燃料电池“上天入地下河”时有何不同?

氢燃料电池因使用氢气发电、零碳排放完美契合环保减碳的需求而备受关注。燃料电池中有“天上飞的、水里游的、地上跑的”,它们在性能和技术要求上都有何不同?

本篇文章将会对氢燃料电池在水、陆、空中的应用差异进行简要分析。

燃料电池空间要求

车辆:车载燃料电池的大小受限于车辆本身的体积,车载燃料电池需要尽可能压缩体积,设计紧凑,以节约更多空间。

船舶:设备的安装位置需要满足船上设备快速维护的需要,但船上空间较大,对燃料电池尺寸要求不严格。

飞机:使用氢燃料电池的飞机通常需要大量的储氢设备,机身尺寸将会增加以满足燃料存储的需求。

应用工况

车辆:车辆行驶时速度加减频繁,燃料电池输出功率波动大。

船舶:长时间稳定对外输出功率,波动较小。

飞机:起飞降落过程中需要燃料电池进行大功率输出,飞行过程中的功率输出较为平稳。

应用功率

网络公开数据显示,车用氢燃料电池功率一般在100kW左右,只需使用单套电池系统即可保证车辆平稳运行。

船用燃料电池的功率约为500~1000kW,有些载重量大的船需要更高的电池功率,需要多套电池系统并联工作,目前燃料电池单台功率已突破300 kW,并联后的电池系统能达到MW级别,可以满足内河载重船舶的动力需求。

与将燃料电池作为动力核心的前两者不同,氢燃料电池在飞机上只作为辅助设备使用,其功率尚不足以独立支持飞机飞行。当前的技术发展方向还是混合动力,使用氢作为燃料为燃气轮机提供动力,燃料电池为螺旋桨发动机提供动力。

燃料补给

车辆:车用燃料电池的能源补给主要依靠加氢站。加氢站大量建成便于固定路线运输的氢能重卡、公交车等车辆的燃料补给,提高了能源的补给效率,有利于降低运营成本。

船舶:当前船用加氢站的建设还未开始,氢能船舶通过加氢车加注燃料。氢船的燃料电池功率更大,每次要补给数吨级的氢气。为满足燃料电池在船舶上的应用需求,需要在储氢环节下功夫,使用高密度的储氢方式和大规模的储氢设施。

飞机:机场的燃料输送和加氢设施建设尚未有系统的解决方案。公开资料显示,目前氢能飞机的氢燃料加注首选还是移动加氢车,尤其是小型机场,使用加氢车作为供能方案,可以节省氢气储运和加氢系统建设的投资成本。

辅助零部件安全性要求

车辆:汽车的动力系统和减震技术已经成熟,燃料电池车零部件在功能和安全性要求上与传统燃油车的要求一致。

船舶:零部件的材质和组装需要适配船舶上水汽侵蚀的潮湿环境,有良好的绝缘性能,同时对倾斜、摇摆、振动等情况有应对能力。

飞机:如果飞机使用燃料电池作为动力来源,飞机上包括分布式电力推进系统、高功率电力系统在内的部件都需要重新设计,管道和机翼结构的要求将与传统飞机存在显著的区别。

安装方式及标准

车用:需要有标准规范的安装场地和安装流程,完成相关技术测试即可装机。

船用:燃料电池设备相对独立,安装时要考虑到船舶行驶中的颠簸与潮湿情况,对于船体和设备的连接方式有特殊要求。

飞机:国内的燃料电池飞机仍处于实验室研发阶段,目前暂未制定相关应用标准。

氢燃料电池商用车在示范应用方面提供了宝贵经验,同时也为燃料电池如何达成水、陆、空“三栖”成就指明方向。

氢燃料电池在交通领域的批量应用以商用车为首,虽然应用需求与技术标准不尽相同,但仍有可以相互借鉴的经验。未来燃料电池的应用将逐步扩大到乘用车、船舶和飞机,助力我国双碳目标的达成。

为了共创氢能汽车发展新征程、共建燃料电池技术新未来,2023年氢能汽车与燃料电池发展大会将于11月16、17日在成都举办。

(作者:安熠)

2023-10-21

2023-10-21