江海克：氢能燃料电池发电系统的原材料选购、电堆核心技术、 动力总成结构

5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开， 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

来自深圳市雄韬电源科技股份有限公司江海克发表了题为"氢能燃料电池发电系统的原材料选购、电堆核心技术、动力总成结构中国低温燃料电池发展现状"的精彩演讲。

演讲内容如下：

江海客：

我今天的演讲的是行业环境、公司介绍、行业发展。

行业环境，我们都对燃料电池比较熟悉，刚才李老师讲的有涉及PEM技术，一种低温的发电装置。还有SOFC，属于那种高温的一个发电装置。燃料电池是高效、零排放、超长续航里程的发电装置。

深圳雄韬的主要应用是车载电源，氢气的来源也是一个难题，有煤和天然气重整制氢，配上碳捕捉的装置，有化工废氢，雄韬在武汉基地是特别会发挥化工废氢的优势，尤其是氯碱化工厂的氢。中国西北的弃风、弃光，可以以电制氢，还有光化学的制氢。燃料电池是适合不同功率的应用，有的比较小，比如说军用的单兵电源、无人机，还有之前讲过日本强劲的热电联产的民用电源，还有应急发电车，到了千瓦级的时候，这几年比较火的车载应用，比如说本来我最早是在奇瑞的越野车装了一个10KW，那是5年前的事，现在装的都是40KW以上的装置，能量密度越来越高，体积变小，功率变大，所以可以看这几年中国这几个民营企业发展很快。再大的就是分布式发电，像刚才提到了辽宁营口的荷兰氢电的项目，也是比较有代表性的，最大的是大型电站，那是比较适合SOFC。PEMFC技术，我自己的研发方向可以做到MW级的发电站，不一定都是固体氧化物的。刚才提到的辽宁营口的项目，那就是用PEMFC技术，所以可以做到。

燃料电池的性能，行业的优势，已经实现了规模的量产，像基建备电做到比较多，热电联产也是比较多，右边的图是不同燃料电池类型的热交换膜，直接甲醇燃料电池，固体氧化物、碱性等，可以看到它的分布图。到2015年还是以质子交换膜为主。去年很流行的一个说法，不知道今年是否还流行，全球燃料电池看中国，中国燃料电池看上海，希望你们也关注武汉。中国在燃料电池发展方面有很多政策，跟着中国政府走不会有错。他们有支持燃料电池发展的相关政策，主要是限制哪方面的，不是技术方面的，是功率密度方面的，就像对锂电的能量密度有限制和要求，对燃料电池也有要求。还有一个说法是到了2020年，燃料电池和锂电不一样，燃料电池补贴不退坡，锂电会退坡，我们的补贴不退坡，但是我们的技术要求提高了。

氢能燃料电池主要的优势相当凸显，它是可再生能源，氢气是可再生能源来源很广泛的，前面提到了很多化学的来源，天然气重整、甲醇重整、电解水发电等等，它是无污染的被称之为终极能源，可以看元素周期表左上角就是氢气，就是终极能源。更安全，相对燃油和锂电池，氢气容易消散，道路使用更安全。大家可能难以置信，氢气怎么会更安全?氢气有燃烧的比例，丰田为了推广汽车做了很多视频，他们对储氢罐开长枪，他们从高楼上扔下去，他们做很多测试，到今天为止，我们敢说氢气用在交通领域是安全的燃料。续航里程超长，能量密度很高。车载续航，续航里程达到500-1000公里。目前续航里程的设计目标是350公里左右，加氢快，可以在3-5分钟加满氢气，再回到能量密度高的说法，有可能不是很对，氢气虽然说是一种终极能源，是一种无污染的能源，但是氢气的能量密度其实没有那么高，所以为什么我们做这行都很关心?像程老师提到的储氢的技术，因为我们需要相当大量的氢气发一度电，如果氢气浓缩到常温、常压的什么储氢装置，这是最理想的状况。这个燃料电池相当于一个燃料发电机，你给我们氢气我给大家电，像燃料车一样，有多少汽油续航里程就是多少公里。所以现在氢气的储存也是一个难题。目前国标允许我们在35MPa气压下储存氢气，日本和德国已经通过70MPa的储氢标准了。

现在在国内，中国燃料电池，汽车产业化，说一下汽车的应用。上海那边2020年实现5-10个十座加氢站，燃料电池示范项目到三千多辆，2025年到3万多辆。湖北武汉，2020年聚集超过100家燃料电池汽车产业链相关的企业。燃料电池汽车企业产值超过很大的数额，到江苏苏州，苏州那边也是要建设很多的加氢站。广东云浮也有很多这方面的目标。佛山，很多人不知道佛山，佛山南海区是中国第二大人均GDP的区，相当于比较发达，他们比较有钱，对这方面的支持度也很大的，也在我们广东省。

介绍一下公司情况，这边介绍的是北京氢璞的情况，主营业务是燃料电池电堆、电池系统等，现在有80个人，属于国家高新技术企业。右边是我们在江苏扬州的新工厂，是中国的第一个全自动化燃料电池电堆的生产线，落户到那边去了。

燃料电池的能效发电装置，这边横坐标是功率，纵坐标是效率，可以看到燃料电池在比较低的功率情况下效率很高，ICE是内燃机，内燃机需要大功率才能达到相当高的效率。像纯电动汽车在零转速的时候时效最高，内燃机需要增速比较高，这就是为什么深圳开始推广纯电动大巴的时候，很多老太太上这个车买菜，上这个大巴就感觉很使劲，功率很大。因为它就是零转速功率最大，不像柴油大巴慢慢上去。

燃料电池用在汽车领域会和其他先进技术匹配，比如说自动驾驶，还有一些车联网，比如全球交通电动化是大势所趋，燃料的技术归类于电动齐备。所以纯电动汽车仍然是耗电的，是国家电网的负担。纯电动需要到处配置充电桩，很占地，充电很慢，燃料电池加气站可以利用现有的加油站场地，最近通过的核电站的国标就是加油加氢，还有充电，可以放在一起的标准。还有无人驾驶电动化，燃料电池车载的增程器，这是属于动力领域未来的技术。比如说车联网时代，物流车可以看实时的运行的数据。

续航里程较长，体现氢能的成本优势。在这边横坐标是续航里程，纵坐标是综合成本，绿色曲线是燃料电池，然燃电电动汽车，每公里成本的曲线图。蓝色这个曲线是纯电动汽车每公里成本的曲线图。大家看一下这个图，由于锂电放电后仍然是很重，它会导致能量密度很低，燃料电池车载发电系统不光是氢能，也是“轻”之能。燃电成本曲线图和锂电成本曲线图交汇处是左边纯电动总成本便宜，右边是燃料电池成本便宜。我们这边续航里程较短，可以看到这个地方比较低，锂电比较便宜，燃料电池比较便宜，你看这个曲线图，说明燃料电池在续航里程较长的情况下，是综合成本最便宜的一个传动技术。国外历程持平点是两个成本差不多的点。就算国内电池便宜了一半，也会在200公里，但是今日市面的燃电货车加满氢气可以跑400公里左右。

这个曲线图为什么下降，燃料电池为什么下降?这就是补贴的作用。这个下降之后燃料电池持平点从较长缩短到这里，我们200公里以上的就已经可以实现成本优势。

动力领域电动化的迭代演变，这是机动车动力源演变的方向，演变的方向是往右边，横坐标是普及时常，纵坐标是功率，我们从这边开始，这是比较早期的混合动力，动力电池只占动力总成的一小部分。柴油或者是内燃机占绝对部分，比较大部分，汽油就可以配稍微大一点的锂电，但是内燃机仍然是50%以上，这边是到所谓中等混合动力，差不多各自一半，锂电、动力电池和内燃机，到深混是动力电池比较大。内燃机越来越小。这边实现纯电动化，这边是发展趋势，是全球交通发展趋势。这个是代表氢能燃料电池在动力总成的百分比，在增程式，也就是几年前系统的设计方案，增程式依然以锂电为主，有可能拿一个轻型卡车上面配了4个电池包，去掉一个或者两个，配一个小型燃料电池。到今天国内行业的现状，就这边的，我们现在在从增程式往电电混合，就是锂电和燃电方向发展，这边是锂电又回到50%，燃料电池是50%，氢能汽车就是放电倍率比较高的锂电，然后最大的动力源就是氢能，现在已经有样车，有公司在做。丰田、本田他们都有车在做。这已经实现了氢能汽车。

燃料电池汽车发展的主要瓶颈，300MW到500MW，到2020年是以中等功率燃料电池与大容量电池混动，公共服务用车规模示范，比如说万辆级，然后再往多是越来越大，再就是节能新能源汽车的路线图。燃料电池的动力总成的燃料是什么?方案一是车载碳氢化合物重整制氢机，这在国内也有人在做，有样车，这是拿碳氢化合物重整，它要提纯，也是这个技术的瓶颈，到燃料电池可以发电。到这边就是电控，配一个锂电，这边就是电机，这边就是传动。方案二是车载高压储氢罐，传动，然后电机、电控，配锂电，高压储氢，燃料电池和锂电，动力系统的总成设计大家设计好了，问题是车载氢气怎么来的。问题是现场制氢，不能储存，右边的方案是高压储氢。

混合动力的系统匹配，横坐标是时长，纵坐标是供电响应，动力电池动态响应比较高，但是供电时长比较短，也就是纯电动汽车有可能续航里程有限，燃料电池供电时长相当长，续航里程比较远，动态相应比较低，燃料电池是有固态的东西，业态的冷却液，还有气态，三态在一起，燃料电池是要升温、升压才能达到最佳工作状态，所以动态响应是有限的，这两个放在一起是取长补短。这是混合动力的汽车。

最后给大家看一下燃料电池电堆自动化生产线，大家有需要可以过来参观。非常感谢!

(本文根据现场录音整理，未经本人审核)