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3月29日，在西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二樓辦公室，陳維榮院長和幾位同事正在探討提升氫燃料電池列車速度的方案。
幾天前，陳維榮團隊的項目“大功率氫能動力軌道機車關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”獲得四川省科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎。“整體技術(shù)已達到國際領(lǐng)先水平！”由中國工程院院士羅安領(lǐng)導(dǎo)的評價小組對這一科技成果進行了評價。
“很興奮，這是對我們工作的極大肯定。”陳維榮表示，“這不是某個環(huán)節(jié)而是‘整體技術(shù)’，這挺不容易的。現(xiàn)在想做的是進一步優(yōu)化，努力開發(fā)時速超過140公里的氫能列車方案，以填補國際空白！”
據(jù)統(tǒng)計，該團隊在全國10多個氫燃料電池軌道交通應(yīng)用項目已落地。
研發(fā)近三年
相關(guān)設(shè)備燒壞數(shù)十臺
“氫燃料電池的最佳應(yīng)用場景不是家用轎車，而是線路相對固定的軌道交通系統(tǒng)。”早在2008年，陳維榮就做出了這樣的判斷。
為什么會有這樣的判斷？陳維榮說，軌道交通不同于乘用車。從運輸方式來看，更多的是點對點的固定線路，這使得氫氣的運輸和儲存方式變得簡單。“目前，很難像乘用車加油站一樣布局加氫站。”
另一個優(yōu)勢是成本。陳維榮認為，以目前的技術(shù)，氫能源軌道交通項目的一次性投入和長期運營成本比傳統(tǒng)軌道交通電氣化方案低10%左右，“也就是說，即使沒有國家補貼，純粹的市場化發(fā)展也能算好經(jīng)濟賬。”
然而，將氫燃料電池裝入列車并不容易，最大的障礙就是功率問題。
陳維榮說，過去氫燃料電池的設(shè)計方案是基于乘用車，功率通常只有幾十千瓦，即使是大巴或重型卡車，也不會超過100千瓦。這樣的功率，一個電堆就可以滿足了。“然而，軌道交通通常是數(shù)百千瓦的功率需求，因此其功率系統(tǒng)方案必須通過多個電堆協(xié)同工作來完成。”
“困難就在這里！”陳維榮表示，與鋰電池不同，氫燃料電池的供電過程具有滯后效應(yīng)，這將使多電堆的協(xié)同工作非常困難。“如果沒有完善和準確的協(xié)作方案，不僅會限制電堆的性能，還會影響設(shè)備的整體穩(wěn)定性。”
據(jù)了解，僅為了攻破這項技術(shù)，陳維榮團隊就花了近三年時間燒壞了幾十臺相關(guān)設(shè)備。幸運的是，結(jié)果顯而易見。最終發(fā)布的方案不僅運行穩(wěn)定，而且能耗效率更高。國家認證的第三方檢測機構(gòu)給出的結(jié)果顯示，新方案的使用效率達到64.47%，能耗低于行業(yè)平均水平三成。
市場空間大，研發(fā)與轉(zhuǎn)化兩不誤
除了這套電堆協(xié)同管理系統(tǒng)，陳維榮團隊還開發(fā)了一個新的氫軌道機車研發(fā)－設(shè)計－制造平臺。“使用氫能的軌道機車需要一個新的設(shè)計，以達到最好的效果。”
如今，陳維榮團隊的新技術(shù)已在佛山、青島、唐山等城市試點，項目整體產(chǎn)業(yè)化進程日益加快。
“市場空間是巨大的！”陳維榮表示，僅國內(nèi)鐵路、觀光列車、有軌電車、城市動車組等應(yīng)用場景，其中適合氫能改造的市場空間超過1000億$；國際上，考慮到許多國家計劃取代所有內(nèi)燃機車，“僅歐洲市場規(guī)模就超過5000億$。”不僅如此，儲氫、運氫、氫燃料電池零部件制造等產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)領(lǐng)域也將有更大的市場機會。
如何把握機遇？
陳維榮說：“研發(fā)和轉(zhuǎn)化兩不誤。”
目前，西南交大已成立專門公司，負責(zé)陳維榮團隊研發(fā)項目成果的實施和轉(zhuǎn)化。公司擁有100多項專利，涉及氫能軌道交通機車的研發(fā)和生產(chǎn)。目前已落地的項目也由公司專業(yè)運營。
在研發(fā)方面，陳維榮團隊有140多人，其中大部分是研發(fā)人員。“現(xiàn)在正在做的是開發(fā)速度為140至160公里的軌道交通機車，為全國乃至全球軌道交通項目提供更低碳、高效、低成本的服務(wù)。”陳維榮說。
此外，大型氫燃料電池船舶也是他們下一步攻克的目標(biāo)。
據(jù)報道，大型油輪的動力系統(tǒng)需要20個電堆的協(xié)同工作，陳維榮的團隊已經(jīng)完成了該方案的理論設(shè)計。“隨著技術(shù)的不斷成熟，協(xié)同工作的電堆數(shù)量將繼續(xù)提升，更多領(lǐng)域的應(yīng)用將成為可能。”陳維榮說，希望憑借自己的技術(shù)在國際市場上取得更多的成就。
延伸閱讀
未來很多車的“尾氣”可能是水
“將來看到的許多汽車可能不再‘冒煙’。”談到氫燃料電池給人們生活帶來的變化，陳維榮說。
與傳統(tǒng)燃油汽車最大的區(qū)別是，氫燃料電池添加氫氣，排放水，不需要處理尾氣。這些變化可能首先出現(xiàn)在公交車、灑水車、清掃車等固定市政功能車輛上。
氫能車輛安全嗎？“很安全”。陳維榮說，氫氣的儲存和運輸方案與目前的壓縮天然氣（CNG）沒有太大的不同。“當(dāng)氫能普及到一定規(guī)模時，它也將像天然氣一樣成為一種重要的能源產(chǎn)品。”
