楊福源，清華大學長聘教授、博士生導師，清華大學車輛學院氫能與燃料電池學科責任教授，清華大學—豐田氫能與燃料電池汽車聯(lián)合研究中心主任，中國汽車工程學會理事及發(fā)動機分會主任。

主要從事新能源動力系統(tǒng)控制及制氫和氫安全研究，率先開展高壓PEM電解水制氫技術(shù)研究，致力于提升整個制氫系統(tǒng)的綜合效率。作為國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”重點專項——“氫能出行”關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范項目負責人，帶領(lǐng)團隊整合、打通氫能全產(chǎn)業(yè)鏈條，并在冬奧會期間開展大規(guī)模集中式的氫能應(yīng)用示范。

氫氣被認為是清潔多能的能源載體，在人類可持續(xù)發(fā)展能源體系中占據(jù)著重要位置。清華大學領(lǐng)銜的國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”重點專項——“氫能出行”關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范科研項目組，以服務(wù)2022年北京冬奧會為契機，著力突破“氫能出行”制—儲—運—加—用的全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)和安全保障技術(shù)，是迄今為止全球最大規(guī)模的氫燃料電池汽車及氫能基礎(chǔ)設(shè)施的示范項目，在中國乃至世界氫能發(fā)展史中都具有重要意義。日前，項目組負責人楊福源教授講述了氫能汽車如何助力北京冬奧實現(xiàn)零碳綠色出行。

問：綠色出行方式那么多，為什么北京冬奧會選擇使用氫燃料汽車？

楊福源：2008年北京奧運會時，清華大學歐陽明高院士領(lǐng)銜的團隊就開發(fā)了國內(nèi)燃料電池大客車的關(guān)鍵技術(shù)，并且有三輛車做了示范。經(jīng)過10多年國內(nèi)高校還有企業(yè)界共同努力，目前燃料電池大客車的技術(shù)水平基本可以滿足商業(yè)化運行，這是第一個條件。

第二，燃料電池大客車的攜能密度比較高，攜帶的能量比較多。在天氣寒冷車輛耗能較大的情況下，燃料電池大客車和電動車相比，雖然兩個應(yīng)用階段都是零碳排放，燃料電池大客車就有它的優(yōu)勢。北京冬奧會舉辦地張家口、延慶，還有北京，氣溫極限值有可能到零下35攝氏度，這樣寒冷的天氣下，燃料電池大客車因為能量多，續(xù)駛里程就相對較長，同時它還能提供快速熱管理，25分鐘內(nèi)車廂速熱可至10攝氏度，可滿足保暖需求。所以它也是一個展示我國綠色科技的平臺，而北京冬奧會一個重要理念就是綠色辦奧，燃料電池客車都貼合了這些理念，所以是一個非常好的選擇。

問：目前氫能出行項目進展如何？

楊福源：氫能出行從車輛角度來講，我們項目組至少開發(fā)三款車型滿足續(xù)駛里程的要求，滿足極寒天氣下高原陡坡的行駛工況要求等。同時示范車的數(shù)量比較多，我們項目內(nèi)至少200輛，但實際上冬奧會總的燃料電池車將近1000輛。這么大的燃料電池車隊需要用氫，所以項目里面也會建設(shè)加氫站，我們項目里有5座加氫站。有加氫站，就要運氫，相應(yīng)的還有配套制氫工廠。所以，這是一個氫氣的制—儲—運—加—用以及全鏈條信息監(jiān)控的項目，是關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和示范應(yīng)用的項目。

目前，我們?nèi)剂想姵剀囆偷拈_發(fā)都已完成，生產(chǎn)的車輛已經(jīng)交付張家口公交、北京公交和北京水木通達運輸公司等為冬奧提供服務(wù)的單位。加氫站也基本就緒，我們在延慶中石油的金融加氫站做了70兆帕的連續(xù)加注實驗，主要是測試加氫站的連續(xù)保障能力，在我們設(shè)計的極限工況下，有10輛車連續(xù)做加注。從檢測數(shù)據(jù)看，我們加氫站在70兆帕的加注能力上全球第一。當然，還有運行車等一些配套工作都在向前推進，包括全面的信息監(jiān)控也都在推進。我們可以提供冬奧所需用氫的需求、車輛的需求，還有相關(guān)保障工作。

問：要實現(xiàn)100%零碳排放，就需要100%的綠氫供應(yīng)，在北京冬奧會期間，為什么選擇電解水制氫這一技術(shù)路線？

楊福源：氫的來源現(xiàn)在主要有三種，第一一種是從化石能源而來，比如用煤制氫或天然氣制氫;第二種來源是工業(yè)的復產(chǎn)氫;第三種來源就是電解水制氫。這幾種來源里，前兩種都會涉及石化能源碳排放的問題，這跟現(xiàn)在我國“雙碳”目標并不一致。那就只有電解水制氫，水在催化劑的幫助下，利用電場作用分解成氫和氧。而電使用的也是綠色能源產(chǎn)生的電，比如光伏發(fā)電或者風力發(fā)電。所以，電解水制出來的氫根本上是從哪來的呢？是太陽給我們的，是光伏和風力，不涉及任何石化能源，不產(chǎn)生任何碳排放，所以它是100%綠色的。

中石油金龍加氫站

問：在北京冬奧會籌備和舉辦期間，以及賽后的各個使用環(huán)節(jié)，如何全鏈條保障和監(jiān)管綠氫的安全？

楊福源：氫的安全問題全社會都很關(guān)心，也是產(chǎn)業(yè)界著力要攻克的一個問題。氫的安全，跟氫分子量最小這一特性有關(guān)。因為分子量最小，就很難被壓縮，而一旦泄漏會往上飄。同時，也因為分子量最小，在高壓高溫下就很容易滲透到其他材料當中去，導致氫脆問題出現(xiàn)，這些都是氫安全的特殊性。

氫的安全，分為事前安全、事中安全和事后安全三類。事前安全主要就是產(chǎn)品，涉及氫的容器、氫的管路這類跟材料緊密相關(guān)的安全。在這個過程中不要讓它發(fā)生氫脆，結(jié)構(gòu)上讓它能耐受足夠的強度而不會泄露，這可以通過產(chǎn)品認證來保證它的可靠性。對普通民眾來講，大家遇到的氫安全風險，更多的就是氫的失蹤安全，這跟泄漏是緊密關(guān)聯(lián)的。

對此，只要做好“三防兩嚴”就可以，“三防”是防泄露、防集聚、防點火，“兩嚴”是嚴格氫源品質(zhì)、嚴格流程管理。這個環(huán)節(jié)里面最主要的，是早一點發(fā)現(xiàn)泄漏和快速采取措施。第三類安全就是事后的安全，一旦發(fā)生了氫的泄露、燃燒，消防上一般要求能燒不要爆，全力避免爆炸等。

加氫能力測試現(xiàn)場

在這三類安全中，因為冬奧項目里車輛是示范運行，跟民眾直接相關(guān)，所以它的泄漏安全是一個特別重要的問題。我們項目組還專門做了實驗，針對燃料電池大客車遭到側(cè)面碰撞時，會不會把氫氣瓶的防護裝置撞壞，以此來檢測我們的設(shè)計是不是到位。我們做了應(yīng)該是全世界第一例的燃料電池大客車70兆帕的氣瓶側(cè)碰的實驗，結(jié)果表明這個結(jié)構(gòu)的設(shè)計是能夠保證安全的，側(cè)面撞擊對連接氣瓶沒有損害。

問：在冬奧會之后，氫能出行項目還有哪些應(yīng)用？未來氫燃料電池汽車還將會有哪些發(fā)展前景？

楊福源：燃料電池汽車是氫能開發(fā)的一個應(yīng)用場景，應(yīng)冬奧會而開發(fā)的燃料電池大客車的關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品，以及產(chǎn)業(yè)鏈上的一些產(chǎn)品，在冬奧會后都可以用。比如成品大客車，延慶旅游觀光用車就可以消納，另外通過公共交通也可以消納。加氫站就不用說了，有車在跑，加氫站一定是可以有用武之地的，只要車在運行，整個產(chǎn)業(yè)鏈就都能拉動。

另一方面，在我國“雙碳”國際承諾之下，氫能應(yīng)用將會持續(xù)成為社會熱點，也將是科技研發(fā)的一個重點。我們項目開發(fā)的一些技術(shù)既會持續(xù)在本領(lǐng)域里應(yīng)用，也會轉(zhuǎn)移和擴展到氫能相關(guān)的其他領(lǐng)域，比如電解水制氫的關(guān)鍵技術(shù)就不僅僅應(yīng)用于冬奧會，這只是冬奧背景下非常重要的行業(yè)發(fā)展的先導階段。