国家电投柴茂荣：氢能科技在北京冬奥会的应用实践与发展展望（附PPT）

 

在27日下午举办的以“氢能迈向规模示范新阶段”为主题的氢能产业论坛中，国家电投集团氢能科技发展有限公司首席技术官柴茂荣发表了讲话。

 

 

柴茂荣   国家电投集团氢能科技发展有限公司首席技术官

 

 

 

各位领导，各位专家，我是国家电投氢能科技公司的柴茂荣。我今天讲演的题目是“氢能科技在北京冬奥会的应用实践与发展展望。”

 

我今天报告的内容分为两部分：第一是国家电投氢能技术在冬奥会的应用实践；二是国家电投氢能公司的介绍。

 

在“双碳”目标下氢能的产业要担当重任。今年2月份，在中央政治局学习会上，两次提到了氢能，3月23日，发改委正式发布了2021—2035的国家氢能中长期发展规划，明确了氢能的战略定位，提出了发展氢能的基本原则，“自主自强、安全为先、稳慎应用。”明确提出了氢能产业的示范应用，要稳步前进、多元化发展，以市场应用为牵引，有序推进绿色氢能在交通、电力、工业领域的应用。也就是说到2030年的时候，我们国家的非化石能源的占比从现在的15%要提高到25%，增加10个百分点。终端能源的消费氢能的占比，从2030年的5%左右到2050年的20%左右。

 

 

在北京冬奥会上，大家都看到了，我们原来提出来的是“山地用氢，平原用电”，最后在实际执行中平原也用氢。这次冬奥会一共是三个赛区，北京赛区主要承办开闭幕式，还有所有的冰上项目、自由式滑雪、大跳台项目，在冬奥会和残奥会期间，该场馆可接纳1700名运动员和随队官员，国家电投在北京赛区共投入了120辆氢能大巴，其中30辆备用，在延庆赛区，主要承办了雪车、雪橇及高山滑雪项目，包括我们大家非常荣幸的可以看到在高山滑雪中谷爱凌高山滑雪的比赛都是在延庆赛区比赛的。

 

 

在冬奥期间，冬奥会和残奥会期间，该场馆可接纳1430名运动员和随队官员，我们国家电投提供氢能大巴大概65辆，其中5辆是备用。张家口赛区主要是承办雪车、雪橇、高山滑雪和自由式滑雪大跳台之外的所有雪上项目，在冬奥会期间共容纳2640名运动员和随队官员，我们国家电投在张家口赛区没有提供服务。

 

氢能来讲，我们指的是我们国家电投的氢能的一个商标，也就是说我们完全自主化的从催化剂到质子膜、到膜电极、到双极板、到电堆、到系统，整个都是我们国家电投自己开发设计到生产的。我们以它作为氢能的商标，来搭载在我们国家两个，一个是北汽福田的大巴上，大概是50辆搭载在北汽福田上，还有150辆是搭载在宇通的大巴上。整个在这个图上可以看到，我们从开发到生产、到品质控制、到装配、到整个出厂，最后都服务于大巴整个的画面，我们的催化剂是2018年3月份完成，我们的膜电极是2020年1月份，气体扩散、整车质子膜，还有膜电极，还有电堆，还有系统，我们整个都在冬奥会前的半年全部都完成了，而且之前还在博鳌论坛上我们这个车做了一些示范运营。

 

 

我们国家电投在延庆赛区、北京赛区一共投入了200辆，其中延庆赛区是50辆，北京赛区是90辆，50辆整体备用。比赛期间，累计出车7205次，接驳人数160697人，总行驶里程是888599公里，约占北京赛区总运力的60%、延庆赛区总运力的80%左右。我们这些数据都是从奥组委交通保障组得到的数据，我们主要的接驳对象是技术官员、赛区的保障技术人员、企事业单位的领导及赛区观众、志愿者、运动员和裁判员、外国媒体等以及张家口赛区的一般人员，按奥运会规定由丰田汽车提供的Mirai LL、考斯特和丰田委托指定生产的大巴承担运力。

 

除了我们的车以外，我们还派出了2000多位大巴的司机和保障人员，提供充分的保障服务，我们全面服务奥运会，从1月15日开始，我们就进驻了奥运会的场馆，1月21日比赛正式开始，到3月13日为止，一共前后62天左右，我们整个奥运会的保障，没有出现一起事故或者一起故障，圆满地完成了整个奥运会的接驳任务。

 

我们整个来讲，按照氢能大巴百公里减碳45公斤计算的话，我们整个冬奥会期间，含准备期间，一共合计运行了92.5万公里，总减碳大概700吨左右，我们的氢气全部来自于燕山石化的工业副产氢。

 

国家电投的两个车辆的信息，宇通和福田两种11米大巴，其中宇通的大巴是强混，也就是说锂电池和燃料电池共同运行的，总驱动电机的峰值功率可以达到240瓦，对我们延庆赛区的高山赛事，特别是在落差1500米的，而且弯道非常多、而且是雪道的情况下，宇通的11米大巴表现非常不错，海坨山最陡的那段基本上是由我们宇通的11米大巴完成了整个的接驳任务。福田的11米大巴，因为用的是增程式的燃料电池系统，所以它的功率比宇通的要小一些，是170千瓦的功率，所以我们基本上是用在平地的燃料电池接驳任务。

 

除了燃料电池大巴以外，我们和商飞共同合作开发了大概有三款无人机，用在我们这次的冬奥会上，其中两款是用于巡线，一款是用于移动基站和拍摄任务。我们因为这里面涉及到一些技术秘密，我们跟商飞合作的，所以我这里面没有把所有的数据都摆出来。

 

 

 

国家电力投资集团简称国家电投，是中央直接管理的特大型重要骨干企业，成立于2015年7月，由原来的中国电力投资集团和国家核电技术有限公司重组组建。国家电投是我们国家五大发电集团之一，是全球最大的光伏发电企业，也是全球可再生能源发电装机容量最大的企业。我们在世界五百强里面排在第273位。国家电投氢能科技发展有限公司成立于2017年5月，是国家电投集团直属的二级子公司，也是国内首家以氢能为主业的央企二级单位，国家科技示范行动唯一的氢能企业，目前在北京、宁波、武汉、长春、济南、佛山、日本东京等地设立有10个子公司，目前共有员工520人，其中研发人员超过400人，研发队伍中硕士学历者超过85%，博士学历者超过15%，归国人员大概5%左右，平均年龄是31岁。

 

国家电投整个产业布局，一个是能源线，利用我们国家电投大量的可再生能源来制氢，消纳过剩的电力，然后供给加氢站和分布式功能。我们这次北京冬奥会，其中我们提供服务的有两个加氢站，还有装配线，我们主要是通过技术研发，研发出燃料电池以及制氢设备，然后通过产品的生产、制造，最后供应给比如说大巴或者是我们自己的一些发电系统，然后通过这两条线，一个是实现关键技术的自主化研发，然后就是基础设施的建设，还有一个就是生态系统的构建，建立整个的氢能经济的发展。

 

 

现在主要的催化剂、气体扩散层、质子交换膜、膜电极、双极板这些基础的核心技术我们基本上是全部掌握的，这五大核心技术。两大产品线，燃料电池产品和PEM制氢产品，我们基本上落实了整个生产规模。系列化产品，我们主要有水冷燃料电池系统和空冷燃料电池，然后还有PEM制氢、电解槽等等。我们的目标是实现自主化、高性能和低成本。我们现在争取在2025年之前把燃料电池的电堆做到每千瓦在800块钱以内，加上系统在1500块钱以内，这是我们现在的一个主要的目标。

 

 

我们的核心技术来讲，高效膜电极，还有里面的催化剂、质子交换膜、气体扩散层和七合一膜电极都是由我们自己自主生产的。还有钛基双极板，我们也是自己生产的，包括我们的钛的原材料的加工，到札板，到最后我们双极板的成型、制造，这些我们都有产线。电堆的话，我们是实现了材料级的全自主化，就是电堆设计、组装工艺、密封工艺、快速活化设备，我们基本上全部都是自主化的。辅助系统，我们也实现了完全自主化，其中只有氢泵，我们现在没有完全实现国产化，最后我们现在在研究，基本上整个系统已经研究完了，但是整个氢泵来讲还没开始使用。

 

 

我们的催化剂，掌握了核心技术，并实现量产，产品的性能全部达到世界领先水平。因为我本人就是在上个世纪80年代在日本留学，我就进行了催化剂的研发，就是上世纪80年代我就开始开发Pt/C催化剂，也是世界上最早开发Pt/C催化剂的一批人之一。我们现在目前的催化剂，无论它的分散性、还是它的耐久性、还有它的活性、还有它的比表面积等等，我们在世界上都是处于领先水平，因为我原来在日本一个很大的公司，原来就是做催化剂的，所以这块我非常有自信，我可以达到世界领先的水平。

 

 

质子交换膜，我们现在两讲，目前我们是用国外进口的树脂来实现了量产，部分产品性能已经达到世界更好的水平，但是下一步我们还想把这些质子交换膜里面用的树脂完成国产化的研发，并替换下来，就是我们现在850和1050的树脂已经完成了实验室的小试，最后我们正在根据化合之后做成中试线。我们可以看到在无加湿的条件下，我们的性能还是领先于进口的质子膜的。

 

 

碳纸扩散层，我们已经掌握了从碳纤维合成到GDL扩散层的全套技术。碳纸已经实现了实验室的工艺技术开发，计划从今年的，这个我写错了，应该是今年8月份完成年产80万平方米产线建设并实现量产。GDL扩散老早就用了，因为现在我们的质子膜电极，冬奥会的膜电极，GDL是我们自己的，我们现在进口的是碳张，但是下一步我自己的碳张也马上就快出来了。

 

 

钛双极板，已掌握了流道设计、薄板压延、冲压、焊接和表面涂层处理得全套技术。双极板的生产线已于2020年建成投产，目前产能是60万片。我们今年正在扩产到300万片，就是一年一万堆的产线正在建设中，就是说我们国家电投实际上是继丰田之后，是全球第二个掌握了钛双极板的全套生产工艺的公司，而且钛的双极板虽然材料稍微贵一点，但是它预处理的成本比较低，因为耐腐蚀性比较好，所以它总的成本实际上不比我们现在的不锈钢双极板高。

 

 

膜电极我们因此完成了催化剂、质子膜、碳纸扩散层全部的自产材料开发，我们的产品性能从这张图上可以看得出来，我们已经跟丰田正在开发中的Mirai Ⅲ基本上接近，因为我在日本我们一直在跟丰田联合开发的，所以我可以做到，在0.6V的时候可以做到3.2安培/平方厘米，应该跟我们国内大部分的膜电极比我们的性能还是高一大截的，这个接近丰田的水平。

 

 

电堆来讲，我们已经完成了三款，也就是80千瓦、110千瓦和150千瓦三款电堆。我们这次冬奥会用的是110千瓦的电堆，我们的产品性能来讲，我们是以额定功率作为我们的标称的，也就是110千瓦的时候，我们平均单片的电压0.6V是超过110V的，实际我们整个来讲，平均的功率我们可以达到110千瓦左右。

 

 

动力系统，我们现在，因为动力系统自己要用掉一部分的动力，所以我们现在根据上面三款燃料电池电堆，我们有65千瓦、80千瓦和120千瓦三款动力电池系统，分别用于我们的大巴车、我们的乘用车和我们未来的重卡等等，我们现在基本上都完成了这三款电堆的设计，当然对重卡我们可能是用FCS120的两套系统来完成。

 

 

电解槽，我们目前来讲已经完成了100标内的兆瓦级的电解槽的开发，我们下一步正在准备开发10兆瓦级的电解槽，这个目前我们整个产品线是在长春。

 

 

燃料电池核心材料部件，千台套以下的产能，我们从这张照片上可以看出，北京我们布局了膜电极的中试生产线，宁波是双极板以及电堆的生产线，长春布局了生产线。

 

 

到我们整个项目产业布局来讲，我们有北京、武汉、宁波、长春、日本、济南、佛山等产业布局，下一步我们要做的话，可能还会在中西部地区，比如说河南或者是四川等地布局我们的产能。

 

我的报告就到这里。谢谢大家！