欧洲将开创世界最大规模的燃料电池巴士示范

2003年八国十大城市30辆最新一代大客上路示范运营

清华大学汽车与安全与节能国家实验室 朱家琏编译

一．参与国家、城市及任务

欧洲清洁市内运输(Clean Urban Transport for Europe 简称CUTE ) 及生态城市运输系统（Ecological City Transport system 简称 ECTS）是欧洲正要进行的两大燃料电池巴士示范验证项目。欧洲清洁市内运输项目（CUTE ）涉及欧洲七国九城市，将在阿姆斯特丹(荷兰首都Amsterdam)、巴塞罗那(西班牙Barcelona)、汉堡(德国Hamburg)、斯图加特(德国Stuttgart) 、伦敦(英国首都London)、卢森堡城(卢森堡国的首都Luxembourg)、马德里(西班牙首都Madrid)、斯德哥尔摩(摩瑞典首都Stockholm)、波尔图(葡萄牙Oporto)进行，欧盟给予ECUTE计划1,850万财政奖历。生态城市运输系统项目（ECTS）仅涉及冰岛一国，是在雷克雅未克(冰岛首都Reykjavik)进行。参与示范验证的十城市在欧洲的分布见图一。

  这十个城市可分为四类：

根据气候的冷热有：伦敦、巴塞罗那、斯德哥尔摩、波尔图。

根据平原或多坡地形有：汉堡、斯图加特、波尔图。

根据交通拥挤或不拥挤有：阿姆斯特丹、伦敦、卢森堡城、马德里。

完全无CO2的运输系统：雷克雅未克。

这项大规模的示范活动，每个城市都将有三辆燃料电池巴士参与，同时每个巴士总站都将建一加氢站，氢也将以不同方法生产，有的还将在加氢站现场设有制氢装置。全世界的人们都将有机会，通过示范活动，提高对燃料电池巴士和有关氢基础设施的认识，也将积累使用经验，并获得各种数据，以便进一步分析、比较。

上述十城市中，装备了燃料电池巴士并建立加氢基础设施的车队，还组建了“燃料电池巴士俱乐部” ，共同制定了这次活动的主要任务：

在十个欧洲主要大城市的城区范围内，进行为期两年以上的示范验证，搞清不同工作条件下，燃料电池巴士的使用和维修特性。

收集有关燃料电池技术的公众信息。

评价有关各种制氢方法所必需的基础设施（包括加氢站）的设计、结构、操作要求等。

收集在使用条件下车辆与制氢、加氢有关的结构和操作特性等。

在各参与单位和公司之间，交换燃料电池巴士在不同工作条件下的各种经验及有关资料。

验证燃料电池巴士在下列工作条件下的工作情况：

     * 不同的气候条件：热、冷、干燥、潮湿。

     * 不同的地形条件：平原、坡地。

     * 不同的城市交通条件：交通流量与停车和行驶、交通管理。

验证燃料电池巴士的下列使用情况：

     * 燃料消耗。

     * 燃料电池工作寿命。

     * 加氢时间。

     * H2的处理。

     * 维修保养。

二．被验证的燃料电池巴士介绍

图  一

参加示范验证的三十辆燃料电池巴士（见图二），将由EvoBus 股份有限公司（EvoBus GmbH）制造，2001年三月该公司与欧洲各城市的运输公司，已在阿姆斯特丹签定了合同，并于2002年底2003年初交付使用。该Mercedes–Benz Citaro底地板燃料电池巴士，长12米，三门，续驶里程200-250公里，设有三十个座位，最多可容纳70名乘客，与具体的布置有关。燃料电池发动机功率大于200kW，是由DaimleChrysier 子公司XCELLSiS制造，最高车速80kM/h，压缩储氢罐置于Citaro 辆燃料电池巴士的顶部，氢气压力350巴，电机、变速箱、驱动桥及其它辅助机械位于巴士后部。其第一辆原型车已于去处年底交付用户，现已进入试车阶段。

图三是燃料电池发动机及行走系统的组成。来自大气的空气经压缩机，和来自储氢筒的氢，分别进入燃料电池堆，进行电化学反应后产生电能，经逆变器去带动牵引电机，推动车辆行进。

整车采用模块化设计，由下列单元组成：

储氢单元：它由九个储氢筒组成，安装在车顶前部，正常充气压力为350巴。

燃料电池供应单元：本单元的用途是

     *  控制进入燃料电池堆的氢流量。

     *  控制空气压缩机进而控制进入燃料电池堆的空气流量。

     *  控制通过燃料电池堆的冷却水流量，保证燃料电池堆的工作温度最佳。

燃料电池堆单元：本车装有两个燃料电池堆，它们位于车顶上。这样可保证与氢有关的工作单元（储氢单元、燃料电池供应单元、燃料电池堆单元）彼此靠近。

冷却单元：本单元的用途是

     *  散发燃料电池堆单元所产生的废热。

     *  提供逆变器、牵引电机、齿轮箱的冷却。

空调单元：本单元不属于燃料电池系统的一部分，但它改善乘客的舒适性。

电动牵引电机单元：本单元除提供牵引动力外，还对安装在另一端面上的附件单元提供动力，该电机的动力是由燃料电池单元输出的直流电经逆变器后提供的。

附件单元：包括下列附件

     *  动力转向泵                  *  散热器风扇

     *  气制动空压机                *  润滑泵

     *  发电机                      *  空调压缩机

     *  冷却泵

自动变速箱单元：

用于燃料电池巴士的自动变速箱与传统自动变速箱的主要区别，在于速比不同，燃料电池巴士自动变速箱的速比要适合电动机的力矩特性，电机转速越低，力矩越大，而内燃机在中高转速时才有大的力矩。

传动轴：它连接电动牵引电机和驱动桥

三．氢的制备与供应

用于燃料电池巴士的氢燃料的生产、供应方式,是这个项目要重点考察的对象。氢燃料的生产有两种途径，一是对水电解，图四，另一是从矿物燃料中提取，图五。

  电解水时，产生电力的初级能源具有多样性，可以是水力能、太阳能、风能、等等，这些是可再生能源，也可以利用垃圾焚烧所产生的能源。如果我们采用可再生能源，那么从氢燃料的产生到巴士的运行，这整个运输链是无污染、零排放的。

当然，也可以将原油精炼时的副产品-氢，或对天然气和甲醇重整中得到得氢，作为氢燃料。

图  四

图  五

根据制氢的地点的不同可分为：”就地制氢”和”集中制氢并通过运输供氢”两类。就地制氢可省去运输过程，集中制氢不但要有运输过程，而且现场要有较大的储氢设备，以保证够燃料电池巴士几天用的气量。

  就地并采用再生能源制氢的城市有：

巴塞罗那，利用太阳能和电网的电制氢

汉堡，利用风能发电制氢

雷克雅未克，利用水力和地热发电制氢，值得一提的是冰岛还计划未来向外国出口氢燃料，迎接氢经济时代的到来

  就地并采用重整方法制氢的城市有：

卢森堡市，采用甲醇重整制氢

斯图加特，采用天然气重整制氢

  采用集中制氢并通过运输供氢的城市有：

阿姆斯特丹，绿色能源发电电解水制氢

斯德哥尔摩，水力发电电解水制氢

伦敦、马德里、波尔图三城市均采用原油精炼工厂的副产品-氢作燃料

四．加氢站

                                          图  六   

  氢燃料要通过加氢站才能给车辆加氢，加氢站由下列设施组成：中间储氢罐、压缩机、高压开关阀、高压储氢容器、分配阀、加氢机。

  由各种不同制氢方法所得到的原始的氢是气态的，若将它们冷却到零下－253°C可得到液态氢，但这要消耗大量的能量，所以，目前是以气态罐装压缩氢的方式，使用在燃料电池车辆上，为此加氢站要备有压缩机。加氢站与天然气加气站很类似，它由下列部分组成：

中间储氢罐，对集中制氢运送供氢的情况，中间储氢罐的容量要保证，够巴士充气的几天用量。而对现场制氢，储氢罐可以很小，因为它的容量只要保证制氢设备（电解、重整）与压缩机的缓冲就可。

压缩机，它用于将低压氢压入高压储氢容器，以便对巴士充气，压缩机的工作几乎是连续的。

高压开关阀，通过该阀组的开关，可使氢气或流向高压储气容器或流向加氢机。

高压储气容器，该容器装有高压氢，当对巴士充氢时，此容器通过加油管与车上的储氢箱连接。由于此容器内的压力大于车上储氢罐的压力，因此氢会自动流入车上的储氢箱直至充满伪造为至。

加氢机，它类似普通加油站的加油机，设计加氢机时要考虑加氢时与巴士能安全、快速地连接。

压力阀，加油站系统中还有若干个压力阀，它们用于加油站系统安装或维修时，安全地切断各组成部分的连接。

图七是一典型的现场加氢站外景。

图七