美国南加洲阳光车道运输公司（Sunline Transit Agency）访问小结

清华大学汽车安全与节能国家重点实验室 电动车辆研究室朱家琏整理

2002年四月燃料电池城市客车863项目总体组一行7人，去美国考察燃料电池巴士情况，现根据访问Sunline Transit Agency时，了解的情况及有关材料整理成本文，供大家参考。

阳光车道运输公司简介

  位于南加洲，千棕榈（Thousand Palms）处的阳光车道运输公司，是1977年库齐拉山谷周围若干个城市发起成立的，当时拥有22部柴油巴士，1992年阳光车道运输公司董事会考虑到，环绕库齐拉山谷的空气太差，决定将柴油巴士全部转换成代用燃料车，到了1994年公司车队的40辆柴油巴士全部改用压缩天然气（CNG），成为当时全美最大的一个使用代用燃料的车队，现在，阳光车道运输公司拥有库齐拉山谷地区唯一的公交系统，它有16条线路，每年要运送乘客和游客约四百万人次，行程约46,000英哩。目前，该公司在其固定线路上运行的巴士百分之百为清洁燃料车，计有：压缩天然气巴士、电动巴士、燃料电池巴士、Hythane巴士。所谓Hythane是一种由80%体积的压缩天然气（CNG）与20%体积的氢气，混合而成的压缩气体。由于混入了20%体积的氢气，其NOx排放物比只使用纯压缩天然气时，还要低40%。太阳线运输公司认为：当前采用CNG是最佳选择，因为CNG的储存、分发、搬运要求与压缩氢类似。而采用Hythane也有助于今后逐渐向全部采用氢燃料过渡。除了巴士外，如皮卡、出租车、自卸车、水罐车、街道和公园扫地车以及其他小型车辆设备均采用CNG。到了2000年阳光车道运输公司装备了现场制氢设施，在库齐拉山谷地区的道路上开始运行氢燃料车辆。目前，阳光车道运输公司有一辆燃料电池巴士，两辆Hythane巴士，三辆燃料电池高尔夫球车、一辆氢燃料电池微型客车、一辆氢燃料内燃机皮卡。

阳光车道运输公司打出了“今天的模式就是世界的明天”吸引全美乃至世界各地的人士前来参观、学习。

装有XCELLSIS公司燃料电池的第三代巴士（P4）已在阳光车道运输公司作了十三个月道路试验，与示范验证，这对了解燃料电池巴士样车本身和系统以及维修、操作简便性等等，提供了极好的机会。示范验证所收集到的数据和资料，已提供给研究人员，成为验证技术和改进产品的有用数据，还将有助于制订下一代燃料电池巴士的评价程序草案。

为了执行“加利福尼亚燃料电池合作伙伴”（California Fuel Cell Partnership）的燃料电池巴士示范验证项目，阳光车道运输公司作为其成员，2003年还将会接收十辆以上燃料电池巴士。

下面对在库齐拉山谷，作了十三个月道路试验的燃料电池原型巴士、阳光车道运输公司现在的加氢基础设施、维修设备分别作一介绍。

燃料电池巴士样车

 XCELLSIS 燃料电池发动机公司研制的燃料电池第三代（P4）巴士,比起已在芝加哥和温哥华两地，作了两年示范验证的第二代巴士（P3），在设计上作了许多改进，计有：

1    发动机体积减少50%

2     重量减少3400磅

3      燃料电池堆由20个减为8个

4      马达数量减为1个（P3有12个）

5     起动时间从45秒减为3秒

6      维修成本减少（与P3比，可能大于90%）

P4巴士是从New Flyer 公司定购的低地板巴士，然后由XCELLSiS / Ballard Power Systems公司改成用燃料电池驱动。表一给出P4巴士的性能。

表一

  道路试验期间，P4巴士尚未打算作收费运行，车上只装仪器及座位上放上灌满水的水桶，以模拟车厢重量，每天在街上作模拟运行。

        图一  现场技术员在给P4巴士加氢            图二 P4巴士内部，水桶置于座位上

氢的基础设施

阳光车道运输公司采用两种制氢方法,一种是利用太阳能电解水方法,另一种是天然气重整方法。由于库齐拉山谷具有丰富的风能，所以阳光车道运输公司对利用风力发电来电解水制氢，极感兴趣。

   氢制备、储存、分发的基础设施，在阳光车道运输公司里，是由下列几个主要部分组成：

1.有三个单独的产生氢的系统，两个是电解水系统，另一个是天然气重整系统两个电解水系统中，一个为阳光车道运输公司的高尔夫球车及社区用电动车（neighborhood electric vehicle）提供氢，另一个为燃料电池巴士和Hythane车提供氢。
2.一个管状拖车和若干个ASME储气罐，用于储存大约118，000标准立方米（SCF）压缩氢。3.两个软管加氢站，一个用来分发压缩氢，另一个用于Hythane燃料的混合。

电解水系统的成套设备（包括：氢发生器、储存、分发各项设备）全部由斯图特（Sturt）能源公司提供。电解水系统所需动力，是由阳光车道运输公司的平面排列的光电池列阵产生，总功率约有40kW。电解产生的氢经干燥、提纯、压缩后送去储存，而氧则排入大气。

   电解水系统的成套设备由下列几部分组成：

l       斯图特能源公司型号P3-1A CST 多堆电解器（mulit-stack -electrolyzer）,每小时可输出1,400标准立方米氢。

l      一个 Camp-Air Reavell 5000 型四级氢压缩机，出口压力为5,000psi（35Mpa）

l      氢的储存模块由一个有16个DOT气罐的管状拖车（可保存104,000标准立方米氢，压力为3,130psi）及两个AMSE气罐（可保存14,000标准立方米氢，压力为4,000psi）

l      加油技术公司（Fueling Technologies ,Inc）HYDH5210型氢/Hythane分发器，带有一个质量流量计、一个Hythane混合器及两个快速充油软管。

  天然气重整系统是由HBT公司（Hydrogen Burner Technology）提供的，该公司经加利福尼亚空气资源局核准，同意在阳光车道运输公司建立并安装此套设备，计有：

l      型号4200NG-A UOB 重整器

l      Pressure Swing Adsorption（PSA）净化部件，它可将管道天燃气重整后所得到的氢，提纯到99.999

l      可编程逻辑控制器

l      Pressure Dynamics 两级氢压缩机

l      储氢压力容量

安装于阳光车道运输公司的加氢基础设施的估计成本，见表二：

表二

   图三 FIBA管状拖车及ASME储氢罐             图四 斯图特能源公司的模块式压缩氢站

            图五 HBT 4200NG-A型天然气重整器

维修设施

   目前在阳光车道运输公司，对燃料电池巴士的维修是在临时性、野外型设施中进行。见图六及图七。这是一座“帐篷式”结构物，由铝骨架、防火帆布、防爆灯等组成。沿房樑方向可以很好通风，如果氢气不小心从车辆中释放出来，则可安全地逃逸。不久沿房子顶部还将安装氢传感器，以便给维修人员报警。这座价值$95,000的设施，对维修现有燃料电池巴士已足够用，今后再增加四辆巴士也不成问题。但它本质上是一临时措施。今后仍需建造技术先进的维修设施。以满足安全法规和标准要求。

      图六 氢巴士维修设施外观   图七氢巴士维修设施室内

结论

l      访问中了解到，阳光车道运输公司在这次路试中,仅提供了大客车司机和对巴士作一些预防性维修、更换一些简单设备的工作，所扮演的角色是有限的，在路试中，许多试验、操作、维修、加氢等日常基本工作，大都由XCELLSIS的现场工程师们完成。但如果到了2003年左右，燃料电池巴士要在阳光车道运输公司投入收费服务时，则必需增加与这种运输技术有关人员的数量。同时也需要对于这种运输技术加以规划，为此，可能要通过“加利福尼亚燃料电池合作伙伴”（California Fuel Cell Partnership）来协助他们制定规划。

l      对阳光车道运输公司来说，氢的制备、储存、分发等现有的设施足以满足当前项目的需要，既使再增加2~3辆燃料电池巴士也无问题。如果巴士数量超出示范性质的数量，关键的系统将要求升级，例如，要扩大氢的储存系统及改善维修设施等。阳光车道运输公司已经对此引起注意。

l      对阳光车道运输公司来讲，扩大燃料电池巴士车队的最大壁垒，是缺乏有关氢安全的规章制度，由于没有反映氢特色的法规和标准，在美国，防火安全官员将会提出许多问题，这会推迟燃料电池巴士商业化许多年。

l       阳光车道运输公司要想使它的氢基础设施获得完备之前，还有许多工作要做。例如，HBT公司的重整系统每天在加氢操作期间会产生大量的水。尽管它是无害的，但也必须妥善处置。

l      总之，为了顺利地进行下一步收费运行服务，需进一步利用在阳光车道运输公司进行的路试，所初步收集到的数据，深入总结和评价，在收费运行服务条件下，燃料电池巴士的操作、维修和加氢等特点，以及加氢和维修基础设施必须具备的特性和要求。同时要加紧人员教育和培训。

l      阳光车道运输公司当前用电解水和天然气重整两种方法来制氢，其中，天然气重整制氢会产生CO2，它从量上来讲，尽管比内燃机车辆排出的少，而且比其他制氢方法效率为高，但这种方法，会造成温室效应的气体，对地球环境带来危害，已被“京都协议”所限制。所以从长远来看，我们应重视利用再生能源制氢技术的研究。