摘要:液氢由于具有储氢密度大、能量密度高等特点,被看成有前途的运输方式。液氢重卡作为液氢终端应用的场景之一,也逐步进入大众视野。
液氢由于具有储氢密度大、能量密度高等特点,被看成有前途的运输方式。液氢重卡作为液氢终端应用的场景之一,也逐步进入大众视野。
目前,国内氢能产业链企业包括国家能源集团北京低碳院、航天101所、奥扬科技、天海工业等均在这一方向展开布局;整车厂中除了众所周知的北汽福田,一汽、陕汽、中国重汽等也在推进液氢重卡的研发。
就其自身属性而言,液氢确实是氢能重卡实现商业化的一大可行选项,甚至有业内人士预测,未来80%的氢能重卡可能都将是液氢重卡。但目前其存在的挑战也不容忽视,比如:国家对液氢管制较为严格,当下难以普遍应用;国内液氢生产和储运产业链尚未实现规模化建设,液氢的经济性还有待提升等。
那么,液氢重卡距离商业化运行到底还有多远?
发展节奏正加快
近两年,业界对液氢重卡的关注度明显提升,国内外频传液氢重卡的相关消息。
今年6月24日,在长征汽车品牌复兴暨1号新能源重卡发布会上,长征汽车对外展示了液氢燃料电池牵引车技术的新成果。
国家能源集团北京低碳院已经开发出全球首个基于潜浸式高压液氢泵的液氢加注技术。5月12日,该液氢加注系统在美国亚利桑那州开始为美国尼古拉公司氢燃料电池重卡车队进行加氢商业示范,且受到尼古拉公司的高度好评。目前,国家能源集团正在筹建液氢加注测试基地。
2月,巴拉德动力系统与查特工业公司成功测试了一款由液氢驱动的燃料电池,相关设备采用了巴拉德FCmove™-HD燃料电池和查特车载液氢(“HLH2”)燃料系统。据悉,查特和巴拉德预计将在未来几个月内进行液氢燃料电池车的道路试验。
去年9月,清华大学牵头的产学研团队联合北汽福田宣布成功研制出全球首款35吨级、49吨级分布式驱动液氢燃料电池重型商用车,并顺利通过我国液氢燃料电池汽车的首次综合测试。据相关人士透露,北汽福田现又已经研发出2-3台液氢重卡,目前正在进行测试,预计在今年年底发布。
清能股份子公司Hyzon在去年中旬宣布将与ChartIndustries合作生产一款续航里程可达1000英里的液氢动力重型商用车,Chart是一家独立的全球液氢设备制造商。
去年初,戴姆勒与气体公司巨头林德公司宣布联手研发了液态氢燃料电池卡车GenH2,并表示将从2023年开始进行车辆的用户试驾,并于2025年后实现量产。
其他企业,航天101所、奥扬科技、天海等均已涉足车载液氢储氢系统;富瑞特装今年公开表示,公司正在进行氢燃料电池车用液氢供气系统及配套氢阀的研发工作,目前样品已试制完成有待进行装车试验。整车企业中,除了北汽福田,一汽、陕汽、中国重汽也在推进液氢重卡的研发。
多年以来,柴油始终是重卡的主要燃料之一,不过在环保压力下,氢能作为清洁高效的能源正逐步成为燃油重卡的替代能源。一直以来,气态储氢因为技术最成熟,是氢能重卡的应用主流。现在来看,液态储氢也似乎有望为氢能重卡提供动能了。
液氢储氢的几大优势
众多产业链企业在液氢重卡上展开布局,源于液氢在重卡车型的应用上有天然优势。
一方面,液氢在单位质量和单位体积储氢密度上具有绝对优势。一般而言,大功率长续驶里程的重卡往往需要50-80kg的车载储氢量,如果采用高压氢瓶,即使是70MPa氢瓶,也需要5-8个250L的大容积氢瓶;而液氢瓶只需要一个0.8-1.3m³的液氢燃料罐,其储氢系统的体积密度和重量密度远高于高压氢系统。
另一方面,重卡的动力系统电堆功率一般达到或超过120kW,热管理系统采用水冷型强制冷却。在此系统中,车载液氢燃料也需要通过换热设备加热复温到常温,因此可以采用液氢冷能回收利用的方式来冷却大功率电堆,使得重卡电堆的设计可以更加紧凑、高效、长寿命。
此外,液氢品质的优越性也是高压氢所不能比拟的。除了氦气之外所有的杂质气体遇到液氢都会凝固分离,因此液氢汽化后直接获得超纯氢,这一品质可以从上游液化一直保持到终端进入电堆,对燃料电池汽车动力系统的长寿命、高性能保证具有重要意义。
另外从加氢站角度,一般来说,气氢给35MPa车辆加注的综合能耗在3-4 kWh/kg,给70MPa车辆加注的综合能耗在6-8kWh/kg。而液氢面向35MPa/70MPa高压储氢的燃料电池汽车加注,是采用液氢泵增压然后汽化器复温(以环境作为热源,无需额外耗能)的方式,即使液氢给70MPa高压车辆加注的综合能耗也不超过2kWh/kg,能耗优势明显。
综上所述,液氢的应用适合于大规模场景,其经济性体现在综合能耗的降低和储运、加注的经济性,以及终端的高密度储氢和高品质利用。
“终端车载液氢储氢更适合于重卡这类场景应用,未来液氢重卡可能将成为主流。” 一家储氢瓶企业相关负责人预测。
距规模化应用还有多远?
3月份发改委发布的氢能产业中长期规划明确提出,要推动低温液氢储运产业化应用。政策方向指引,加上液氢本身应用于重卡有显著优势,让液氢重卡前景可期。
不过,就现阶段而言,液氢重卡仍处于研发阶段,要实现商业化还存在诸多难点亟待解决,包括氢气的液化温度达到零下253度,这让液氢在运输上存在能耗较大的问题,且对液氢储氢容器的性能要求极高。
还包括,我国在氢液化装置、液氢球罐、液氢储运容器与高压四型瓶、液氢加氢站成套装备,以及氢膨胀机、液氢泵、液氢阀门等关键零部件方面,均需要进一步攻关。
国内液氢生产和储运产业链尚未实现规模化建设,液氢本身的经济性也还有待提升。同时,与当前更为主流的高压气态氢的加注、计量方式不同,液氢的加注与计量都存在更高的技术难度。
此外,电堆也是当前液氢重卡的一大发展难点,液氢重卡对于燃料电池电堆能量密度要求较高,这一技术需要进一步提升;液氢重卡作为新兴产品,目前储氢与供氢系统还尚未建成,未来仍需较长时间完善全产业链。
“虽然多家企业都在积极推进液氢重卡,这严格来说属于一种前瞻性布局,结合目前这些实际情况,以及目前国家基于安全原因对液氢管制较为严格,液氢重卡要实现规模化运行,还有一段路要走,估计要在5年以后。”一家新能源车企高层直言道。
原标题:液氢重卡“起风”