【正文】 他 的言傳身教將使我終生受益。在不久的將來(lái)， 氫 燃料電池汽車(chē)將成為主流技術(shù)，成為 21 世紀(jì)的綠色交通工具。 氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)作為機(jī)械、電子、能源、計(jì)算機(jī)、汽車(chē)及信息技術(shù)等多種高新技術(shù)的集成，是典型的高新技術(shù)產(chǎn)品，它的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的成敗關(guān)系到能源、環(huán)保、交通運(yùn)輸和高科技等諸多產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 氫 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在短期之內(nèi)尚無(wú)法取代內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的地位 。 北華大學(xué)本科畢業(yè)論文 14 結(jié)論 作為一種清潔、高效的發(fā)電技術(shù)， 氫 燃料電池有望成為下一代的車(chē)輛動(dòng)力裝置。 相應(yīng)地，隨著 氫 燃料電池總體水平的突飛猛進(jìn)， 氫 燃料電池汽車(chē)也必將在交通領(lǐng)域中引發(fā)革命，我國(guó)從 2020 年左右將可能出現(xiàn) 氫 燃料電池汽車(chē)小型示范車(chē)隊(duì)， 而到本世紀(jì)中葉 氫燃料電池汽車(chē)將可能在汽車(chē)保有量中占據(jù)相當(dāng)可觀的比例 ，且以更快的速度擴(kuò)張。車(chē)載制氫雖然在 3E 性能方面有優(yōu)勢(shì)，但技術(shù)難度最北華大學(xué)本科畢業(yè)論文 13 大，尚有待進(jìn)一步突破才會(huì)有較大發(fā)展，就 重整技術(shù)來(lái)講，甲醇重整技術(shù)難度較小，因此可能會(huì)先于汽油重整在我國(guó)得到發(fā)展。目前國(guó)際有關(guān)機(jī)構(gòu)已對(duì)很多制氫技術(shù)進(jìn)行試點(diǎn)運(yùn)作，我國(guó)的技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平相比尚有差距而且存在國(guó)情差異，因此是否會(huì)相應(yīng)推廣這些技術(shù)還有待在實(shí)際發(fā)展中檢驗(yàn)。 雖然現(xiàn)在天然氣汽車(chē)早已經(jīng)運(yùn)行使用，但隨著時(shí)間推移，在不久的將來(lái)，氫燃料電池汽車(chē)將成為主導(dǎo)汽車(chē)。 另外 ， 天然氣作為汽車(chē)燃料的 有很多致命的 缺點(diǎn)： 改裝后的天然氣汽車(chē)動(dòng)力有所不足；改裝成本較高；天然氣密度低，不如汽油和柴油容易貯存，天然氣用于車(chē)用氣時(shí)，需要專(zhuān)用的燃料儲(chǔ)運(yùn)和供給系統(tǒng)。 氫 燃料電池汽車(chē) 與天然氣汽車(chē)相比也有很多優(yōu)點(diǎn)。 更為重要的是， 氫 燃料電池不產(chǎn)生諸如碳?xì)浠衔锘虻趸锬菢拥挠泻U氣，而內(nèi)燃機(jī)卻要排放這兩類(lèi)有毒的副產(chǎn)物。內(nèi)燃機(jī)有幾百個(gè)運(yùn)動(dòng)部件構(gòu)成，并需燃燒汽油或其它燃料，且這種燃燒過(guò)程是由若干個(gè)小爆炸組成一個(gè)連續(xù)的循環(huán)，因而產(chǎn)生動(dòng)力及噪聲 ； 氫 燃料電池則無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，通過(guò) 燃料電池堆 產(chǎn)生的電動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。 氫 燃料電池汽車(chē) 與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比有很多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)作下比較。 PEFC（燃料電池汽車(chē)） 系統(tǒng)中的空氣壓縮機(jī)、冷卻水循環(huán)泵等全部使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，各元器件之間的連接、不銹鋼管的配置等，成本也較高，為促進(jìn) FCEV 的實(shí)用化，降低這些零部件的成本也是必不可少的。燃料電池組之間設(shè)有幾組冷卻用“單元”，由于該單元同樣使用石墨材料，假定 2 個(gè)發(fā)電用“單元”配備 1 個(gè) 冷卻用“單元”，則需要 枚 /發(fā)電用單元的石墨板， 1 個(gè)單元的面積為 200cm2，那么，石墨板的成本為 25000 日元 /枚、 375000 日元 /kW，作為汽車(chē)用動(dòng)力源是不可能的數(shù)字。 (日本國(guó)內(nèi)市售價(jià)格為其 3 倍 )，交換膜面積中的發(fā)電部分利用率為 75%，發(fā)電密度 ／ cm2時(shí)，成本為 16000 日元／ kW(1 美元 =110 日元 )，按日本的生產(chǎn)技術(shù)，交換膜批量生產(chǎn)時(shí)成本可以控制為目前的 1/10 左右，加之電能利用率、發(fā)電密2 我國(guó)氫燃料電池汽車(chē)的研究現(xiàn)狀及需要解決的主要問(wèn)題 11 另外影響燃料電池成本的是 Pt 使用量，現(xiàn)狀 PEFC 的發(fā)電密度為 ，對(duì)應(yīng) Pt 使用量為 4mg/cm2， Pt 成本為 1300 日元 /g、 10400 日元 /kW，利用 Pt可以回收再生的特點(diǎn)，還有降低成本的可能。降低 PEFC 的組成材料成本主要應(yīng)減小氫離子交換膜的成本。 表 2 研究選擇的 10條燃料鏈 開(kāi) 采 制 備 運(yùn) 輸 加 注 站 汽車(chē)使用 煤 ? 煤制 甲醇 ? 甲醇運(yùn)輸 ? 甲醇站 ? 甲醇重整車(chē) 天然氣 ? 天然氣制甲醇 ? 甲醇運(yùn)輸 ? 甲醇站 ? 甲醇重整車(chē) 石 油 ? 汽油 ? 汽油運(yùn)輸 ? 汽油加油站 ? 汽油重整車(chē) 煤 ? 煤大型制氫 ? 氫運(yùn)輸 ? 加氫站 ? 純氫車(chē) 天然氣 ? 天然氣制氫 ? 氫運(yùn)輸 ? 加氫站 ? 純氫車(chē) 煤 ? 電網(wǎng) ? 電運(yùn)輸 ? 電解水 制氫站 ? 純氫車(chē) 天然氣 ? 天然氣凈化 ? 天然氣運(yùn)輸 ? 天然氣現(xiàn)場(chǎng)制氫站 ? 純氫車(chē) 煤 ? 煤制 甲醇 ? 甲醇運(yùn)輸 ? 甲醇現(xiàn)場(chǎng)制氫站 ? 純氫車(chē) 天然氣 ? 天然氣制甲醇 ? 甲醇運(yùn)輸 ? 甲醇現(xiàn)場(chǎng)制氫站 ? 純氫車(chē) 石 油 ? 汽油 ? 汽油運(yùn)輸 ? 汽油現(xiàn)場(chǎng)制氫站 ? 純氫車(chē) 氫 燃料電池的成本問(wèn)題 氫燃料電池汽車(chē)實(shí)用化的 最重要的問(wèn)題 是降低車(chē)輛成本。 同時(shí)進(jìn)行了環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性和能效性 (3E)的全面評(píng)估，并以天然氣制甲醇的車(chē)載制氫燃料鏈為基準(zhǔn)進(jìn)行了各方案基礎(chǔ)性投資的對(duì)比 ，結(jié)果如下： 1） 從不同化石基的角度考慮，天然氣基燃料鏈的 3E 性能最優(yōu) ； 汽油基燃料鏈略遜之 ；相對(duì)地，煤基燃料鏈最不樂(lè) 觀，然而隨著原油越來(lái)越少及我國(guó)對(duì)煤加工利用的大力投入，形勢(shì)會(huì)相應(yīng)改變 ； 2)與純氫車(chē)型相比，車(chē)載制氫路線的 3E 綜合評(píng)估性能較優(yōu)，且所需基礎(chǔ)投資最少，但其弊端在于技術(shù)難度最大，因此只有當(dāng)技術(shù)上獲得重大突破才會(huì)有所發(fā)展 ； 3)加注站現(xiàn)場(chǎng)制氫的各條燃料鏈 3E 性能相對(duì)較差，尤其是煤電電解水制氫燃料鏈劣勢(shì)最明顯，所以很難進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化，僅可作為演示性質(zhì)的燃料電池車(chē)隊(duì)氫源 ； 北華大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 4)燃料大型制氫的 3E 綜合性能高于小型生產(chǎn)，尤其是由天然氣大型制氫及氫管網(wǎng)輸送的燃料鏈，鑒于目前我國(guó)正在大力發(fā)展天然氣管網(wǎng)運(yùn)輸 (如西氣東輸 )，因 此在其沿線實(shí)施此路線有一定現(xiàn)實(shí)意義 。該課題是國(guó)內(nèi)首次從資源開(kāi)采到汽車(chē)使用對(duì) 氫 燃料電池汽車(chē)的全生命周期進(jìn)行評(píng)價(jià)，針對(duì)不同氫源選擇對(duì)能效、排放及經(jīng)濟(jì)性 (3E)進(jìn)行系統(tǒng)分析。目前， 我國(guó)在燃料電池技術(shù)總體水平上與國(guó)際先進(jìn)水平還有很大差距，要想迎頭趕上，必須找到適合本國(guó)國(guó)情的最佳切入點(diǎn)，即從環(huán)境、能效和經(jīng)濟(jì)性角度考察，提出綜合性能最優(yōu)的技術(shù)路線，以便為我國(guó)的 氫 燃料電池汽車(chē)的燃料選擇提供依據(jù)。車(chē)用 氫 燃料電池的燃料來(lái)源主要有兩種，一是直接用氫，二是車(chē)載制氫技術(shù)。 因此 ，我們今后的任務(wù)還很重。 2 我國(guó)氫燃料電池汽車(chē)的研究現(xiàn)狀及需要解決的主要問(wèn)題 9 國(guó)內(nèi)目前的氫燃料電池的穩(wěn)定 壽命還在 2020 小時(shí)左右，大大低于國(guó)際的 7000～ 8000 小時(shí)。國(guó)外的燃料電池大客車(chē)價(jià)格很高 ，為了促進(jìn)我 國(guó)政策的制定和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的建立 ，建議我 國(guó)的燃料電池大客車(chē)也能加入到示范運(yùn)行的行列中。我 國(guó) 由政府投入資金 已經(jīng)自主研發(fā)出了燃料電池大客車(chē)。專(zhuān)家們建議加快 氫 燃料電池電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，盡快將 氫 燃料電池電動(dòng)車(chē)技術(shù)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。兩單位以武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和該校汽車(chē)工程學(xué)院為基地，研發(fā) “ 25kW 燃料電池轎車(chē) ”， 所研制的 25kW 氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在上海同濟(jì)大學(xué)國(guó)家定點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，經(jīng)全面測(cè)試，主要性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所研制的 “ 楚天一號(hào) ” 燃料汽車(chē)轎車(chē)也經(jīng)過(guò) 600 公里的運(yùn)行試驗(yàn) ，汽車(chē)運(yùn)行性能良好。所有其他參賽車(chē)輛都裝載了 80 千瓦北華大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 以上的燃料電池，而“超越三號(hào)”的燃料電池系統(tǒng)僅 45 千瓦 ， 突出的 燃料經(jīng)濟(jì)性證明了“超越三號(hào)”電 — 電混合動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)路線的優(yōu)越性， 特別是使用的鋰離子電池和永磁電機(jī)性能優(yōu)秀，在動(dòng)能回收方面效率很高，瞬時(shí)助力功能較強(qiáng)，彌補(bǔ)了燃料電池的不足，提高燃料經(jīng)濟(jì)性 ； “超越三號(hào)”優(yōu)異的綜合成績(jī)證明了分布式電子控制系統(tǒng)的系統(tǒng)優(yōu)化性能 ， 目前的控制系統(tǒng)可以保證在動(dòng)態(tài)范 圍內(nèi)燃料電池系統(tǒng)處于最佳效率區(qū)域，從而保 證了系統(tǒng)的高效穩(wěn)定性能； 在參賽車(chē)輛中，“超越三號(hào)”是唯一的可以使用純度為 4 個(gè) 9 氫氣（氫含量%）的系統(tǒng)，其他車(chē)輛均要求 5 個(gè) 9 的氫氣 ， 賽事供應(yīng)氫氣的成本遠(yuǎn)高于“超越三號(hào)”在上海示范運(yùn)行使用氫氣的成本 ， 這證明了我們使用工業(yè)副產(chǎn)氫氣的經(jīng)濟(jì)性 ； “超越三號(hào)”遠(yuǎn)渡重洋參加挑戰(zhàn)賽，不僅向世界展示了中國(guó)燃料電池汽車(chē)的研發(fā)實(shí)力，也經(jīng)受住了長(zhǎng)途跋涉的考驗(yàn) ， 途中溫差超過(guò) 50℃ ， “超越三號(hào)”經(jīng)受了溫差和長(zhǎng)時(shí)間擱置的考驗(yàn)，開(kāi)倉(cāng)檢查電池荷電態(tài)保持在 40%左右，加注氫氣后即可運(yùn)行 ， 其他參賽的燃料電池汽車(chē)都采用空運(yùn)或近距離陸運(yùn)，他 們對(duì)我們安全海運(yùn)的技術(shù)措施十分關(guān)注，此次海運(yùn)為燃料電池汽車(chē)整車(chē)包裝、安全、防護(hù)和恢