氢能列车来了 已有 100 余项专利
他们把氢燃料电池装在列车上——
【人物名片】
陈维荣，西南交通大学电气工程学院院长
●获奖情况：
2021年度四川省科学技术进步奖一等奖
●获奖项目：
大功率氢能动力轨道机车关键技术与应用
●项目点击：
团队历时13年，在国家科技支撑计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金等34项科研项目的资助下，先后自主研发了大功率燃料电池研发平台和MW级燃料电池混合动力系统研发平台，突破了轨道交通用大功率燃料电池动力系统稳定控制、能效提升和故障诊断等系列世界难题，形成了具有自主知识产权的理论成果与核心技术，打破了发达国家在氢能轨道交通领域的技术垄断
（四川日报全媒体记者 李强 摄）
□四川日报全媒体记者 唐泽文 李强
3月29日，在西南交通大学电气工程学院二楼办公室内，院长陈维荣与几位同事正在探讨提升氢燃料电池列车速度的方案。
几天前，陈维荣团队的项目“大功率氢能动力轨道机车关键技术与应用”拿到了四川省科学技术进步奖一等奖。“整体技术达到国际领先水平！”以中国工程院院士罗安为组长的评价小组对这一科技成果如是评价。
“很兴奋，这是对我们工作极大的肯定。”陈维荣说，“不是某个环节而是‘整体技术’，这挺不容易的。现在想做的就是进一步优化，争取研发出时速140公里以上的氢能列车方案，填补国际空白！”
据统计，目前这支团队已有10多个氢燃料电池轨道交通应用项目在全国落地。
研发近3年
相关设备烧坏几十台
“氢燃料电池的最佳应用场景并不是家用轿车，而是线路相对固定的轨道交通系统。”早在2008年，陈维荣就有这样的判断。
为何有如此判断？陈维荣介绍，轨道交通和乘用车不同，从运输途径看，更多是点对点的固定线路，这就让氢气的运输和储存途径变得简单。“目前来看，要像乘用车加油站那样布局加氢站，还是比较困难的。”
另一个优势是成本。陈维荣认为，以当下的技术，氢能源轨道交通项目的一次性投入和长期运营成本比传统的轨道交通电气化方案低10%左右。“也就是说，即便没有国家补贴，纯走市场化开拓，也能算好经济账。”
不过，要把氢燃料电池装进列车并不容易，其中最大的障碍是功率问题。
陈维荣说，以往氢燃料电池的设计方案以乘用车为原型，功率往往只有数十千瓦，即便是大巴或者重卡，也不会超过100千瓦。这样的功率，一个电堆就能够满足。“然而，轨道交通动辄就是数百千瓦的功率需求，因此其动力系统方案必须通过多个电堆协同工作才能完成。”
“难点就在这里！”陈维荣介绍，与锂电池不同，氢燃料电池的供电过程有滞后效应，会导致多电堆的协同工作变得十分困难。“如果没有一个完善精准的协同方案，不仅电堆性能会受到制约，还会对装置整体的稳定性造成影响。”
据了解，仅为了攻破这一项技术，陈维荣团队就用了近3年时间，相关设备烧坏几十台。所幸，成果很明显，最终出炉的方案不仅能稳定运行，能耗效率也更高——国家认证的第三方检测机构给出的结果显示，新方案的使用效率达64.47%，能耗比行业平均水平低三成。
市场空间大
研发和转化两不误
除了这套电堆协同管理系统外，陈维荣团队还开发了全新的氢能轨道机车研发—设计—制造平台。“使用氢能的轨道机车需要全新设计，这样才能有最好的效果。”
如今，陈维荣团队的这套新技术，已经在佛山、青岛、唐山等多个城市落地试点，项目整体产业化进程愈发加快。
“市场空间是巨大的！”陈维荣说，仅国内，全国铁路加上观光列车、有轨电车、城市动车组等应用场景，其中适合氢能改造的市场空间就超过1000亿美元；国际方面，考虑到多国有将内燃机车全部替换为氢能机车的计划，“光是欧洲市场的规模就超过5000亿美元。”不仅如此，储氢、运氢、氢燃料电池零部件制造等产业链相关领域，也将有更大市场机遇。
怎么把握机遇？
“要研发和转化两不误。”陈维荣说。
目前，西南交大已成立专门公司，负责陈维荣团队研发项目的成果落地转化。公司已有100余项专利，涉及氢能轨道交通机车研发、生产的各个环节。当下已落地的项目，也均由公司进行专业化运营。
研发上，陈维荣团队有140余人，其中绝大部分是研发人员。“现在正在做的，就是研发出时速达140至160公里的轨道交通机车，为全国乃至全球的轨道交通项目提供更低碳、高效、低成本的服务。”陈维荣说。
此外，氢燃料电池大型船舶也是他们下一步重点攻克的目标。
据介绍，大型邮轮的动力系统需要20个电堆协同工作，而目前陈维荣团队已完成这一方案的理论设计。“随着技术的不断成熟，协同工作的电堆数量也会不断提升，更多领域的应用将成为可能。”陈维荣表示，希望凭借团队自身技术，在国际市场中斩获更多成果。
延伸阅读
今后很多车的“尾气”可能就是水
“今后可能大家看到的很多车都不再‘冒烟’了。”说到氢燃料电池给人们生活带来的变化，陈维荣这样说。
与传统燃油车最大的不同，氢燃料电池加入的是氢气，排出的是水，不需要处理尾气。这些变化，可能将最早出现在公交车、洒水车、扫地车等线路固定的市政职能车辆上。
氢能车辆安全吗？“很安全。”陈维荣说，氢气的存储和运输方案，跟现在的压缩天然气（CNG）不会有太大差别。“当氢能普及到一定规模，也会像天然气一样成为一种重要的能源产品。”
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