“燃料電池汽車通過了第三方檢測,達(dá)到了專項(xiàng)規(guī)定的目標(biāo)。已開發(fā)的燃料電池汽車具有電—電混合、模塊集成的技術(shù)特征,具有較好的燃料經(jīng)濟(jì)性?!痹?月7日舉行的“十五”電動汽車重大科技專項(xiàng)驗(yàn)收會上,驗(yàn)收專家組組長、原中國汽車技術(shù)研究中心主任王秉剛宣讀的驗(yàn)收意見令人振奮不已,在場的清華大學(xué)汽車工程系主任歐陽明高更是心潮澎湃,他深知這寥寥幾句話的分量。
氫能燃料電池作為車用動力系統(tǒng)的長遠(yuǎn)解決方案,近年來成為各國競相投入的前沿科技。在“十五”期間的“電動汽車”重大科技專項(xiàng)中,清華大學(xué)牽頭承擔(dān)了“燃料電池城市客車”項(xiàng)目。五年來,我國的燃料電池客車從無到有,在與世界大公司的同臺競技中毫不遜色,引起了世界同行的驚贊,他們甚至認(rèn)為國際燃料電池大客車市場最終會被中國占領(lǐng)。這一切都源于我國建立了國際一流的燃料電池客車研發(fā)平臺。
采用獨(dú)特的能量混合型動力系統(tǒng)
兩年前的一個(gè)夏日,在長安街川流不息的車流里,有一個(gè)車隊(duì)讓許多人記憶猶新。我國自主研制的燃料電池城市客車和德國戴姆勒—克萊斯勒公司生產(chǎn)的燃料電池公共汽車同道展示,把參加第二屆國際氫能論壇的與會代表送達(dá)人民大會堂會場。
我國燃料電池客車頭一次公開亮相,立即引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,與國外先進(jìn)水平性能相差無幾的國產(chǎn)車,在動力系統(tǒng)上更勝一籌。清華大學(xué)汽車工程系主任歐陽明高頗為自豪地告訴記者,奔馳公司的燃料電池客車是直接以燃料電池驅(qū)動,而國產(chǎn)燃料電池汽車大膽采用與國際同領(lǐng)域權(quán)威公司不同的技術(shù)路線,即小燃料電池加上電池的能量混合型動力系統(tǒng),這種獨(dú)具特色的技術(shù)的最大優(yōu)勢是降低成本,提高效率,延長壽命,現(xiàn)已成為國際上主流系統(tǒng)構(gòu)型。
獨(dú)特的混合動力系統(tǒng)帶來的是更優(yōu)越的性能。不久前,在上海舉行的世界清潔汽車挑戰(zhàn)賽上,由清華大學(xué)、北京客車總廠等單位共同研制的“京華”牌燃料電池城市客車,以突出的成績證明其燃料經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)大大優(yōu)于國際主流車型。該車每百公里氫消耗量是5.18千克,大大低于戴姆勒—克萊斯勒公司燃料電池汽車氫耗量。面對這樣的優(yōu)勢,難怪國外專家認(rèn)為最終占領(lǐng)國際燃料電池大客車市場的將是中國。
除了開發(fā)出獨(dú)特的動力系統(tǒng),清華大學(xué)在燃料電池客車上掌握了一批關(guān)鍵技術(shù)。在動力系統(tǒng)能量管理和整車電氣、信息、控制方面,積累了整套知識產(chǎn)權(quán)和專用技術(shù);在燃料電池系統(tǒng)性能評價(jià)、氫系統(tǒng)與氫電安全以及底盤電動化技術(shù)方面也取得了系列化核心技術(shù);初步掌握了混合動力構(gòu)型與能量管理算法對燃料電池發(fā)動機(jī)性能的影響規(guī)律;在燃料電池發(fā)動機(jī)測試技術(shù)研究方面,開發(fā)出我國第一個(gè)燃料電池發(fā)動機(jī)測試平臺與測試規(guī)范,也是國際上第一個(gè)以動力性負(fù)載為特征的燃料電池發(fā)動機(jī)測試平臺。
目前,清華大學(xué)研制出清能1—5號五輛燃料電池城市客車,已經(jīng)通過了3萬多公里的道路考核試驗(yàn),已接近實(shí)用化。
搭建新能源電動汽車創(chuàng)新平臺
通過一系列國際展示活動,我國燃料電池城市客車研發(fā)的長足進(jìn)步得到國際同行的廣泛認(rèn)可和高度評價(jià)。為什么在短短幾年間能取得這樣的驕人成績?“這主要是得益于燃料電池客車創(chuàng)新平臺的建立?!睔W陽明高這樣告訴記者。
歐陽明高所說的“創(chuàng)新平臺”,不僅是指建立了具有國際先進(jìn)水平的新能源電動汽車研發(fā)平臺和各種基礎(chǔ)設(shè)施,更重要的是清華大學(xué)汽車工程系擁有一個(gè)100多人的創(chuàng)新大團(tuán)隊(duì)。
“一個(gè)教授帶著一幫學(xué)生干,這是高校承擔(dān)項(xiàng)目的主要方式。但是,對于具有工程開發(fā)性質(zhì)的大項(xiàng)目來說,小團(tuán)隊(duì)就顯得力不從心?!睘楸WC完成國家重大項(xiàng)目的目標(biāo)任務(wù),歐陽明高決定發(fā)揮清華優(yōu)勢,開展團(tuán)隊(duì)攻關(guān),走出一條工科集成創(chuàng)新之路。
他先把系里相關(guān)的4個(gè)科研組聯(lián)合起來,由6名教授帶頭組成了100多人的新能源汽車創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),將關(guān)鍵技術(shù)研究的課題組體制與工程開發(fā)的項(xiàng)目管理體制和示范與產(chǎn)業(yè)化的高科技公司體制三者有機(jī)結(jié)合,探索出一條在高等院校大團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)的組織和運(yùn)作機(jī)制。
不僅如此,攻關(guān)團(tuán)隊(duì)還發(fā)揮清華學(xué)科群體優(yōu)勢,聯(lián)合了電機(jī)工程系、計(jì)算機(jī)系、自動化系等十多個(gè)院系和五個(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,開展大范圍學(xué)科交叉,形成相互支撐的學(xué)科大平臺。校內(nèi)人員采取以課題組為基礎(chǔ)的“聯(lián)邦制”,目前已形成比較緊密的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。
幾年來,創(chuàng)新平臺在落實(shí)人才、專利、標(biāo)準(zhǔn)三大戰(zhàn)略方面取得重要進(jìn)展。據(jù)悉,研發(fā)團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)出100多名研究生,20多名博士后;取得50多項(xiàng)專利,50項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,榮獲兩項(xiàng)科技獎;發(fā)表160篇論文和一部專著《燃料電池電動汽車》。
“十一五”期間,創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步深化技術(shù)研究,重點(diǎn)包括氫電安全技術(shù)、電磁兼容技術(shù)、能量管理技術(shù)、整車輕量化技術(shù)等,尤其是開展燃料電池發(fā)動機(jī)系統(tǒng)集成與性能優(yōu)化以及提高壽命和降低成本的研究;繼續(xù)優(yōu)化整車性能,開展奧運(yùn)車和出口車的研發(fā),提高燃料電池混合動力城市客車耐久性、可靠性,降低成本。在性能方面,達(dá)到與國外主導(dǎo)車型全方位競爭的水平。在性價(jià)比方面,超過國外車型。依托如此強(qiáng)大的研發(fā)平臺和創(chuàng)新隊(duì)伍,歐陽明高對這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)成竹在胸。
建設(shè)世界上最大的氫能示范園
每年的金秋十月,來自世界各地的馬拉松選手都會云集北京,一決高下。在去年的北京國際馬拉松賽上,一個(gè)特殊的“選手”格外引人關(guān)注,這就是服務(wù)運(yùn)動員的燃料電池客車。說它是“選手”,因?yàn)樗彩莵韰⒓颖荣?,鍛煉自己,為服?wù)2008年北京奧運(yùn)會做充分的前期準(zhǔn)備。
為實(shí)現(xiàn)2008年北京“綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)、人文奧運(yùn)”的宗旨,項(xiàng)目組開展了面向奧運(yùn)的北京國際新能源汽車示范工程,目前已經(jīng)完成了北京新能源汽車示范園的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和審批工作。據(jù)悉,示范園位于永豐高科技園區(qū),占地20畝,目前正在進(jìn)行第一期工程建設(shè),2007年全部建成,其建設(shè)規(guī)模是目前世界上最大的新能源汽車示范園之一。
據(jù)歐陽明高透露,示范園正在籌劃開展一系列示范項(xiàng)目,除863計(jì)劃氫能與燃料電池客車示范項(xiàng)目外,還包括與英國BP合建中國第一座綜合加氫示范站,聯(lián)合國和全球環(huán)境基金會北京燃料電池大客車示范項(xiàng)目,中美面向奧運(yùn)的氫能示范項(xiàng)目等國際合作項(xiàng)目?!笆晃濉逼陂g,將加緊開展示范工程,建設(shè)完成面向奧運(yùn)的北京氫能加氫站,研制生產(chǎn)適合奧運(yùn)要求的示范車輛;成立示范運(yùn)營公司,組織運(yùn)營奧運(yùn)示范車隊(duì)和開展車輛租賃業(yè)務(wù),并進(jìn)行相關(guān)研究和科普教育;根據(jù)示范考核結(jié)果制定氫能基礎(chǔ)設(shè)施和新能源車輛標(biāo)準(zhǔn)法規(guī),在此基礎(chǔ)上將示范園技術(shù)擴(kuò)散和推廣。
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燃料電池電動汽車是將氫氣和空氣中的氧氣通過催化反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)化裝置,它的特點(diǎn)是燃料來源廣,不依賴化石能源,能量轉(zhuǎn)化效率高,約是內(nèi)燃機(jī)的1.5倍,生成物是水,不污染環(huán)境。
■專項(xiàng)備忘
目前世界汽車保有量約8億輛,預(yù)計(jì)到2020年全球汽車保有量將達(dá)到12億輛。國際能源機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,2001年全球57%的石油消費(fèi)在交通領(lǐng)域,預(yù)計(jì)到2020年交通用油占全球石油總消耗的62%以上。美國能源部預(yù)測,2020年以后,全球石油需求與常規(guī)石油供給之間將出現(xiàn)凈缺口。為此,全球已達(dá)成共識:交通能源轉(zhuǎn)型勢在必行。
21世紀(jì)上半葉,基于各種液體燃料及其基礎(chǔ)設(shè)施的先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)與混合動力車、基于各種氣體燃料及其基礎(chǔ)設(shè)施的燃?xì)馀c燃料電池車、基于電燃料及其基礎(chǔ)設(shè)施的純電動車將會長期并存。其中,先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)與混合動力車將占主導(dǎo)地位。燃?xì)馀c燃料電池車以及純電動車之和在21世紀(jì)中葉前后可望達(dá)到汽車銷量的1/3—1/2。
氫能燃料電池系統(tǒng)是最具效率潛力的車用發(fā)動機(jī),并能帶來全新的汽車設(shè)計(jì)概念。據(jù)統(tǒng)計(jì),2004年全球能源科技研發(fā)公共資金投入中約12%投向了氫能燃料電池。我國在氫能燃料電池技術(shù)競爭中處于除日本、加拿大、美國之后的第二行列。根據(jù)國家中長期科技方針規(guī)劃綱要,我國將從基礎(chǔ)科學(xué)、前沿技術(shù)創(chuàng)新、工程應(yīng)用開發(fā)等多個(gè)層面實(shí)施對氫能技術(shù)的重點(diǎn)突破。
燃料電池是車用動力系統(tǒng)的一個(gè)長遠(yuǎn)解決方案。其中,燃料電池城市大客車可望率先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。美國正在實(shí)施國家計(jì)劃,目標(biāo)是到2015年使燃料電池城市客車占到新增城市公交車的10%。相比而言,城市公交在我國更具戰(zhàn)略地位,應(yīng)把燃料電池大客車作為燃料電池汽車商業(yè)化的突破口。
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