件下，我們的性能還是領先于進口的質子膜的。

 

 

碳紙擴散層，我們已經掌握了從碳纖維合成到GDL擴散層的全套技術。碳紙已經實現了實驗室的工藝技術開發，計劃從今年的，這個我寫錯了，應該是今年8月份完成年產80萬平方米產線建設并實現量產。GDL擴散老早就用了，因為現在我們的質子膜電極，冬奧會的膜電極，GDL是我們自己的，我們現在進口的是碳張，但是下一步我自己的碳張也馬上就快出來了。

 

 

鈦雙極板，已掌握了流道設計、薄板壓延、沖壓、焊接和表面涂層處理得全套技術。雙極板的生產線已于2020年建成投產，目前產能是60萬片。我們今年正在擴產到300萬片，就是一年一萬堆的產線正在建設中，就是說我們國家電投實際上是繼豐田之后，是全球第二個掌握了鈦雙極板的全套生產工藝的公司，而且鈦的雙極板雖然材料稍微貴一點，但是它預處理的成本比較低，因為耐腐蝕性比較好，所以它總的成本實際上不比我們現在的不銹鋼雙極板高。

 

 

膜電極我們因此完成了催化劑、質子膜、碳紙擴散層全部的自產材料開發，我們的產品性能從這張圖上可以看得出來，我們已經跟豐田正在開發中的Mirai Ⅲ基本上接近，因為我在日本我們一直在跟豐田聯合開發的，所以我可以做到，在0.6V的時候可以做到3.2安培/平方厘米，應該跟我們國內大部分的膜電極比我們的性能還是高一大截的，這個接近豐田的水平。

 

 

電堆來講，我們已經完成了三款，也就是80千瓦、110千瓦和150千瓦三款電堆。我們這次冬奧會用的是110千瓦的電堆，我們的產品性能來講，我們是以額定功率作為我們的標稱的，也就是110千瓦的時候，我們平均單片的電壓0.6V是超過110V的，實際我們整個來講，平均的功率我們可以達到110千瓦左右。

 

 

動力系統，我們現在，因為動力系統自己要用掉一部分的動力，所以我們現在根據上面三款燃料電池電堆，我們有65千瓦、80千瓦和120千瓦三款動力電池系統，分別用于我們的大巴車、我們的乘用車和我們未來的重卡等等，我們現在基本上都完成了這三款電堆的設計，當然對重卡我們可能是用FCS120的兩套系統來完成。

 

 

電解槽，我們目前來講已經完成了100標內的兆瓦級的電解槽的開發，我們下一步正在準備開發10兆瓦級的電解槽，這個目前我們整個產品線是在長春。

 

 

燃料電池核心材料部件，千臺套以下的產能，我們從這張照片上可以看出，北京我們布局了膜電極的中試生產線，寧波是雙極板以及電堆的生產線，長春布局了生產線。

 

 

到我們整個項目產業布局來講，我們有北京、武漢、寧波、長春、日本、濟南、佛山等產業布局，下一步我們要做的話，可能還會在中西部地區，比如說河南或者是四川等地布局我們的產能。

 

我的報告就到這里。謝謝大家！