中国船舶重工集团北京派瑞华氢能源公司在氢能基础设施领域取得突破

        随着国内外氢能领域进展不断取得突破，氢能的发展速度正在加快，好消息不断传来，日前郑州宇通客车有限公司投资建设的加氢站通过验收并开始给燃料电池客车加注高压氢气，成为近期我国氢能发展的一件大事。

宇通加氢站项目由中国船舶重工集团下属的北京派瑞华氢能源科技有限公司中标并负责承建。该公司拥有一只高素质的团队，核心技术人员具有多年的氢能领域工作经验，参与过多项国家高新技术研究发展计划(863计划)课题和国际与国家级氢能示范项目。公司专注于可再生能源制氢及发电、氢能基础设施、高效电解水制氢系统、车载氢系统、燃料电池系统集成和应用等领域，提供自电解水制氢、储氢和加氢等整个链条的氢能系统解决方案并推动氢能商业化进展。

国外以日本、美国、德国等为代表的国家已经启动大规模加氢基础设施建设。而目前国内仅有2座加氢站，为了开展燃料电池客车的示范运行，宇通公司投资建设了加氢站，该加氢站不同于以往科研性质的项目，是完全按照规范化化、工程化方式开展的项目，由专业的设计院完成施工蓝图设计，并由具有专业资质的安装公司负责工艺及设备安装。

宇通加氢站项目于2014年8月份开始实质启动，宇通加氢站设备于2015年3月份就完成调试、试运行并通过验收。加氢站占地约3000平方米，采用外供氢模式及先进加注工艺流程，可快速、安全地为示范运行的燃料电池客车提供35MPa的高压氢气加注服务。通过加氢站内45MPa的高压储氢管束，实现一辆客车加满氢气的时间小于15分钟，加氢站可以满足10辆燃料电池客车的加氢需求，日加氢能力达到210公斤，满足示范运行的需求。宇通加氢站除为宇通自己研发示范的燃料电池客车提供加注服务之外，还计划为今后我国开展的联合国UNDP/GEF第三期燃料电池公共汽车商业化示范项目提供氢气加注服务。

北京派瑞华氢能源公司专注于氢能基础设施等领域，并在较短的时间内取得了一系列重要突破。

一、加氢站集成技术的设计开发

1.加氢站工艺设计

早期国内建设的加氢站都有国外公司的参与，其设计的复杂性和设备能力匹配等经常不能完全符合国内的使用要求，并且在实际使用过程中控制环节多，操作复杂。北京派瑞华氢能源公司在消化吸收国外技术的基础上，进行了大胆创新，专门开发设计了加氢站工艺包(PID)，加氢站采用先进的三级加注工艺，提高了加注效率和氢气利用率，加氢站核心设备都由国内开发完成，既降低了成本，又便于使用和维护。

图1 宇通加氢站鸟瞰图和燃料电池客车高压氢气加注

宇通加氢站具有实用、方便、高效的特点，它既吸取了先前国外设计的北京加氢站等的经验，又在其基础上进行了创新和提高，更符合国内的实际需要。

2.加氢站站控SCADA系统

为了保证加氢站的安全和控制，北京派瑞华氢能源公司自主开发了加氢站站控SCADA系统。

图2 加氢站控制系统操作界面

该系统由电脑、上位机、数据采集、数据处理、传感器及软件构成，系统通过流程图、画面显示、图形等方式监测加氢站运行状态，并实时处理数据。

3.加氢站关键设备开发和集成

加氢站具有高压、氢气、易燃易爆等特点，其材料和设备的选型都非常特殊。北京派瑞华氢能源公司基于多年加氢站相关的技术积累，掌握了材料和设备的优化选型、集成和氢气加注机的开发技术，经过宇通加氢站的实际使用，效果良好，为今后国内设计建设新的加氢站打下了良好的基础。

图3 加氢站氢气卸气单元和加注机

图4 加氢站氢气压缩机和高压储氢管束

以上这些都成为北京派瑞华氢能源公司目前掌握的核心技术。

二、车载氢系统的开发

车载氢系统用于车辆储氢、供氢和接受氢气加注，是燃料电池车辆必备的重要子系统之一。北京派瑞华氢能源公司按照燃料电池轨道机车的高标准要求开发了专门的车载氢系统。

(1)该系统设计结构紧凑，重量轻。其中车载氢系统框架采用轻量化设计，使得整个系统比以前普通碳钢系统减重近30%，且强度满足相关标准要求。

(2)系统采用模块化设计，对外设置一个进气和一个出气接口，两个电路接口采用航空插头，使得安装方便、快捷。

(3)在产品性能方面可以满足不同客户的需求，零部件均采用国际知名品牌，以保证系统的高安全性和可靠性。

图5 燃料电池有轨电车储氢瓶系统

图6 燃料电池叉车储氢瓶系统

图7 储氢模块有限元模型(局部)

北京派瑞华氢能源公司目前掌握的车载氢系统设计集成技术处于国内先进水平。

三、燃料电池系统及储氢系统测试平台开发

1.储氢罐配套的燃料电池系统实验测试平台

该系统是一套综合测试平台，由储氢合金瓶测试系统、燃料电池系统测试平台、小型电解水制氢系统以及动画展示系统等组成。

(1)储氢合金瓶测试平台具备储氢瓶活化、充氢、放氢功能，具备检测、记录相关参数、测试不同储氢材料的充放氢性能。

(2)燃料电池测试平台包括燃料电池数据采集系统，电子负载，系统控制软件，安全报警系统，直流稳压系统(DC/DC)、电源逆变系统(DC/AC)、蓄电池系统、燃料电池(空冷方式)系统、电脑集成控制系统等。平台可测试燃料电池的能量转换效率、燃料电池的性能、峰值功率、稳定性和寿命，综合评估燃料电池系统以及储氢合金瓶与燃料电池之间的匹配。

图8 储氢罐配套的燃料电池系统实验测试平台

(3)动画展示系统平台，利用计算机控制动画运行，并通过液晶电视屏显示出来，动画内容包括储氢材料进入储氢罐，充氢、放氢、进入燃料电池、产生电能、供应负载等。

以上两个平台设备加上平台动画展示系统，三者有机组成一套金属储氢材料与燃料电池测试平台综合应用、展示评价体系。该测试系统由北京派瑞华氢能源公司自主开发完成。

2.燃料电池测试系统的开发

北京派瑞华氢能源公司为某知名高校开发集成了燃料电池测试系统(目前正在组装)，该测试系统可测试10KW氢燃料电池，可提供燃料电池的氢气、空气、增湿系统、冷却系统，满足燃料电池测试需求。

图9 燃料电池测试系统

四、氢气高压加注系统

根据客户的实际需求，北京派瑞华氢能源公司还设计开发了35MPa小型移动式高压储存加注系统，满足临时简易高压氢气加注的需求。

图10 小型简易氢气高压加注系统

五、总结

中国船舶重工集团北京派瑞华氢能源公司在其所专注的加氢、储氢等领域虽然取得了一定突破，但是面临着氢能快速发展的势头和客户更高的要求，公司将充分依托中国船舶重工集团的支持，加大投入，增强队伍，深化研发，紧跟国外氢能基础设施技术发展的进程，并积极开放地与国内外氢能基础设施领域的同行建立合作，携手前行，共同为推动我国氢能的发展做出贡献。

氢能点亮未来!