為探索氫能與燃料電池產業成長路徑，構建開放共贏的發展格局，11月29日，HVFC 2023 中國（成都）氫能汽車與燃料電池產業發展大會（以下簡稱“大會”）在四川成都盛大開幕。

俄羅斯工程院外籍院士、西南交通大學氫能及儲能技術研究院院長、四川榮創新能動力系統有限公司董事長陳維榮院士出席了大會，并發表題為《雙碳目標下氫能零碳軌道交通發展趨勢》的演講，向來賓分享了有關氫能軌道交通的發展情況與燃料電池在軌道交通應用場景下的關鍵技術。

陳維榮院士在演講中分享了各國的氫能產業發展情況，目前氫能已經成為20多個國家的能源發展戰略。

國家發改委、國家能源局聯合發布的《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035）》明確指出，氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，氫能是用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體，氫能產業是戰略性新興產業和未來產業的重點發展方向。

隨著“雙碳”目標的實施，各行各業都面臨著低碳轉型、節能減排的挑戰。我國目前仍處于軌道交通快速發展階段，并繼續保持增長態勢，其能源消耗和碳減排壓力仍將與日俱增。氫能作為可再生的清潔能源，已成為降低碳排放的有效解決途徑之一。

當前我國的內燃機車應用情況仍有占比大、作用大、污染大三個特征。

據《中國國家鐵路集團有限公司2022年統計公報》顯示，全國鐵路營業里程15.5萬公里，機車擁有量2.21萬臺，電氣化率73.8%。其中，內燃機車7800余臺，占比超1/3（35.5%）。內燃機車仍承擔著調車作業、建設施工、非電氣化鐵路運輸等任務。

在碳排放方面，國鐵能耗折算標準煤1512.58萬噸， 相當于排放CO2 3932.71萬噸。

因此，軌道交通的清潔能源化迫在眉睫，氫能軌道交通是節能減排的有效途徑之一。

采用氫能為動力的氫能軌道交通，具有清潔、環保、零碳排放、運維簡便、無需供電系統、建設周期短、站后工作量小、投資省、全壽命周期成本低等特點，陳維榮院士提出，氫能軌道交通適用于非長大干線、不聯網的專線、支線，以及新建或內燃替代的場景，結合可再生能源制氫，陳維榮院士還提出了“基于光伏/風電等可再生能源就地制氫-儲氫加氫-氫能機車/氫能列車”的零碳氫能軌道交通系統。

氫燃料電池系統通過氫氣和氧氣高效的電化學反應，只產生電和水，低碳環保，發電效率高。由多個燃料電池系統和儲能系統組成的大功率多堆燃料電池混合動力系統是氫能軌道交通的核心與關鍵。

相比于燃料電池汽車使用的單堆燃料電池系統，多堆混動系統具有更高的功率和更大的儲能容量，更加適合軌道交通的應用特點。

為達成更大功率、更高效率、更長續航里程、更高的體積/質量密度、更高可靠性、更長壽命、更低成本的技術目標，陳維榮院士在演講中提到了幾項關鍵技術以應對挑戰。

燃料電池關鍵技術

1。多堆燃料電池混合動力系統協調控制方法：針對機車的加速、惰行、制動等不同運行模式，以有限狀態機為構架，基于多模式分層自適應控制策略，以解決多種牽引模式下混合動力系統的協調穩定問題。

2. 大功率單堆燃料電池系統效率優化控制方法：考慮車輛運行參數變化、外部擾動等不確定性因素，以解決“氧饑餓”、“氧飽和”導致的燃料電池系統能耗問題的大功率單堆燃料電池系統效率優化控制方法，

3. 單堆暫態高電位抑制與片間電壓均衡控制方法：基于氫-空界面、暫態高電位的形成機理，結合牽引負荷-電壓-流量耦合關系，以解決頻繁啟停機導致的電堆壽命衰減問題。

4. 多堆燃料電池混合動力系統能量管理方法：有效降低全工況下多堆混動系統的氫氣消耗問題，降低使用成本。

5. 燃料電池混合動力系統多源容量配置優化方法：解決全生命周期下系統配置的經濟性問題，降低系統購置成本。

6. 大功率燃料電池系統智能故障診斷與壽命預測方法：利用實際運行數據，建立大功率系統的失效診斷模型，以實現復雜工況下系統健康狀態診斷與壽命預測。

7. 堿性電解水制氫“無鉑”催化劑技術：解決電極的長久運行穩定性問題，實現無“鉑”催化。

得益于上述技術的發展，陳維榮院士帶領團隊研發出了百kW~MW級系列化氫燃料電池混合動力系統核心產品，大功率燃料電池系統和多堆混動系統的額定功率可達2MW，峰值功率可達4MW，系統最高效率可達64.47%（含DC/DC）。

談到氫能軌道交通的發展現狀，陳維榮院士還分享了國內外燃料電池電動機車的研發和應用情況。

當前國外已經開始了氫能軌道交通的工程運行，主要應用在客運列車、調車機車、礦用牽引機車等場景。國內也已經研制出燃料電池有軌電車并投入商業運營。其中包括國內首輛氫燃料電池電動機車“藍天號”、世界首列氫燃料電池混合動力有軌電車和氫能源市域動車組等。

氫能軌道交通已成為國家高度重視的前沿與熱點研究。

在雙碳目標下，“氫能+軌道交通”成為新制式軌道交通發展趨勢之一。

國家重點研發計劃——“交通載運裝備與智能交通技術”重點專項——氫能驅動時速250km 級高速列車關鍵技術，于2023年立項。

國家鐵路集團的揭榜掛帥項目“氫能源混合動力機車應用技術研究”，于2022年立項。

國家鐵路局的“新能源動力和混合動力機車車輛技術研究”課題已于2023年立項。

氫能動力系統作為柴油發動機替代，已成為軌道交通領域的研發熱點。氫能軌道交通產業鏈長，市場容量大，未來將帶動萬億級市場。

通過國家啟動科研項目，發揮示范引領作用，建立標準規范體系，完善配套加氫基礎設施和氫能產業鏈，各整車企業對待氫能動力系統的態度也由懷疑逐漸轉變為支持和競爭。

雙碳目標為氫能軌道交通帶來了巨大的機遇與挑戰。

目前國內外都在積極推進氫能軌道交通的研究和應用。法國阿爾斯通、德國西門子、日本豐田等公司都在研發氫能軌道機車；英國和德國等歐洲國家計劃在2035年逐步替換現有內燃機車為氫能機車；馬來西亞已完成38列氫能智軌車的全球招標；印度發布了35列氫能列車的招標計劃等，這些都為氫能軌道交通發展帶來更多機遇。

北京、唐山、濟南、佛山、廣州、成都等省市，已制定政策推進氫能軌道交通的裝備研究及示范應用。

佛山高明建立世界首條氫能有軌電車運營示范線，并提出建成全國領先的生產基地。

中國中車、國能集團、中國中鐵、京車裝備等國央企也在推動氫能貨運機車及工程作業車研發與應用。

在機遇頻繁出現的同時，氫能軌道交通也面臨著極大挑戰。

當前，氫能軌道交通在技術上有著輕量化、小型化、智能化、高安全、大功率、高效率、長壽命、低成本的需求。同時對制氫、加氫、儲氫，尤其是固體儲氫的工程配套設施提出了更高要求。

在政策層面，需要積極進行氫能的制、儲、運、加環節的政策扶持，以鼓勵企業入局。另一方面，新制式的氫能軌道交通車輛過軌審批難的問題也亟待解決。

陳院士在演講中著重指出，“燃料電池的系統成本在以每年20%的速度下降，而后續運營和使用環節中的降本主要取決于是氫燃料價格的降低。”陳維榮院士同時也在演講中提到：“燃料電池成本降低的關鍵在于關鍵零部件和材料上有更多突破。”