我國在十五發(fā)展規(guī)劃中明確提出要發(fā)展新能源，加大能源的使用率，降低污染。發(fā)展低能耗、低排放及低噪音的清潔燃料汽車。這既是汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，又是合理利用新能源和保護(hù)環(huán)境的新舉措。上海申龍客車有限公司基于內(nèi)外形勢的分析考慮，積極推進(jìn)氫燃料電池公交的產(chǎn)業(yè)化研究，并于2007年底開發(fā)了“神力一號”氫燃料電池城市客車。

   1 氫燃料電池公交車的優(yōu)點(diǎn)

   燃料電池技術(shù)是以氫氣或富氫氣體為燃料，在催化劑作用下與氧氣化合生成水，同時(shí)放出電能的過程。氫燃料不但能從石油、鋼廠等企業(yè)收集提煉工業(yè)副產(chǎn)氫，也可以通過煤電、水電甚至太陽能、風(fēng)能等進(jìn)行轉(zhuǎn)化，來源較廣泛，是一種可持續(xù)發(fā)展的能源資源。

   和電力相比，氫氣可以采用管道或其他工具運(yùn)輸，不會受到電力網(wǎng)的限制，車輛使用也不會受電力錯(cuò)峰的影響和充電時(shí)間的限制，如果加氫站逐步建設(shè)，會比電力車更適合長距離使用。另外，相對于油電混合公交，氫燃料電池能做到真正的零排放，且不再消耗石油這一不可再生資源，對保持經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，更適合用作動(dòng)力源并受到各國普遍重視。

   公交車氫電的轉(zhuǎn)化，是通過電池產(chǎn)生的，質(zhì)子交換膜燃料電池（示意圖見圖1）具有無污染、效率高、無噪聲、工作溫度低、可不間斷工作等優(yōu)點(diǎn)。相對其他形勢的電池，PEMFC無需充電，只需添加燃料，即可繼續(xù)運(yùn)行，產(chǎn)生的唯一排放物是水，真正實(shí)現(xiàn)了零排放，能量轉(zhuǎn)換率高達(dá)60%以上，實(shí)際使用效率則是普通內(nèi)燃機(jī)的2～3倍。因此成為我們開發(fā)公交車的首選。

   2 我國發(fā)展氫燃料電池公交車的可行性

   2.1 國家政策支持發(fā)展

   眾所周知：我國是貧油大國，每年原油的進(jìn)口量達(dá)近2億t，占使用量的50％以上，尋找經(jīng)濟(jì)的可替代能源刻不容緩，國家863計(jì)劃中，明確提出了發(fā)展新能源技術(shù)作為我國高科技研究發(fā)展的重點(diǎn)，并配備相關(guān)技術(shù)和資金資源。

   另外，地方各級政府根據(jù)自身的基礎(chǔ)和條件，采取開辟高新技術(shù)工業(yè)園、聯(lián)合運(yùn)作公交示范運(yùn)營線，扶持相關(guān)新能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)等一系列措施，鼓勵(lì)和引導(dǎo)新能源的利用。因此，現(xiàn)階段發(fā)展氫燃料電池公交車已具備了政策條件。

   2.2 市場需求容量大

   隨著我國“城市化”速度的加快，“公交優(yōu)先”政策的執(zhí)行，城市公交運(yùn)輸車輛使用量在近幾年迅猛增長，國家相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，全國公交車市場保有量達(dá)到了30萬輛，且以每年近10％的速度增長。公交客車大量使用帶來了巨大的燃油消耗，年消耗燃油量高達(dá)400萬t，合人民幣近260億元。因此如果氫燃料電池等新能源公交車能夠產(chǎn)業(yè)化，將為我國節(jié)約大量的資金?？梢哉f，市場已經(jīng)具備了容納氫燃料電池等新能源公交車的條件。

   2.3 技術(shù)成熟

   在國外很早就已經(jīng)有氫燃料電池客車，其技術(shù)水平早已成熟，如果全部采用國外引進(jìn)技術(shù)，不但投入成本大，而且還會遏制我國自身技術(shù)水平的發(fā)展。目前氫燃料電池的研究有了國家政策的支持，已經(jīng)取得了相應(yīng)的成果。通過《氫燃料電池技術(shù)（氫能）專利文獻(xiàn)大全》可以看出，我國的質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)已經(jīng)實(shí)施和完成了國家“九·五”重大科技（攻關(guān)）計(jì)劃項(xiàng)目“30kW質(zhì)子交換膜燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)研制”專題，已經(jīng)具有設(shè)計(jì)、生產(chǎn)0.1～150kW功率燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的能力。部分發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)與部分客車企業(yè)的公交產(chǎn)品搭配試裝，完成了整車與電池動(dòng)力模塊的匹配設(shè)計(jì)與安裝、動(dòng)力模塊與車輛控制系統(tǒng)合理布置等一系列工作，在上海、北京、蘇州等地還開辟了示范運(yùn)營線進(jìn)行車輛的試運(yùn)行。

   由此可見，我國在燃料電池技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化方面都取得了突破性的進(jìn)展，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已初步具備了技術(shù)上的條件。

   2.4 國產(chǎn)化燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)性價(jià)比高

   燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)（見圖2）中的空氣供應(yīng)子系統(tǒng)是整個(gè)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)輔助系統(tǒng)中本身消耗功率最大的器件。目前，國際上從事質(zhì)子交換膜燃料電池研究開發(fā)的大公司包括加拿大Ballard Power Systems、美國的通用汽車公司等，在燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)研究開發(fā)上均采用高壓（相對壓力≥2大氣壓）運(yùn)行的技術(shù)路線，高壓運(yùn)行的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)中的空壓機(jī)功耗大，超過整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的20%，且噪聲大，價(jià)格高，同時(shí)與高壓運(yùn)行相配套的管路、閥門、控制系統(tǒng)也價(jià)格極高。其中因高壓運(yùn)行引起的氫氣泄漏的危險(xiǎn)性增加，因氫、氧的壓力在電池內(nèi)部控制不平衡也容易導(dǎo)致電極擊穿引起壽命縮短。

   我國自行研發(fā)的常壓空氣、低壓氫氣狀態(tài)氫能源燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，采用國產(chǎn)化的常壓鼓風(fēng)機(jī)空氣輸送裝置，不但功耗?。ù蠹s是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的5%），且價(jià)格便宜，易產(chǎn)業(yè)化。燃料電池也減少了因高壓氫氣泄漏帶來的危險(xiǎn)，提高了主動(dòng)安全性和產(chǎn)品可靠性；燃料電池工作壽命長，工作噪聲低；同時(shí)因鼓風(fēng)機(jī)常壓運(yùn)行，其他零部件也價(jià)低易得，有利于產(chǎn)業(yè)化。

   產(chǎn)品可靠性方面，采用我國自主研發(fā)的第三代氫燃料電池城市客車發(fā)動(dòng)機(jī)的城市客車，自2005年8月以來，已累計(jì)運(yùn)行達(dá)到4.5萬km，運(yùn)行時(shí)間已達(dá)2000h，性能幾乎沒有衰減，目前仍在正常示范運(yùn)行中。國產(chǎn)化水平和可靠性得到了有效的驗(yàn)證。

   2.5 社會效益和使用經(jīng)濟(jì)性

   燃料電池客車發(fā)動(dòng)機(jī)與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)制造成本和使用成本的比較如表1、表2所示。

   通過以上的數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)階段我國已經(jīng)具備氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化的基本條件，可實(shí)施小規(guī)模示范運(yùn)營。

   3 產(chǎn)業(yè)化過程中取得的成果與遇到的問題

   3.1 取得的主要成果

   (1）目前上海申龍已與相關(guān)燃料電池廠家協(xié)作，已經(jīng)成功完成SLK6113氫燃料電池公交的試制工作，各項(xiàng)指標(biāo)均通過了國標(biāo)的檢測，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

   (2）2008上?？蛙囌褂[會上展出我們的氫燃料電池城市客車后，一直通過路試檢測、運(yùn)行了近2000km，最高時(shí)速仍達(dá)90km以上，性能指標(biāo)基本保持新車狀態(tài)。

   (3）政府部門溝通，配合新能源的推廣使用工作，正在爭取在上海取得示范運(yùn)營的資質(zhì)，為積累小批量生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)作準(zhǔn)備。

   3.2 產(chǎn)業(yè)化過程中問題

   3.2.1 解決氫的制備、儲存與運(yùn)輸?shù)染哂刑魬?zhàn)性的技術(shù)難題

   （1）試制過程和試運(yùn)行過程中，氫氣不難取得，但如果產(chǎn)業(yè)化形成規(guī)模，用氣量大增，氫氣的制備將成為問題。氫氣雖然可以通過電解水取得，但如果電解水的電能仍以化石燃料（如石油、天然氣）為基礎(chǔ)來獲取，并未從根本上解決對燃油的依賴。使用火電（煤炭）來制氫目前來說可行，但也沒有改變?nèi)紵禾繋淼臏厥倚?yīng)。因此，現(xiàn)階段急需找到一種合適的制氫方式，解決大規(guī)模使用前的難題。

   （2）由于氫常溫常壓下為氣態(tài)，因此在車上如何攜帶氫也就成為一大難題。目前，采用將氫加壓700kg，使之變成液態(tài)，用耐壓的復(fù)合材料瓶儲存。但鋼瓶儲存氫氣的容積小且有爆炸的危險(xiǎn)，并需要絕熱裝置來隔熱。而利用儲氫合金（金屬氫化物）來儲存氫氣尚在研究階段，付諸實(shí)施尚需時(shí)日。

   （3）加氣站的建設(shè)成本較高。以上海一加氫站為例，占地僅約2畝的建造成本已達(dá)2000萬元以上。因此需要政府的相關(guān)政策引導(dǎo)和資金的扶持，才有可能解決這一問題。

   3.2.2 氫燃料電池公交車的制造成本和電池的使用成本控制

   雖然燃料電池公交大部分零件可以通過國產(chǎn)化來降低成本，但相對與化石燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，每千瓦所需的資金還是比較高，特別是未形成規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，5～6倍以上的資金投入讓購車者一時(shí)無法接受，因此，降低燃料電池成本，特別是尋找電池中催化觸媒的經(jīng)濟(jì)性替代材料，是目前解決產(chǎn)品成本控制的關(guān)鍵。

   4 結(jié)束語

   近年來，隨著油價(jià)的一路飆升，用油大戶——公交公司對使用新燃料的呼聲日益高漲，我們作為已經(jīng)具備一定產(chǎn)業(yè)化條件的客車生產(chǎn)企業(yè)，將和燃料電池制造企業(yè)緊密配合，利用已有的條件，逐步解決存在的問題，爭取在短時(shí)間內(nèi)推出批量產(chǎn)品。