武汉雄韬氢雄研发总监唐廷江先生,拥有10年以上氢燃料电池行业研发经历,多款燃料电池发动机研发,获得11项燃料电池领域专利授权。
　　
　　在习主席宣布的中国将实现“2030碳达峰、2060碳中和”目标引领下,大力发展氢能源产业,正在成为我国新能源战略布局的重要举措。众所周知,氢燃料电池是应对气候变化、建立脱碳社会的重要路径。国家首批燃料电池示范城市群正式启动,使氢燃料电池产业迎来了快速发展的机遇。深圳市雄韬电源科技股份有限公司(以下简称“雄韬股份”)旗下的深圳市氢雄燃料电池有限公司(以下简称“雄韬氢雄”)抓住了这个机遇,成功跻身国内氢能源产业链前列,成为国内氢燃料电池解决方案的领跑者,并且正在致力于成为全球氢燃料电池解决方案的开拓者。近日,《数据中心建设+》杂志记者线上采访了雄韬氢雄研发总监唐廷江先生(以下简称“唐总”)。
　　
　　一、雄韬伟略
　　
　　雄韬股份是我国改革开放后,储能界的开拓者,是国内最大的出口型铅酸蓄电池企业,也是横跨铅酸电池、锂电池与燃料电池三大类电池系统的上市公司,致力于铅酸电池、锂电池、氢燃料电池的研发、规模性生产以及产品配套服务。雄韬产品和服务,遍布全球100多个国家和地区。雄韬股份先后被评为“国家高新技术企业”,“中国优秀民营企业”,“深圳市民营企业50强”先进单位。雄韬股份不仅是新能源产品创新的发源地之一，更是人才辈出,桃李天下的摇篮,素有蓄电池界“黄埔军校”之称。
　　
　　唐总说,氢能被称为21世纪的“终极能源”,而氢燃料电池是高效清洁利用氢能的最佳途径。2014年,雄韬股份把氢燃料电池作为重要战略发展方向之一，排兵布阵,是中国氢燃料电池行业坚定的推动者。
　　
　　唐总说,从一系列战略布局来看,雄韬股份在技术研发、产业布局方面同时发力,麾下统揽从上游关键材料及零部件,到下游加氢站等全产业链,雄韬股份的雄韬伟略可见一斑。
　　
　　雄韬股份现在是三条腿走路,一是自有的两个平台雄韬氢雄和雄韬氢瑞,雄韬氢雄以氢燃料电池发动机及关键技术研发为主,雄韬氢瑞以氢燃料电池发动机核心零部件电堆及关键技术研发为主;二是通过战略投资参股或控股相关企业。且自有平台和战略投资平台在拥有的技术和产品是并行的,比如自有平台涵盖了加氢站建设、氢燃料电池电堆的核心部件膜电极和催化剂(主要来自于武汉理工新能源关联企业)、氢燃料电堆以及氢燃料电池发动机系统总成。三是战略投资燃料电池产业链相关企业,比如加氢站企业上海氢枫,以及储运设备的相关布局、氢璞创能的电堆研发制造、浙江氢途科技氢燃料电池发动机系统集成、苏州擎动动力科技的膜电极催化剂国产化研发和生产等。
　　
　　二、雄韬氢雄
　　
　　雄韬氢雄由雄韬股份投资成立,是一家具有完整国产化产业链的、提供氢燃料电池综合解决方案的公司。雄韬氢雄拥有一支接近200人规模的高端人才团队,并汇聚行业深耕10年以上资深技术专家和领军人物。
　　
　　在技术层面,雄韬氢雄与华南理工、清华大学深圳研究生院、同济大学、太原理工大学和武汉理工大学组建产学研一体化路线。在市场层面,携手广州恒运集团,山西阳煤集团、上海德先汽车等行业知名企业成立区域合作合资公司,强强联手,合作共赢,区域协同发展。

       唐总介绍了雄韬氢雄的产业布局及其产业链情况。
　　
　　1.雄韬氢雄产业布局
　　
　　雄韬氢雄是国内最早从事氢燃料电池产业研发、实施产业化的企业之一,从膜电极、电堆、发动机系统等实现了全方位的卡位布局。雄韬氢雄作为燃料电池全产业链一体化平台,分别完成了华北、华南、华中、华东闭环布局。其中,大同氢雄云鼎负责华北区域,具备燃料电池发动机5万套、燃料电池电堆5万套产能。
　　
　　武汉雄韬氢雄负责华中地区,具备燃料电池发动机10万套、燃料电池电堆10万套、膜电极50万m2的全核心部件制造产能;广州氢恒负责华南区域,具备燃料电池发动机5万套、燃料电池电堆5万套产能;上海氢雄负责华东区域,是雄韬氢雄发动机系统大数据监控中心及信息创新平台,未来将会建成氢雄华东产业化基地。
　　
　　2.雄韬氢雄囊括氢燃料电池全产业链
　　
　　(1)氢燃料电池电堆:
　　
　　拥有自主知识产权的雄韬氢瑞首代A1系列电堆,技术指标已经达到同类产品中的国际顶尖水平。最新的50-100kW的A2系列电堆,将电堆技术推上新台阶,其体积功率密度达到4.0kW/L。同时,公司正在全力推出大于150kW的J系列大功率电堆,适用于大功率重卡及船舶等应用场景。
　　
　　(2)氢燃料电池发动机:
　　
　　当前已经开发一系列基于自主电堆的发动机系统产品,系统功率覆盖50kW、60kW、80kW、110kW、130kW,其各项性能处于国内领先水平,并已实现在公交车、物流车、环卫车、重卡等多种车型以及工程机械上的应用。搭载雄韬氢雄产品的300多辆不同类型的氢能源商用车已投入示范运营,运营状态良好。安全运营里程已经超过1000万公里。
　　
　　(3)氢燃料电池膜电极:
　　
　　目前建成了一条质子交换膜燃料电池膜电极生产线,并通过了ISO9001质量认证,其产品是生产氢燃电池的关键材料,已向北美及国内市场销售。公司于2018年新建一条国内规模最大的自动化膜电极生产线,现已成为国内领先国际一流的燃料电池零部件供应商。
　　
　　第二代膜电极生产工艺(CCM)进行生产,合格率已经提升到97%,但价格下降了30%。现阶段正在进行第三代膜电极研发,目标是使载铂量降低至0.125g/kw。
　　
　　(4)雄韬氢雄配套设施建设
　　
　　唐总说,雄韬氢雄在不断创新产品的同时,积极推进加氢站基础设施建设,积极为氢能源车辆示范运营提供配套设施。雄韬氢雄在武汉、大同、阳泉投资建设的三座加氢站均已投入使用。
　　
　　3 雄韬氢雄的五大特色
　　
　　唐总说,作为中国具备国产化氢燃料电池完整产业链的公司之一,雄韬氢雄燃料电池产业具有以下五大特色:
　　
　　第一,全国产化的氢能产业:在产业链中,尤其各核心环节,实现了中国智造;
　　
　　第二,最齐全的产业链:在氢能燃料电池方面拟完成布局所有关键环节的卡位,已然成为构建氢能燃料电池最齐全产业链的企业;
　　
　　第三,安全性突出:在关键的制氢、储氢领域,雄韬氢雄及其合作伙伴掌握了独特的电解水制氢等安全、环保、低成本的核心技术,为使用者提供安全保障;
　　
　　第四,商业模式稳健:零部件、产品、系统集成、融资租赁、梯次利用等环节实现联动,形成了十分稳健的商业发展模式;
　　
　　第五,资金充裕:资金实力雄厚,融资渠道丰富,为氢能燃料电池产业的发展提供强大的后勤力量。
　　
　　三、氢燃料电池
　　
　　氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。
　　
　　1.氢燃料电池的基本工作原理
　　
　　(1)氢燃料电池是一种化学电池,它将氢气(还原剂)和氧气(氧化剂)发生的化学反应所释放出的能量,直接转换为电能。氢燃料电池工作时,需要连续地提供氢气和氧气。由于氢燃料电池是通过化学能转变为电能输出,所以被称为燃料电池。
　　
　　(2)氢燃料电池工作时,系统向氢电极供应氢气,同时向氧电极供应氧气。氢气氧气在膜电极的催化剂作用下,通过电化学反应生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电，在氧电极上由于缺少电子而带正电。持续提供燃料形成通电回路后，这种化学反应过程就能连续进行。
　　
　　(3)氢燃料电池的电极材料一般为惰性电极,具有很强的催化活性,如铂电极。氢燃料电池的电极用特制多孔性材料制成,这是氢燃料电池的一项关键技术,它不仅要为气体和电解质提供较大的接触面,还要对电池的化学反应起催化作用。
　　
　　(4)氢燃料电池的产品名称为“电堆”。氢氧燃料电池的理论比能量达到3600瓦•时/公斤。单体电池的工作电压一般为0.8～0.97伏,为了满足负载所需的工作电压,往往由几十个单体电池串联成电池组，形成电堆。
　　
　　2.氢燃料电池的优势
　　
　　唐总从多方面介绍了氢燃料电池的优势:
　　
　　(1)氢燃料电池被认为是清洁环保的理想技术成果:与铅酸电池和锂离子电池相比,氢燃料电池最大的优势是,排出物不是污染环境的气溶胶、重金属等有害物质,而是清洁的水。氢燃料电池真正做到了环保、无污染,这是铅酸电池、锂电池等化学储能无法做到的。
　　
　　(2)氢燃料电池工作效率高:通常,燃气发电机组采用卡诺循环原理发电,发电效率一般在35-40%之间。国外颜巴赫、瓦克夏等名牌发电效率一般在38-40%。国内品牌做得最好也只是在35-38%之间。相对于燃气发电机组,氢燃料电池从根本上有别于内燃机组卡诺循环原理,因此,工作效率明显高于燃气机组,通常会高于45%。
　　
　　(3)氢燃料电池的续航仅取决于氢气储存容量,不存在续航焦虑。
　　
　　(4)加氢速度相对充电补充电能来说,氢燃料电池加氢时间一般在3-5min,补充氢气的时间可忽略不计。
　　
　　(5)氢燃料电池低温特性强,可实现-30°C环境下,低温启动,能够广泛应用在各类场景。
　　
　　3.氢燃料电池的用途
　　
　　氢能是公认的清洁能源,氢燃料电池作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。
　　
　　氢燃料电池的用途广泛。上个世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用在往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船上。
　　
　　目前,美国、欧洲、日本、韩国等主要工业化国家和地区已经将氢能纳入国家能源战略规划,氢能产业的商业化步伐不断加快。2022年北京冬奥会示范运行的氢燃料电池汽车超过1000辆,配备30多个加氢站,是全球规模最大的一次燃料电池汽车示范运营。
　　
　　4.雄韬氢雄燃料电池
　　
　　唐总说,雄韬氢雄一直致力于氢燃料电池核心产品发动机系统及电堆的研发及应用工作,目前在全国占据前五地位,累计投入5亿元人民币用于产品、技术研发及批量化生产。雄韬氢雄产品和服务领域广泛,在实现双碳目标中占据重要地位。
　　
　　(1)雄韬氢雄产品涉及交通领域、工程领域等，广泛应用于物流车、重卡、公交车、环卫车、叉车、基站、热电联供，AGV港口牵引车等不同场景。
　　
　　(2)雄韬氢雄产品采用功能化模块集成工艺,关键零部件均选用国产化高可靠性产品,体积比功率密度、质量比功率度等各项性能处于国内领先水平。
　　
　　(3)雄韬氢雄产品采用模块化控制包括FCU(Fuelcell controller)控制器、空压机
　　
　　控制器等,回流泵控制器及DCDC(Directcurrent-Directcurrent Converter)等高度集成工艺包括模拟信号采集、控制电压转换、调节功率输出等,同时采用燃料电池发动机一体化控制器,实现一体化控制的平台支撑。
　　
　　四、氢燃料电池必将在数据中心“双碳”征途中大显神威
　　
　　传统的数据中心供配电系统,使一步降低PUE值的努力,进入了瓶颈阶段。氢燃料电池为大幅度降低数据中心PUE值,减少碳排放提供了新的思路。
　　
　　唐总认为,(1)氢燃料电池作为清洁“发电系统”,完全可以取代数据中心柴油发电机组备份系统;
　　
　　(2)氢燃料电池的排出物仅为水，完全无污染。若将氢燃料电池纳入数据中心及通信基站的UPS不间断电源系统，可以大幅度减少数据中心的碳排放，比照物流用途的氢燃料电池车每百公里可减少39.5kg的二氧化碳排出计算，数据中心与通信基站的碳减排效果必然可观。
　　
　　(3)氢燃料电池的噪音低。燃料电池运行安静,噪音大约只有55dB,完全可以安装在室内。
　　
　　(4)氢燃料电池效率高,直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能的转换损失，降低了数据中心空调系统的热负荷。
　　
　　五、氢燃料电池解决方案的领跑者
　　
　　唐总说,氢能因具备来源广泛、清洁高效和应用场景丰富等多项优点,被认为是推动传统化石能源清洁高效利用和支持可再生能源大规模发展的理想媒介,是全球能源技术革命和转型发展的重大战略方向。作为国内氢燃料电池解决方案的领跑者,我们对氢燃料电池发展的困难有着非常清晰的认识。
　　
　　1.技术路径之争
　　
　　在新能源汽车发展方面,我国一直走两条技术路线,一条是纯电动,一条是氢能。从技术角度来看,我国氢燃料电池汽车已经取得了一些列突破。但是与年销百万的纯电动汽车相比,氢燃料电池汽车当前的发展处境颇显尴尬。
　　
　　2.阻碍氢燃料电池普及的因素
　　
　　第一,燃料电池成本是大面积普及的主要瓶颈。贵金属铂、原材料主要来源于进口,氢气获取成本较高;
　　
　　第二,燃料电池基础设计薄弱,加氢站标准及布局较少;
　　
　　第三,氢气储存及运输较困难,目前大规模示范应用35MPa氢瓶,需要研制耐受更高压力的压力容器。
　　
　　3.中国名片
　　
　　唐总说,聚焦我国,氢能作为重要的未来新能源技术方向已经写入中国政府工作报告,并且出台氢能产业发展中长期规划。雄韬氢雄全力致力于氢燃料电池核心产品发动机系统及电堆的研发及应用工作,力争在实现双碳目标中,占据氢燃料电池领域的核心地位。
　　
　　雄韬氢雄在系统集成和电堆技术上,联合高校共同进行产学研联合开发和研发成果转化。在电堆控制方面,联合同济大学进行了电堆空气条件自适应控制研究,通过在线监测阻抗的手段最大化减小动态过程的膜电极压力载荷,精准控制过氧比,提升电堆使用寿命;在系统集成方面,联合武汉理工大学开展氢引射器的研发,用于替代氢气循环泵,在提升集成度和降低辅助功耗同时,降低成本;同时围绕燃料电池发动机控制系统集成化程度不高等问题,开展燃料电池发动机系统中,多个电控及电力电子部件的融合设计研究,重点突破大功率燃料电池发动机控制系统一体化设计与应用技术,形成成熟的一体化控制器产品。
　　
　　未来,雄韬氢雄将依托合作的高校科研力量,在系统集成、零部件开发选型和工艺生产方面不断提升自我,精益求精,与合作伙伴一起共同推进中国燃料电池产业的高质量发展，以技术赋能产业发展，拥抱国家双碳战略，推动燃料电池商业化之路。
　　
　　雄韬氢雄已经成为闪亮的氢燃料电池中国名片!
　　
　　编辑：Harris