扬州中国氢能汽车产业计量测试现状及发展思考

  1 氢能汽车产业契合我国战略发展方向

  随着习近平总书记在二十大报告中继续强调了能源变革和“碳中和”目标等,氢能汽车必将进入高速发展时期。氢能汽车以氢气作为燃料,具有零碳排放的特点,完美契合了“双碳”目标和能源强国等国家战略。中国氢能与燃料电池的研究可以追溯到20世纪50年代。20世纪80年代以来,中国相继启动了“863”计划和“973”计划,加速推动以研究为基础的氢能技术商业化项目进程。“十三五”期间,氢能与燃料电池开始步入快车道。


  2014年以来,《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》《节能与新能源汽车产业发展年)》《中国制造2025》等一系规划(2012-2020列顶层规划相继发布。2019年两会期间,氢能首次写入政府工作报告。2020年4月,氢能被写入《中华人民共和国能源法》(征求意见稿)。2020年9月,五部委联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,采取“以奖代补”方式,对入围示范的城市群,按照其目标完成情况核定并拨付奖励资金,鼓励并引导氢能及燃料电池技术研发。目前政府累计支持氢能与燃料电池的研发投入已超20亿元。2021年8月首批三大氢燃料电池汽车示范城市群启动。据统计,已经有超过三分之一的央企布局了氢能产业链。


  2022年3月,国家发改委和国家能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,是首个出台的氢能国家级规划。文件中明确了氢能三大战略定位,提出加快推进质子交换膜燃料电池技术创新,合理布局制氢设施,构建氢气储运体系和加氢网络,推进氢能在交通领域的示范应用,拓展氢能在储能、分布式发电、工业等领域的应用。明确到2025年、2030年、2035年各阶段发展目标。同时,再次明确了氢能在能源转型中的重要作用,明确了氢能的能源属性,我国氢能汽车产业发展将迎来新发展阶段。


  2 氢能汽车产业蓬勃发展

  2.1 氢能汽车相关企业增速快

  第三方企业资料查询机构发布的数据显示,我国现有氢能汽车相关企业2675家。其中,2022年上半年,我国新增氢能汽车相关企业276家,2021年新增680家,2020年新增499家,2019年新增467家。


  2.2 氢能汽车保有量增速快

  国内氢能汽车需求共振,2022-2025年有望进入产业规模化发展时期。我国2021年燃料电池车保有量为8938辆,根据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》及中国中氢能联盟预计,2025年、2035年将分别达到10万辆、100万辆,2021-2025年、2025-2035年燃料电池车保有量增速将分别为82.57%、25.89%;2025年燃料电池系统累计装机MW,2021-2025年复合年规模预计将达到14401均增长率(CAGR)为45.27%;2025年车用燃料电池系统市场规模累计将达到343亿元,2021-2025年CAGR为90.00%。全球2021年燃料电池汽车保有量为49562辆,根据国际能源署(IEA)预测,2030年全球燃料电池车保有量将达1050~1550万辆,2021-2030年燃料电池车保有量CAGR将达到81.32%~89.34%。


  2.3 加氢站数量增速快

  2022年7月,中国共有加氢站218座,在截至2017-2021年复合增长率高达116%。根据《节能与2.0》相关规划,到2025年,新能源汽车技术路线图我国加氢站的建设目标至少为1000座,到2030至2035年加氢站的建设目标至少为5000座。


  3 氢能汽车产业计量测试体系亟待完善

  3.1 氢能汽车产业计量测试需求旺盛

  氢能汽车产业链较长,涵盖上游关键材料及部件、中游氢能整车及关键系统,以及下游氢能整车应用端等诸多环节,各环节涉及的计量测试数量多,且大多都是复杂量、多参量、动态量,需要大型设备按照严格的程序进行计量测试,产业企业很难自行完成。


  氢燃料电池汽车整车涉及的计量测试参数主要包括:百公里氢气消耗量、车辆续驶里程、REESS能量变化量、整车尺寸、轴荷质心、质量、整车氢气排放测试、整车氢气泄漏测试、整车密闭空间测试、低温冷启动测试、最高车速、空调风速噪声、器件电流、电压、额定功率、启动时间、振动与噪声、最小离地间隙、轴距、轮距、前束角、车轮外倾角、主销后倾角等。


  氢内燃机及其关键部件涉及的参数主要有体组件中各类零部件的空间尺寸、气缸盖垫片厚度、气缸盖分总成位置度、气缸盖副螺栓螺纹中径、螺纹大径、力学性能抗拉强度、断后伸长率、屈服强度、冲击吸收能量、表面粗糙度、清洁度重量、剩磁量等;活塞连杆组件中活塞的几何尺寸、表面粗糙度、金相组织、力学性能、轮廓度、清洁度、硬度;活塞环组件的硬度、热处理特性、清洁度、颗粒度、金相、光密封度、表面粗糙度、闭口间隙等;曲轴飞轮组件中曲轴的几何尺寸、圆跳动、直径、直线度、表面粗糙度、剩磁量、升程、角度、探伤等,飞轮的动平衡、硬度,飞轮齿圈的硬度、公法线长度、形位公差等。


  3.2 氢能汽车产业计量测试问题较多

  整体来讲,我国氢能汽车及燃料电池起步较晚,自主技术与产品研发等方面与美欧日韩等发达国家相比均处于滞后状态,导致产业计量测试体系不够完善,存在不少问题。


  3.2.1 氢能汽车相关产品标准和校准规范不健全

  氢能汽车的相关标准远不能满足产业快速发展的需求,比如在支撑行业发展的氢制备、储运、加注及实际工况下,氢燃料电池从部件到系统的计量测试评价标准体系等仍不健全,使得产业全链条下的产品推广受到严重制约和限制。


  3.2.2 计量测试设备严重缺失

  在生产制造端,我国氢能燃料电池技术整体上取得了长足发展,但因缺乏在生产过程中的一些计量测试设备和方法,导致关键材料、核心部件的批量生产技术尚未形成,催化剂、隔膜、碳纸、空压机、氢气循环泵等仍主要依靠进口,这严重制约了我国氢能燃料电池产业的自主可控发展。在测试验证端,由于氢气是可燃爆炸性气体,对燃料电池系统和整车的测试设备安全性要求很高,与传统汽车测试设备和计量标准器具存在差异,需单独定制开发,如涉氢环境仓、用氢气作为介质的流量标准装置等,单独定制周期长、技术难度大,导致该类计量测试设备严重不足。


  3.2.3 产业计量测试人才匮乏

  氢能汽车产业是知识与技术密集型产业,而人才是掌握知识与技术的主体。由于该领域属于新兴领域,且产业链较长,跨领域、跨行业、跨区域,产业计量测试人才需要掌握多个领域共性知识。计量测试人才紧缺已经成为制约产业发展的一个日益突出的问题。氢能汽车产业存在的“测不了、测不全、测不准”问题,严重制约了产业的发展,亟需建设国家氢能汽车产业计量测试中心,完善我国的氢能汽车产业计量测试体系。


  4 建设国家氢能汽车产业计量测试中心,助力产业高质量发展

  4.1 中心定位

  国家氢能汽车产业计量测试中心应是具备服务产业、推动产业、引领产业发展功能的,具有公正性、权威性的“国内一流、国际先进”计量测试技术服务机构。在计量校准、检测认证、测评研究、标准体系、设备研制、技术服务、应用推广、产业孵化等方面,为氢能汽车产业化提供有力支撑,带动氢能汽车产业的发展,服务氢能汽车产业、促进氢能汽车产业提质增效;实现氢能汽车产业集群,为国家能源、汽车和装备制造产业的转型升级提供计量测试保障;促使我国氢能汽车制造技术和氢能汽车应用技术达到国际领先水平,显著提升我国氢能汽车产业的国际竞争力,并带动相关产业发展。


  4.2 中心主要任务

  4.2.1 加强计量测试能力建设,提高产业计量测试技术服务水平

  中心应围绕氢能汽车产业的计量测试需求,开展从关键参数测量、仪器设备校准、产品测试评价到系统方案集成的全过程计量测试服务,提升全产业链计量测试服务能力和产品全寿命周期计量保障能力。帮助企业加强计量测试数据的积累、分析和应用,推进产业过程的数据化和智能化,提升企业精细化管理水平,促进企业提质增效。充分发挥计量与标准、检验检测、认证认可的协同作用,为产业发展提供质量基础设施一体化服务。


  4.2.2 开展计量科技创新研究,助力产业突破技术瓶颈

  中心应紧密结合制约产业发展的技术瓶颈中所蕴含的计量科技创新需求,开展国产化、独立知识产权专用计量测试装备的研制与应用工作,开展前瞻性计量测试技术、产业关键共性计量技术研究,制定一批产业急需的校准规范或测试技术规范,助力产业突破技术瓶颈。


  4.2.3 整合产业计量测试资源,搭建公共服务平台和联盟

  整合产业内高校、科研院所、企业、行业组织协会等机构计量测试资源,建设国家氢能汽车产业公共服务平台和技术创新联盟,联合行业内全产业链的专家集思广益,以产业发展为己任,以科技进步为先导,聚焦产业发展中的计量测试难题,加强计量科研联合攻关和技术交流,促进计量科研成果在产业的转化应用。


  5 结束语

  综上,产业要发展,计量测试需先行。氢能汽车产业和核心企业应通过创新计量测试技术服务理念与模式,建立国家氢能汽车产业计量测试中心,引领氢能汽车产业计量测试技术发展,服务国家“碳中和”目标和能源强国等国家战略。


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