張小鵬 田 甜 劉 杰 段生贊

（1.濟(jì)南公共交通集團(tuán)有限公司,濟(jì)南 250013；2. 濟(jì)南市城市交通研究中心有限公司，濟(jì)南 250014；3.四川宏達(dá)石油天然氣工程有限公司，成都 611700）

為推動(dòng)濟(jì)南市氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，按照市委市政府部署，濟(jì)南公交集團(tuán)主動(dòng)承擔(dān)氫燃料電池公交車示范運(yùn)行項(xiàng)目，積極探索產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，踐行新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換、綠色發(fā)展理念，帶動(dòng)引領(lǐng)濟(jì)南市氫能產(chǎn)業(yè)在公交領(lǐng)域推廣示范應(yīng)用。

1 濟(jì)南市氫燃料電池公交車示范運(yùn)行項(xiàng)目總體介紹

氫能產(chǎn)業(yè)作為能源變革發(fā)展的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，加快其發(fā)展已成為推動(dòng)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換、謀求未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)、搶占新能源技術(shù)制高點(diǎn)的重大舉措。山東省及濟(jì)南市先后出臺(tái)多個(gè)指導(dǎo)文件，旨在推動(dòng)以濟(jì)南市為核心的山東氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。濟(jì)南公交集團(tuán)積極推動(dòng)氫燃料電池公交車示范運(yùn)行項(xiàng)目，2019年以來(lái)，先后投入10.5m氫燃料電池公交車60輛，開(kāi)通K115路5G氫能公交線路等3條示范線路，配套建設(shè)一座1000kg大型公交加氫站。

1.1 示范線路開(kāi)通情況

2019年11月24日，首批10輛10.5m氫燃料電池公交車投入K115路示范運(yùn)行（圖1），由唐冶公交樞紐至經(jīng)八路青年西路，單程21.3km。12月19日，實(shí)現(xiàn)K115路沿線5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋和車輛智能在線監(jiān)控，成為國(guó)內(nèi)首條5G氫能公交線路（圖2）。2020年4月，投運(yùn)第二批30輛氫燃料電池公交車。在K10路支線示范運(yùn)行，由柿子園公交車場(chǎng)至花園路二環(huán)東路，單程28.7km。8月23日，為進(jìn)一步加強(qiáng)主城區(qū)與章丘區(qū)的聯(lián)系，開(kāi)通了300路氫燃料電池示范公交線路，線路單程28km。

圖1 濟(jì)南首條氫燃料電池公交示范線路開(kāi)通儀式

圖2 濟(jì)南氫能公交車5G+智能在線監(jiān)控

1.2 示范線路運(yùn)營(yíng)情況

2020年，濟(jì)南市氫燃料電池公交車示范運(yùn)行111.7萬(wàn)km，累計(jì)運(yùn)送乘客151.2萬(wàn)人次，加氫34.3t（氫能運(yùn)行45.1萬(wàn)km），外充電53.8萬(wàn)kWh，示范運(yùn)營(yíng)效果良好。省市領(lǐng)導(dǎo)帶頭體驗(yàn)乘坐氫能公交車輛，先后開(kāi)展院士乘公交、“暢享氫生活”乘車體驗(yàn)等活動(dòng)，新聞媒體多次宣傳報(bào)道，廣大市民爭(zhēng)相乘坐體驗(yàn)。

2 氫燃料電池公交車技術(shù)性能與配置

示范項(xiàng)目采用二級(jí)踏步燃料電池公交車，車長(zhǎng)10.5m，額定載客81人，平均運(yùn)行氫耗7.6kg/100km，續(xù)駛約280km。整車采用輕量化設(shè)計(jì)，全承載鋁車身結(jié)構(gòu)，配置全盤(pán)式制動(dòng)、空氣懸架系統(tǒng)、無(wú)油活塞電動(dòng)空壓機(jī)、單冷電動(dòng)空調(diào)、壁掛式電暖風(fēng)系統(tǒng)等。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)采用石墨電堆，額定功率46/50kW，體積功率密度2.5kW/L，效率可達(dá)59%，-15℃可低溫啟動(dòng)。儲(chǔ)氫瓶組為6只35MPa、140L鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶，儲(chǔ)氫量21kg，高 壓 管 路、接頭、閥件和安全防護(hù)預(yù)警系統(tǒng)采用模塊化整體設(shè)計(jì)。車載109kWh液冷式磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，車輛具備純電運(yùn)行功能。為提高安全性能，高壓線束采用專用絕緣耐壓達(dá)3000V的阻燃橡膠導(dǎo)線，配備車輛絕緣檢測(cè)儀，實(shí)時(shí)檢測(cè)顯示絕緣值，低于閾值自動(dòng)報(bào)警提示。車載智能監(jiān)控終端具有定位、視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程通信、車輛數(shù)據(jù)采集、智能輔助安全防御等功能。

3 高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)公交加氫站，提高加氫保障能力

根據(jù)濟(jì)南市加氫站發(fā)展規(guī)劃，選定在濟(jì)南市歷城區(qū)韓倉(cāng)公交樞紐場(chǎng)站內(nèi)建設(shè)“濟(jì)南公交第一加氫站”（圖3）。該站站區(qū)面積3129m2，建筑面積403m2，設(shè)計(jì)日加注1000kg/12h@35MPa，可滿足50-100輛氫能公交車加氫需求，每車次加注時(shí)間縮短到10min以內(nèi)。站內(nèi)分三個(gè)功能區(qū)，即高壓設(shè)備區(qū)、加氫區(qū)、營(yíng)業(yè)及控制區(qū)。主要配備：2臺(tái)500kg級(jí)氫氣壓縮機(jī)、獨(dú)立冷卻系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)；2個(gè)氫氣瓶組和1個(gè)固定儲(chǔ)氫長(zhǎng)管拖車，2個(gè)卸氣柱，順序控制系統(tǒng)，儲(chǔ)氫總?cè)萘繛?93.78kg；4臺(tái)加氫機(jī)、8個(gè)大型公交車加氫位，雙進(jìn)雙出加氫通道，智能站控系統(tǒng)，315kVA獨(dú)立供電箱變。

圖3 濟(jì)南公交第一加氫站（韓倉(cāng)）效果圖

4 氫燃料電池公交車及加氫站的安全運(yùn)行

4.1 創(chuàng)新開(kāi)展氫燃料電池公交車運(yùn)行維護(hù)研究，確保車輛安全運(yùn)行

一是濟(jì)南公交參與制定兩個(gè)山東省地方標(biāo)準(zhǔn)，即DB37/T 4060-2020《氫燃料電池電動(dòng)汽車運(yùn)行規(guī)范》和DB37/T 4096-2020《車載氫系統(tǒng)氣密性檢測(cè)和置換技術(shù)要求》，用以指導(dǎo)規(guī)范氫能車輛日常運(yùn)行以及車載氫系統(tǒng)氣密性檢測(cè)和置換要求，從運(yùn)行基本條件、運(yùn)行中危害預(yù)防、燃料電池系統(tǒng)和車載供氫系統(tǒng)的日常點(diǎn)檢和維護(hù)、車輛啟動(dòng)、車輛停放與存放、氫燃料加注、系統(tǒng)檢測(cè)、應(yīng)急預(yù)案與演練等加以明確。二是開(kāi)展氫能車輛壓力容器、電工作業(yè)等特種作業(yè)培訓(xùn)，針對(duì)疫情防控新特點(diǎn)，采取校企聯(lián)合、線上線下結(jié)合、特種作業(yè)操作培訓(xùn)和職業(yè)技能培訓(xùn)相結(jié)合、小班化教學(xué)等培訓(xùn)新模式，克服疫情困難，提高車輛管理人員、檢驗(yàn)人員、維修人員的特種作業(yè)實(shí)操技能。三是規(guī)范氫能車輛使用維護(hù)管理工作。還制定了濟(jì)南公交集團(tuán)《氫燃料電池公交車燃料電池系統(tǒng)（濰柴WEF46）維護(hù)技術(shù)規(guī)范（暫行）》，嚴(yán)格執(zhí)行車輛維護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，定期進(jìn)行車輛技術(shù)狀況和安全檢查。

4.2 積極探索公交加氫站建設(shè)新模式，引入優(yōu)勢(shì)資源，提供有力支撐

濟(jì)南公交集團(tuán)聯(lián)合重汽集團(tuán)共同推進(jìn)加氫站建設(shè)工作。采用業(yè)主監(jiān)督+委托建設(shè)+EPC實(shí)施體系，集聚省內(nèi)優(yōu)質(zhì)氫能產(chǎn)業(yè)資源，采用威海豪頓華成套氫氣設(shè)備、重汽危險(xiǎn)品運(yùn)氫車、濟(jì)南明泉集團(tuán)氫氣氣源、公交自有?；愤\(yùn)輸車隊(duì)等。示范運(yùn)行公交車由重汽生產(chǎn)，采用濰柴氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。

4.3 探索協(xié)同推進(jìn)機(jī)制，優(yōu)化加氫站審批流程

項(xiàng)目實(shí)施初期，濟(jì)南市加氫站建設(shè)政策尚未出臺(tái)，存在主管單位不明確，審批流程無(wú)法落實(shí)的情況。本項(xiàng)目積極推進(jìn)促成濟(jì)南市出臺(tái)《關(guān)于推進(jìn)我市汽車加氫站規(guī)劃建設(shè)運(yùn)營(yíng)管理工作的實(shí)施意見(jiàn)》（濟(jì)政辦發(fā)〔2020〕32號(hào)）。建立分級(jí)管理、并行推進(jìn)、容缺辦理機(jī)制，各責(zé)任主體負(fù)責(zé)項(xiàng)目不定期開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)督查和專題協(xié)調(diào)，會(huì)商解決發(fā)展中的問(wèn)題。同時(shí)跟蹤推進(jìn)，動(dòng)態(tài)分析解決。全面推廣標(biāo)準(zhǔn)化管理，各單位加強(qiáng)安全質(zhì)量等標(biāo)準(zhǔn)化管理工作，夯實(shí)項(xiàng)目建設(shè)、監(jiān)理、施工等參建單位安全和質(zhì)量管控措施，加強(qiáng)檢查監(jiān)督，確保工程質(zhì)量安全可靠。

4.4 多舉措、多層次的安全設(shè)計(jì)，為加氫站安全運(yùn)行保駕護(hù)航

氫氣易燃易爆的特性，決定其工藝設(shè)計(jì)、安全條件的嚴(yán)苛性。這就要求該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)單位、設(shè)備供應(yīng)商及施工單位具有豐富的設(shè)計(jì)業(yè)績(jī)和先進(jìn)的安全管理理念，其主要?jiǎng)?chuàng)新措施如下。

（1）加氫站項(xiàng)目實(shí)行事故風(fēng)險(xiǎn)分析（ARA）、危害與可操作性分析（HAZOP）、爆炸危險(xiǎn)評(píng)估等量化風(fēng)險(xiǎn)分析手段，保證加氫站安全運(yùn)行。項(xiàng)目設(shè)計(jì)采取多級(jí)安全防護(hù)墻、隔音屏等設(shè)施降低危害和影響；工藝系統(tǒng)采用多層次、互相獨(dú)立的可操作性分析，完善工藝、設(shè)備安全設(shè)計(jì)，嚴(yán)格管控不安全狀態(tài)和行為。

（2）創(chuàng)新設(shè)計(jì)三級(jí)報(bào)警聯(lián)鎖管理，確保加氫站安全運(yùn)行。即實(shí)行整站聯(lián)鎖、回路聯(lián)鎖、單體設(shè)備三級(jí)控制系統(tǒng)。第一級(jí)為整站緊急切斷，自動(dòng)（或手動(dòng)）實(shí)現(xiàn)全站自動(dòng)緊急切斷（ESD）停車。觸發(fā)后，報(bào)警并立即停止全站關(guān)鍵部位設(shè)備運(yùn)行。第二級(jí)為設(shè)備保護(hù)切斷聯(lián)鎖，單套設(shè)備自身運(yùn)行異常、越限，執(zhí)行設(shè)備級(jí)聯(lián)鎖關(guān)斷。第三級(jí)為單套運(yùn)行的壓縮機(jī)自身運(yùn)行異常、越限，執(zhí)行機(jī)組單獨(dú)停車。

（3）創(chuàng)新實(shí)行加氫站站區(qū)無(wú)人值守設(shè)計(jì)，打造不依賴人的本質(zhì)安全系統(tǒng)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)考慮最大化不依靠人力解決項(xiàng)目實(shí)際操作問(wèn)題，以杜絕氫氣泄漏為基本設(shè)計(jì)要求，即使出現(xiàn)漏氣也應(yīng)避免產(chǎn)生燃燒爆炸現(xiàn)象。在出現(xiàn)氫氣泄漏并產(chǎn)生燃燒的極端情況時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)定向排放。關(guān)鍵部位設(shè)置氣體泄漏連鎖報(bào)警、閥門內(nèi)漏報(bào)警，零部件使用全生命周期檢測(cè)記錄，同時(shí)設(shè)計(jì)了誤操作聯(lián)鎖功能。

（4）運(yùn)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)搭建大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)加氫站高效運(yùn)行。該項(xiàng)目加氫站設(shè)備巡檢系統(tǒng)采用復(fù)雜工業(yè)設(shè)備場(chǎng)景巡檢系統(tǒng)。預(yù)先制定巡檢規(guī)劃，按計(jì)劃任務(wù)安排并執(zhí)行設(shè)備巡檢。設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測(cè)，具備曲線分析、事件回放、溯源等多種故障診斷。氣瓶監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)充裝過(guò)程實(shí)施監(jiān)管，涵蓋氣瓶安全監(jiān)管、充裝合規(guī)性監(jiān)管、過(guò)程監(jiān)管、非正常充裝預(yù)警功能。

5 濟(jì)南市氫燃料電池公交車示范運(yùn)行項(xiàng)目實(shí)施的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益

5.1 氫能作為終極能源解決方案，環(huán)境效益突出

氫氣在電堆內(nèi)進(jìn)行的是電化學(xué)反應(yīng)，生成的是水，不產(chǎn)生任何污染物。該項(xiàng)目建成后，配套的60輛氫燃料電池公交車預(yù)計(jì)年運(yùn)行里程為410萬(wàn)km。對(duì)標(biāo)同類型燃油公交車，可減少排放大氣污染物總量為41.3t，其中氮氧化物（如NO2）9.7t，二氧化硫11.3t，煙塵20.3t，將為濟(jì)南市乃至山東省的“碳中和”貢獻(xiàn)重要力量。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益顯著

項(xiàng)目實(shí)施前，濟(jì)南市氫燃料公交車示范運(yùn)行采用上游淄博市車用氫氣，在章丘區(qū)中國(guó)重汽撬裝站加注，公交車加氫價(jià)格高昂，2019年為109元/kg， 2020年略有下降仍高達(dá)68元/kg。本項(xiàng)目加氫站投用后，可同步采用濟(jì)南明泉集團(tuán)工業(yè)副產(chǎn)氫提純?yōu)檐囉脷錃庾鳛槟刚練庠矗?021年2月已建成技改提升項(xiàng)目），通過(guò)濟(jì)南公交第一加氫站給60輛氫燃料電池公交車加氫，經(jīng)初步核算，明泉集團(tuán)與濟(jì)南公交集團(tuán)通過(guò)戰(zhàn)略合作方式，使公交車終端加氫價(jià)可大幅下降為35元/kg。僅此一項(xiàng)每年可節(jié)約氫燃料電池公交車運(yùn)行燃料費(fèi)用約1000萬(wàn)元。10.5m氫燃料電池公交車相比同類燃油公交車的燃料費(fèi)將縮小到可承受區(qū)間，見(jiàn)附表。

附表 濟(jì)南公交不同車型能源消耗對(duì)比表

隨著氫燃料電池公交車示范運(yùn)行規(guī)模不斷擴(kuò)大，未來(lái)氫能運(yùn)行成本必將進(jìn)一步下降，趨近于柴油車的運(yùn)行成本。而氫能的環(huán)境效益獨(dú)特優(yōu)勢(shì)必將凸顯，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益雙贏。

6 氫能示范項(xiàng)目帶動(dòng)效果顯著

（1）本項(xiàng)目建成后將成為以濟(jì)南為牽頭城市申報(bào)國(guó)家氫能利用示范城市的重要基石。對(duì)落實(shí)濟(jì)南1+5+4氫能城市群發(fā)展規(guī)劃具有典型的示范帶動(dòng) 意義。

（2）本項(xiàng)目推動(dòng)形成了濟(jì)南市加氫站規(guī)劃建設(shè)運(yùn)營(yíng)管理工作實(shí)施意見(jiàn)，對(duì)指導(dǎo)各市鼓勵(lì)支持加氫站發(fā)展和氫能公交車示范運(yùn)行，大膽先行先試，優(yōu)化加氫站審批流程，具有帶動(dòng)示范意義。

（3）本項(xiàng)目具有良好的社會(huì)效益，建成后可以緩解濟(jì)南市日益緊張的公共交通矛盾，調(diào)整綠色能源結(jié)構(gòu)，減少車輛排放污染，改善空氣質(zhì)量，有效提升節(jié)能減排效果。

（4）項(xiàng)目建成后將優(yōu)化我市氫能營(yíng)商環(huán)境，促進(jìn)精準(zhǔn)招商，吸引氫能產(chǎn)業(yè)的整車研發(fā)、關(guān)鍵系統(tǒng)項(xiàng)目落戶濟(jì)南，超前布局加氫站點(diǎn)，起到氫能源汽車示范應(yīng)用支撐引領(lǐng)作用。