随着我国多地区推行氢能高速、完善沿线加氢基础设施,氢能重卡在跨区域、长距离应用场景逐渐有了“用武之地”。与此同时,适用于长途干线物流运输场景的液氢重卡受到了多方关注,或将成为氢车推广的破局新思路。
今年2月20日,一汽解放与佛瑞亚集团、液化空气集团加强在重型卡车液氢储存系统方面的合作;5月31日,未势能源携长途重载运力解决方案“木星”液氢储氢系统亮相中国(郑州)国际氢能展;9月,金龙液氢超级重卡Merry Haul在2024IAA汉诺威国际商用车及配件展上亮相。
液氢重卡路线在推进氢车推广方面具有哪些优势?怎样才能大规模商业化落地?
液氢重卡为氢车推广开辟新道路
目前,液氢重卡为氢车推广在车辆推行场景、加氢站建设运营以及氢气使用效率等方面提供新的解决思路,或将为氢车大规模推广带来新局面。
先看车辆推行场景。传统的氢燃料电池重卡使用气氢,而气态储氢密度低,需要占据更多的空间,因此携带多个储氢罐才能满足一辆重卡的动力需求。这种情况在长途干线物流运输场景中并不方便,氢燃料电池重卡长期局限在能够就近加氢的倒短运输场景,如港口、工业园区、煤炭大宗货物等运输场景。
不同于传统氢能重卡,液氢重卡的储氢装备所需空间少、更轻量化,因此车辆自重较小,在承载与续航方面具有更大优势,更适于大范围、长距离、跨区域的运输场景。随着多地推出氢能汽车高速免费通行政策,液氢重卡在跨省级长途支线和专线物流运输等应用场景具有很大潜力。
再看加氢站运营成本问题,这其中包括建设成本、加注成本和液氢成本等。加氢站为车辆加注液氢采用液氢泵增压、汽化器复温的方式,综合能耗不超过2kWh/kg,与传统加注气氢所需的3~8kWh/kg综合能耗相比(气氢给35MPa车辆加注的综合能耗在3-4kWh/kg,给70MPa车辆加注的综合能耗在6-8kWh/kg),具有明显的经济优势。另外,因液氢占地空间较小,相比于传统加氢站,液氢加氢站在一定程度上减少了建设成本。
有业内人士分析,根据规模化成本计算,气态储氢每千克成本为2000多元,液氢则可以控制在1000元以内。未来,随着技术进步和规模化应用,液氢每千克储氢成本有望降至500元。
接着看氢气使用效率。重卡的动力系统电堆功率一般达到或超过120kW时,热管理系统会进行强制冷却,而车载液氢燃料也需要通过换热设备加热复温到常温,因此可以采用液氢冷能回收利用的方式来冷却大功率电堆,两者的结合对液氢重卡动力系统的稳定、高效运转大有裨益。
同时,液氢具有较高的品质,汽化后可直接获得超纯氢,一直到进入终端的电堆,期间不会有杂质气体的干扰,有利于燃料电池系统延长寿命、保持良好性能。
液氢重卡路线还需解决这些难题
相比传统氢能重卡,液氢重卡确实具有多方面的优势,在吸引业界共同推动氢车推广应用、促成液氢重卡的商业化落地方面具有巨大潜力,但是现实中存在的难题也亟需得到解决。
首先,液氢技术路线尚未成熟,液氢的制取和存储都绝非易事。液氢的制取需要-253℃的低温条件,通过预冷和节流膨胀等工艺将氢气冷却液化。在制取过程中,液氢的耗能成本也是一笔不小的开支,液化1kg氢需要耗电10~20kWh,用电制氢的经济性并不高。
此外,液氢的存储对容器性能要求较高,需用到超低温特殊容器,用专门的液氢瓶对车辆续航里程、携氢量更友好,但现在技术和法规还没有达到允许液氢瓶上路的阶段。目前国内主流的储氢瓶仍以金属内胆(即Ⅲ型瓶)为主,Ⅳ型瓶研制尚处于初级阶段,而氢液化装置、液氢球罐、液氢储运容器等关键零部件方面的技术难关还需攻克。
未势能源液氢平台产品线总监黄欢明表示,随着液氢系统匹配燃料电池功率越来越大,供氢压力将越来越高,液氢系统整体架构上“亚临界压力储存+液氢泵”和“超临界压力储供氢”是将来最为可能的技术发展方向。
其次,液氢加氢站配套还不完善,如何为液氢重卡进行补能是一个大问题,而国内仅有浙江平湖市建成的一座配套加氢站。此外,虽然北京市首座商用液氢加氢站在今年6月已开工建设,国富氢能与大河四季冷链物流、齐鲁氢能(山东)在10月达成合作并计划在11月开工建设液氢加氢站,但距离落地运营还有较长一段时间。
需要注意的是,液氢加氢站会遇到液氢在常温下蒸发、产生BOG(Boil-Off Gas,蒸发气体)的情况,对加氢站的经济性有很大影响,如韩国两座液氢加氢站因大量BOG问题无法正常运营,订购方、施工公司以及韩国国内公司都在忙着准备解决方案。
再次,在液氢重卡的成本上,虽然现在有氢燃料电池汽车示范城市群补贴、暂免收取高速公路通行费,但车辆购置成本仍然是一笔不小的费用。此外还有前期研发、产品验证测试、后期运营维护等耗资,经济账各项成本的压力不小。
“暂时不要考虑经济账是否算得过来,目前液氢重卡还处于调试的一个阶段,将要搭建场景进行示范运营,在未来示范运营之后才能探索出可以改进的地方以及成本下降的空间。”一位负责液氢牵引车业务的车企人员告诉高工氢电。
最后,国家对液氢安全的把控较为严格,液氢的行业标准也十分缺乏。氢能需要摆脱“危化品”的标签,真正成为可以安全使用的能源资源,期间相关行业标准的完善非常重要。
2024年10月,北京市液氢领域首个地方标准《车载液氢系统整车匹配安全要求》正式发布,该标准为液氢重卡的整车安全提供了一个可供参考的依据,或将成为液氢重卡安全推行“破冰”的率先之举。
整体来看,液氢技术路线为氢车推广提供了一个新的角度,要让液氢重卡跑起来、跑得安全经济,还需要克服技术路线、加氢站建设、经济账以及行业标准的难题,如此才能真正跑通液氢重卡的商业化之路。
液氢重卡究竟还要多久才能商业化落地?一家储氢瓶企业高层的回答是:“液氢重卡是未来的一个方向,距离液氢重卡的推行至少还需要3-5年。”