2022,
浦東引領區建設開始了新篇章
選定新賽道,布局新終端,培育新動能,
浦東一馬當先
北京
冬奧會場館常規能源100%使用綠電
1000多輛氫燃料電池車、
30多個加氫站…
就連接力火炬都用上了氫燃料
上海
泥城社區的公路上
多了些青綠色公交車的身影
這是新片區首條
氫能源公交——臨港7路
乘坐7路公交車,
讓我們一起探尋「氫」能源的浦東足跡
全球最大功率的燃料電池電堆
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「鋰電池雖然可以解決電動車一部分的儲能需求,但規模更大、能量密度更高的能源將是氫能。」國內「光伏教父」施正榮教授認為,氫能將成為未來 10 年的一個重大風口。
「雙碳」戰略下,與當前汽車市場中火熱的鋰電池相比,氫燃料電池的最大優勢是——水是唯一副產品。
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臨港7路氫能源公交車運行的核心電堆來自紮根臨港的本土企業上海氫晨新能源科技公司(以下簡稱氫晨),氫晨持續投入超1億元的研發經費,開發了新一代H3技術和230kW電堆,是目前全球最大功率的燃料電池電堆。
「開發200kW級大功率金屬板電堆並不是靠片數堆疊或面積上的延伸,而是需要重構材料體系、仿真體系、製造體系和控制體系。」氫晨總經理易培雲透露其中的難點。
這個「世界之最」在設計過程中,需要在催化劑、載體、塗層、碳紙等核心材料,雙極板、膜電極、密封元件、一體化端板等核心部件上取得突破性進展。在製造和質量體系上,要突破部件快速檢驗、智能匹配、尺寸鏈控制和高效疊裝的關鍵技術,實現燃料電池製造的六西格瑪標準。
目前,臨港新片區正發力氫能產業,建設「國際氫能谷」,打造氫能發展引領區。而氫晨正在為新片區打造100億元投資、千億元級產業的國內一流、國際知名的氫能產業園,承擔大功率燃料電池的供給任務。
國產金屬雙極板的一張名片
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2021年3月,上海治臻新能源裝備有限公司(以下簡稱治臻)年產千萬片級金屬極板產線在常熟市投產,這是目前全球最大的一條金屬極板產線,標誌着我國氫燃料電池汽車行業由研發階段進入規模化示範應用時期。
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治臻核心技術源自上海交通大學,歷經十六年精研創新,在極板構型設計、超薄板精密成形和高速激光焊接、高性能複合納米塗層和一體化密封等方面擁有完全自主知識產權的關鍵核心技術,達到國際一流水平的金屬極板設計與製造能力。
公司成立於2016年,次年就獲得中國汽車工業技術發明獎一等獎。2019年,治臻通過IATF16949和ISO9001體系認證,成為全國首家通過該體系認證的金屬雙極板設計和製造企業。截止到2019年年底,治臻共申請70餘項專利,涵蓋了金屬雙極板從研發到成品的各個環節。2020年,憑藉「兩板三場」結構設計,獲得上海市科學技術獎特等獎。
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光掌握金屬極板的結構工藝和材料技術還不夠,對於治臻來說,要叩開燃料電池商業化大門,還需要將這項先進的技術大批量精密製造成為可能。
為探索批量化製造工藝,治臻的研發團隊不斷在工藝和製備技術上進行創新。經過十餘年的研究,公司陸續掌握了極板多步成形誤差補償與激光焊接變形抑制技術、耐腐蝕導電多元材料複合塗層及多腔連續磁控濺射等原創工藝技術。
「面向客戶及市場化需求,公司在金屬雙極板技術性能,量產能力,及產品的低成本化方面投入很多資源和精力。」治臻總經理藍樹槐表示,
治臻為實現金屬極板的低成本化批量生產,針對大功率燃料電堆的結構設計,提出形成水氣傳輸和水熱管理的金屬雙極板總體設計方法;並完成了超薄金屬極板精密成形技術與長壽命解決方案,掌握了金屬雙極板量產集成技術及金屬雙極板製造裝備的數字化及自動化解決方案。
從核心技術自主研發到量產工藝突破,再到批量交付客戶,一路走來,治臻已經成為國產金屬雙極板的一張名片。
「夢之隊」助力燃料電池產業化
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上海恆勁動力科技有限公司(以下簡稱恆勁動力)成立於2009年6月,是以燃料電池技術為核心,致力於燃料電池產業化的創新型高科技企業。
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企業的實力往往從其創始團隊便可窺見一二。
恆勁動力的創始人高勇曾受聘於加拿大巴拉德(Ballard)公司,長期擔任巴拉德產品開發項目經理和首席工程師,曾是其BGS (電源),Xcellsis (車用發動機),BPS (電堆)等子公司和總部的產品開發核心技術負責人之一,主導和負責了多項世界先進產品的創新和開發,如電堆,氫氣轉換器,離網/家用電源,車船用發動機等。
技術總監Janusz Blaszczy (亞努士)博士曾擔任Ballard公司首要應用科學家,自1999年起長期擔任項目/技術經理負責該公司歐洲10個城市大巴車商用項目以及2010冬奧會用氫能客車開發和運營等重大項目。
還有多名來自巴拉德和韓國三星等地的其他一些科研人員都具有多年產品研發的實戰經驗,這種垂直的從氫能產品製造到氫能服務的實踐經驗以及對國際先進產品的了解的廣度與深度構成了恆勁動力的核心競爭優勢。
在擁有海量國外先進技術及經驗的基礎上,恆勁動力獨立研發出屬於自己的氫燃料電池技術,從電堆設計製作到系統搭建100%採用恆勁獨創工藝,產品的部分性能參數及可靠性均超越北美、日本等知名企業,達到國際先進水平。
官網顯示,恆勁動力目前擁有國際國內發明/實用新型專利超70餘項(所有權及使用權),涉及電堆設計、系統控制、電源管理等核心技術領域。擁有各類氫能燃料電池領域專有技術和商業機密200餘項。
填補國內空白
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2016年,航天動力領域資深專家劉彥傑博士在浦東領銜創辦了上海瀚氫動力科技有限公司(以下簡稱瀚氫動力)。公司致力於氫能源領域儲供氫系統總體技術及泵、閥、壓力容器等核心零部件技術的研發——這是制約我國氫能源技術發展及推廣應用的技術瓶頸之一。
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2018年,劉彥傑博士帶領團隊去往江蘇省如皋市氫能小鎮開啟了供氫系統及核心零部件項目,打造國際一流的儲供氫系統產品,大幅降低儲供氫系統成本。最終,經專家團隊潛心攻關,突破了高效低比轉速壓氣機、動壓氣浮軸承、高速電機及高頻控制等核心關鍵技術壁壘,成功研發了XT-FCC系列氣懸浮空壓機,技術指標國際領先,其高速直驅無油空壓機項目,填補了國內空白。
在2021年6月的第六屆國際氫能與燃料電池汽車展會上,瀚氫動力展示了一款減壓組合閥產品。
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該產品內部集成了減壓閥、安全閥、過濾器、維修排氣閥、壓力傳感器等功能部件,大幅減少系統管路,簡化系統結構,減少系統漏點,減小系統結構空間,提高供氫系統裝配效率,擁有高精度過濾、兩級式減壓、高穩定輸出等功能。
「國外相關產品已經在國內市場盤踞了20年,每年銷售額數億元。如果中國人抓住機遇,在技術研發上堅持下去,是可以跟國外產品決一雌雄的。」 瀚氫動力總經理馮彥曾在一次新能源及節能環保行業大賽中說。
氫燃料系統的「肺」
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1994年,蓋瑞特(Garrett)進入中國,並在上海浦東成立中國總部。
翻開蓋瑞特的《氫燃料電池汽車商業化白皮書》,上面寫道:在全球追求零排放汽車的道路上,氫燃料電池與純電動、插電式混合動力一起扮演重要角色。但無論是哪一種,在未來幾十年都無法滿足所有的零排放交通需求。純電動和氫燃料汽車,再加上更高效的內燃機和混合動力系統,必然在未來各放異彩。
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蓋瑞特的研發方向主要是氫燃料電池空氣壓縮機組件的關鍵零部件,利用鋁合金鑄造的加工經驗和行業資源,積極開拓新能源汽車零部件領域,豐富和延伸產品結構。
氫燃料空壓機是氫燃料電池系統最為關鍵的零部件之一,被比喻為氫燃料系統的「肺」。根據蓋瑞特的估算,每行駛100公里,需要消耗1公斤氫氣和60立方米的空氣。它的效率將決定燃料電池的功率密度和效率,進而影響電池堆的效能發揮和壽命水平,是氫燃料電池系統中至關重要的一部分。
據介紹,蓋瑞特新產品除了體積減小,成本降低外,還增加了具有能量回收的膨脹端設計,能耗水平可降低30%。
「我們每年有超過99%的營業收入和研發基金用於節能減排的先進技術」,蓋瑞特全球副總裁兼中國區總經理張越表示:「上海成為燃料電池汽車示範城市群首批城市,給企業發展相關技術增加了信心。作為上海首批具備本土生產和研發能力的空壓機企業,蓋瑞特要抓住歷史機遇,將最先進的技術用於中國市場」。
據悉,臨港新片區已經陸續落戶了申能、上海治臻、上海唐鋒、鎂源動力等20多家圍繞氫能產業鏈上下游的關鍵企業,囊括了技術、基礎設施建設、應用場景等各個環節。
2021年12月31日,上海市首座油氫合建站——臨港新片區平霄路油氫合建站正式投入運營,臨港燃料電池公交線T6線的10台城市客車將成為首批用戶。它的運營,也將為臨港新片區加快國際氫能谷建設與燃料電池產業發展提供動力支持。
「一兩年以後,中國的加氫站有望衝到世界第一。氫能將成為下一個風口!」施正榮教授說。