长城汽车的“隐秘”梦想:氢能生态运营商

长城汽车的“隐秘”梦想:氢能生态运营商
与发展电动汽车先观望后行动的策略不同,长城在氢能领域布局很早很积极。但是,长城汽车一开始以XEV的保密项目来执行它。现在,这个隐秘的梦想揭开了。

3月29日,长城汽车氢能战略全球发布会在保定哈弗技术中心举办。长城汽车氢能战略涵盖了“制-储-运-加-应用”一体化供应链生态,同时推出一套车规级“氢动力系统”全场景应用解决方案——氢柠技术。

对于未来,长城也制定了详细、可落地的规划。“今年,长城汽车将推出全球首款C级氢燃料电池SUV,并在全球率先完成100辆49吨氢能重卡应用项目落地;2022年,首支高端乘用车服务车队将出现在冬奥会的舞台上;2023年实现核心动力部件推广数量国内领先,2025年剑指全球氢能市场占有率前三。”长城未势能源董事长张天羽在会上表示。

当然要达到这一目标,除了自信,也要有真实力支撑才行。

目前,长城汽车已实现“电堆及组件、燃料电池发电及组件(控制器等)、Ⅳ型储氢瓶、高压储氢阀门、氢安全、液氢工艺”六大核心技术和产品的知识产权完全自主化。

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一体化供应链生态

目前长城汽车已经完成全产业链核心技术布局,未来将联合产业内优质伙伴企业,赋能上下游,共同打造商业化场景应用。

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“制-储-运-加-应用”一体化供应链生态

在产业链上游,长城汽车新一代钙钛矿太阳能光伏技术,拥有打破世界纪录的20.01%光电转换效率,标志着大面积钙钛矿光伏组件转换效率正式迈入“2.0时代”。

在产业链下游,未来两年内,长城汽车核心氢能动力系统零部件全面供应公交/大巴+重卡/物流车+乘用车三大应用平台展开推广运营,推动中国燃料电池汽车产业和核心部件的国际领先进程。

长城汽车已受邀加入全国五大示范试点城市群—京津冀、长三角、河南、河北。目前,长城已在北京、天津、河北先期布局了北京新发地农批物流、雄安新区砂石物料专线重卡运输、天津滨海新区物流运输等标杆燃料电池示范项目,示范车辆规划数超千台,包含乘用车、重卡、物流、公交,甚至于船舶、热电联供等多种应用场景。

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发布氢柠技术

氢柠技术是长城汽车氢能战略的技术核心支柱,也是长城汽车柠檬平台核心技术路线之一,涵盖了氢燃料电池系统、车载储氢系统及核心关键部件。

所谓氢柠技术是一套高性价比的车规级“氢动力系统”解决方案,涵盖了氢燃料电池系统、车载储氢系统及核心关键部件,具备高性能、高安全、长续航、全气候和全领域特征的零碳交通解决方案。

总结来说,就是1整套车规级研发体系,3大技术模块和5大性能优势。

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(1)1整套车规级研发体系

为了适应氢能产品开发的研发流程,长城汽车在乘用车开发流程上,建立了实现从燃料电池整车、动力总成、系统、零部件及材料五个方面、500个以上硬件需求及5000项以上软件需求,详细定义了设计规格、设计目标、设计功能,建立了国内最严格完善的燃料电池零部件研发体系。

(2)三大技术模块(3H模块)

氢电平台(HE)、电堆平台(HS)、储氢平台(HP)3大技术平台是长城氢柠技术的核心。

氢电平台(HE)

氢电平台涵盖商用车发动机(石墨板电堆)和乘用车发动机(金属板电堆)技术和产品,模块化产品系列可以满足客户从千瓦级到兆瓦级功率范围的需求,也可以拓展到轨道交通、船舶、航空、氢能发电、大功率备用电源等应用领域。

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陈雪松举了几个例子。

第一个是长城开发的高速离心式无油空压机技术,可以覆盖30~150千瓦电机的性能需求,它的转速可以高达12万转以上,效率已经达到了71%,最高压比也可以达到3以上,整机的效率和尺寸均达到了国际的领先水平。

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第二个是无泵循环技术。长城自主开发的“比例阀+变径引射器”氢循环模块,质量小于50克,寿命大于1万小时,保证电堆从6kw-150kw功率范围内正常工作,相比带有氢循环泵的供氢系统,成本下降90%以上。

第三个是动态监控。长城的NODS电堆健康状态实时诊断技术、低温启停控制技术,基于数据云和无模型识别方法,多维度对电堆的运行参数和失效特征进行提取和归集,并快速修订控制策略,保障燃料电池电堆在全环境下安全高效运行。

此外,在智能控制方面,长城采用人工智能算法和大数据分析,根据历史交通路况与大数据的结合,应用模型预测技术,修正能量控制策略,获得有限时域内,最优控制输出,进行电、热、水、气的控制,确保发动机高效,安全,耐久运行。

电堆平台(HS)

电堆平台涵盖石墨板电堆和金属板电堆以及核心零部件技术和产品,模块化产品系列可以满足客户从百千瓦级到兆瓦级功率范围的需求。

目前,长城已经完成第一代单堆额定功率150kW,峰值功率160kW燃料电池金属板电堆的开发,功率密度达4.2kW/L以上,正在开发的第二代电堆功率密度可达7KW/L, 额定功率达200KW以上,可覆盖乘用车、卡车和客车等全场景的应用。

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例如在膜电极方面,长城采用高活性纳米催化剂和高稳定性碳载体,通过对电极微观结构的优化设计实现催化剂低载量

目前,长城第一代膜电极已完成开发与测试评价,并应用在自主研发电堆中,计划2021年上半年实现量产。

储氢平台(HP)

储氢平台涵盖高压气氢和低温液氢技术和产品在长城汽车乘用车平台车型上实现应用。

在储氢技术方面,长城主要开发核心零部件,例如70MPa IV型车载储氢瓶(储氢密度5.7%wt)。目前,长城汽车已经掌握了氢瓶干法缠绕工艺、循环疲劳耐久测试等核心技术。

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在70MPa高压瓶阀方面,长城采用高度集成的多功能阀体和内置电磁阀的设计,比国外同类产品零部件数量减少20%以上,并且可靠性高,功耗低,响应时间小于0.1秒, 循环寿命超过15000次。

据陈雪松介绍,瓶阀还具有防火和防泄漏安全保护功能,如遇车辆因事故起火,氢瓶阀内置的安全泄放装置,便会自动打开,安全释放压力,防止因温度升高引起的气瓶破裂;在车辆使用过程中,一旦下游出现泄漏,氢瓶阀内置的过流量保护阀会自动切断氢气供给,保障车辆及人身安全。

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此外,陈雪松还表示,未来五年,长城汽车将重点围绕燃料电池系统全面走向‘五高’,即:高功率(>200kW),高效率(>60%),高温度(>100℃),高耐久(>20000小时)和高互联(新能源+智能网联)。

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先投20亿、再投30亿

做到上述成绩自然离不开资金和人才的投入。

资金方面,截至目前,长城汽车已累计投入研发费用20亿元,未来3年内,长城汽车还将继续投入超30亿元研发费用,以达到万套产能规模,立志成为国内氢能行业领军企业。

人才方面,长城组建起国内规模最大的430余人的关键技术国际化研发团队,硕博比例达到50%以上,并处于高速成长时期。

在研发方面,长城汽车分别在上海、保定、加拿大、日本、德国四国建立了五大研发中心,以“四国五地”的全球化研发体系,围绕氢能及燃料电池技术解决方案和未来发展方向,开展精准研发。

在测试上,长城也下了血本。长城氢能技术中心建设了近万平方米实验室,有240多台套高精尖设备,提供181项分析和检测服务,2018年建成投入使用,已稳定运行2年,具有国内第一个70MPa氢循环和安全测试系统,IV型氢瓶试制线,自动化电堆和膜电极产线,大功率动力系统和整车测试等。

此外,长城汽车还与法国液化空气集团(Air Liquide)、林德集团(Linde)、戈尔公司(W. L. Gore & Associates)、BOSCH、清华大学、同济大学等全球顶尖机构院所紧密合作,共推氢能产业发展。

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为什么发展氢能?

2020年9月,中国在联合国大会上向世界宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。这一目标也被首次写入了中国政府工作报告。

要达成这一目标,汽车产业的贡献必不可少。

张天羽看来,在可预见的未来的3~50年内,电网仍然是一个复杂的综合性能源网络,氢的真正价值是通过氢网的建设来达到减排目的。

张天羽进一步解释说,如果电网上的电力来源完全是可再生能源,则电动汽车将会有接近于燃料电池汽车的减碳能力。因为氢的优势是可以大批量的跨季节存储和导出可再生能源,相应的燃料电池也就成为了最优的低碳应用路径之一。

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“氢能可能是负排放的手段之一。燃料电池汽车跑起来第一个移动空气净化装置,会过滤空气。氢的生产过程当中,我们未来推崇方式就是电解水制氢,一圈循环以后车排出来还是水,就是一个水的过滤方式。”张天羽说。

在生产方面,张天羽也认为燃料电池的结构远比动力电池要简单。

在回收上,燃料电池也有优势,比如石墨板电堆的回收,相比动力电池在碳的角度有更多的方式和优势。

对于制造降低排放,张天羽认为长城采用的柔性化生产也是有减排优势的。

当然,张天羽也不否认,目前燃料电池零部件生产还很少,真正和整车企业生产的体量比较起来,还是相对小一些。

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长城的氢能社会愿景

长城汽车的氢能梦想起步于氢燃料电池企业,但不止于汽车,其最终愿景是构建永续美好的氢能社会。

为此,长城计划通过三阶段来达成这一目标。

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第一阶段,2021-2025年,开启氢时代,聚焦氢示范。

在示范试点城市群中,加强商业模式创新,通过示范城市奖励、技术研发支持等措施,带动优质氢能企业、燃料电池企业、整车企业等产业主体强化技术研发,不断提升技术水平及产品质量。

引导质子交换膜、膜电极、燃料电池堆及制氢、储氢、加氢装备等骨干企业,合作研发,培育健全产业链。

加大自主研发与资本投入,开展突破燃料电池零部件关键技术、降低关键材料成本、促进燃料电池及其关键零部件的产业化。

第二阶段,2025-2035年,发展氢经济,开放氢生态。

利用太阳能和生物质等生产氢能,强调利用可再生资源对减少温室气体和污染的作用。

在交通领域方面,促进全球公共服务领域车辆加大氢燃料电池汽车推广,进一步研究和推广船用、航空、移动机械燃料电池系统。

第三阶段,2035-2050年,建成氢社会,贡献碳中和。

氢能来源更加广泛和经济,氢能供应管道体系在交通、建筑、园区等重点应用场景中更加成熟。

氢燃烧和发电系统开始推广应用。统筹能源基础设施加速掺氢减碳脱碳,氢能基础设施建设纳入国家基础设施建设和城市建设的整体规划中。

氢储能可以按照不同地区季节性调整电力的峰谷,减少所需可再生能源的程度。形成以燃料电池和智能网络分配为特征的分布式供能模式,氢能经济基本取代传统的化石能源经济。

当然这一切的准备都为一个更加长远的目标:随着2050年氢能社会的建立,最终,长城汽车将成为氢能生产、储存和综合利用的生态运营商。

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