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一、案例背景
在全球能源領(lǐng)域大調(diào)整、大變革，以及我國加快推進(jìn)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的時代背景下，構(gòu)建“安全、低碳、清潔、高效”的能源體系，推動能源發(fā)展方式轉(zhuǎn)型，是國家能源戰(zhàn)略的主要方向。
河鋼集團(tuán)積極響應(yīng)國家能源戰(zhàn)略，大力發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，將氫能利用作為重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，積極介入制氫、儲運(yùn)、加氫等氫能利用領(lǐng)域，大力培育企業(yè)競爭新優(yōu)勢，并致力于成為推動我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先行者。
河鋼集團(tuán)是中國氫能聯(lián)盟副理事長單位，并且與中國工程院戰(zhàn)略咨詢中心、中國鋼研、東北大學(xué)聯(lián)合組建了“氫能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心”。
河鋼工業(yè)技術(shù)作為河鋼集團(tuán)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的承接和實(shí)施單位，充分發(fā)揮河鋼集團(tuán)的氫氣資源和應(yīng)用場景優(yōu)勢，布局氫能全產(chǎn)業(yè)鏈，制定了河鋼集團(tuán)氫能“十四五”規(guī)劃，明確了“一中心、一平臺、十基地、三十站、萬臺車、低碳綠色發(fā)展”的戰(zhàn)略目標(biāo)。
河鋼計(jì)入以節(jié)能優(yōu)先、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、綠色低碳、技術(shù)引領(lǐng)為發(fā)展方向，從氫冶金、氫能物流、氫氣制備、涉氫裝備制造、核心技術(shù)開發(fā)等方面入手布局新能源產(chǎn)業(yè)，為河鋼集團(tuán)高質(zhì)量發(fā)展提供新動力和新動能，為京津冀地區(qū)綠色發(fā)展提供示范和引領(lǐng)作用。
2020年至2021年，河鋼集團(tuán)先后建設(shè)投運(yùn)了邯鄲和唐山加氫示范站，為氫能車輛的推廣提供了基礎(chǔ)設(shè)施保障。
作為高排放的鋼鐵企業(yè)，有著迫切降碳減排的需要。
其中鋼鐵企業(yè)超低排放評級標(biāo)準(zhǔn)中就明確了清潔運(yùn)輸所占的比重，A級企業(yè)清潔運(yùn)輸?shù)谋壤坏陀?0%。
氫燃料電池車輛具有零污染、零排放和長續(xù)航的優(yōu)勢，尤其是在北方，更是具有電車無法比擬的低溫啟動和長續(xù)航里程的優(yōu)勢。
因此這為推廣氫能車輛提供了良好的契機(jī)。
二、應(yīng)用場景介紹
河鋼集團(tuán)通過建設(shè)“氣站車一體化”發(fā)展模式，走“柴改氫”發(fā)展道路，最終實(shí)現(xiàn)能源清潔化和綠色產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，是河鋼集團(tuán)順應(yīng)全球能源革命大勢的重大戰(zhàn)略選擇。
在加氫站建設(shè)的基礎(chǔ)上，河鋼唐鋼推廣了兩條氫能專線，分別為短途和中長途線路。
專線一是保證河鋼唐鋼超低排放A級企業(yè)評定的清潔運(yùn)輸線路之一，利用河鋼唐鋼佳華加氫站為氫能重卡提供氫氣加注。
該條線路為短途線路，運(yùn)行車輛共30輛，車輛品牌為開沃汽車和佛山飛馳49噸氫燃料電池重卡。
為河鋼唐鋼運(yùn)輸供給焦煤焦炭，返程空載，往返距離為25km，該條線路運(yùn)輸距離較短，裝卸車排隊(duì)時間較短，每日可運(yùn)輸8-12趟。
該條線路日運(yùn)輸量根據(jù)唐鋼生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般日運(yùn)量在3000-5000噸。
該條氫能專線是我國第一條商業(yè)化運(yùn)營的氫能重卡運(yùn)輸專線，在京津冀乃至全國氫能重卡的推廣營業(yè)中具有里程碑意義。
鑒于當(dāng)前氫氣價格、車輛價格、加氫站建設(shè)運(yùn)營成本等因素相對較高，為了降低整體的運(yùn)營成本，整車廠、氫燃料電池電堆/系統(tǒng)廠家、儲氫瓶廠從車輛成本方面做出了貢獻(xiàn)。
河鋼工業(yè)技術(shù)從氫氣保供、提高加氫站運(yùn)行效率、氫氣價格優(yōu)惠等方面做出貢獻(xiàn)，助力該條氫能專線的建立和運(yùn)營。
專線二是河鋼唐鋼焦炭供應(yīng)線路之一，同樣利用河鋼唐鋼佳華加氫站為氫能重卡提供氫氣加注。
該條線路為中長途線路，運(yùn)行車輛10輛，車輛為佛山飛馳49噸氫燃料電池重卡。
返程空載，往返距離為150km，該條線路裝卸作業(yè)效率較高，每日可運(yùn)輸2-3趟。
該條線路的商業(yè)模式與線路一模式有所區(qū)別。
鑒于購車時氫能產(chǎn)業(yè)國家和地方補(bǔ)貼政策尚未明確，因此佛山飛馳與尋找產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)承運(yùn)企業(yè)建立了戰(zhàn)略合作，在車輛國家補(bǔ)貼和地方補(bǔ)貼上，雙方達(dá)成一致的風(fēng)險共擔(dān)認(rèn)可，共推氫能重卡的應(yīng)用。
三、燃料電池車輛情況
河鋼集團(tuán)現(xiàn)階段推廣應(yīng)用的是49噸氫燃料電池重卡，氫燃料電池重卡車的本質(zhì)是在純電動卡車基礎(chǔ)上增加了一套發(fā)電系統(tǒng)，即氫燃料電池系統(tǒng)，氫燃料電池系統(tǒng)主要包含儲氫罐、氫燃料電池發(fā)動機(jī)。
其工作原理就是將儲氫罐中氫氣輸送到氫燃料電池發(fā)動機(jī)中與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，這部分電能與配備的蓄電池在系統(tǒng)調(diào)控下輸送給驅(qū)動電機(jī)輸出動力，所以氫燃料電池車的本質(zhì)還是電動車，是攜帶氫燃料發(fā)電機(jī)的純電動車。
氫燃料電池氫汽車與純電動汽車相比具有更環(huán)保、續(xù)航里程長，加氫時間短、抗低溫性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
安全方面車輛安裝有氫氣泄漏監(jiān)測及報(bào)警裝置，配備高效的安全管理系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)氫氣泄漏或者系統(tǒng)故障，會立刻關(guān)閉氫氣瓶電磁閥，確保氫氣不外泄，保障車輛行車安全。
但是其在產(chǎn)業(yè)推廣初期，也存在著一些劣勢，如加氫便利性差、購車成本高、車輛運(yùn)行成本高等方面。
雖然現(xiàn)階段氫能及燃料電池的產(chǎn)業(yè)化依然任重而道遠(yuǎn)，但是從技術(shù)發(fā)展、國家能源安全和環(huán)保需求等方面考慮，氫燃料電池車輛擁有著非常大的市場空間和發(fā)展?jié)摿Α?/span>
本次推廣的氫燃料電池重卡為開沃重工和佛山飛馳2個品牌。
1、開沃氫燃料電池汽車
車輛整備質(zhì)量為11050㎏，總質(zhì)量為25000㎏，準(zhǔn)牽引總質(zhì)量為37840㎏，最高車速為85㎞/h。
開沃重卡內(nèi)核為氫璞創(chuàng)能150kW電堆模塊，發(fā)動機(jī)額定功率198kW，燃料電池發(fā)動機(jī)凈輸出功率110kW。配備的動力電池為寧德時代127.74kwh磷酸鐵鋰蓄電池。車身配備8個165L氫瓶，加氫最高壓力為35Mpa，儲氫瓶存儲氫氣量為32kg，空載等速可續(xù)航400km。
2、飛馳氫燃料電池汽車
車輛整備質(zhì)量為10490㎏，總質(zhì)量為49000㎏，準(zhǔn)牽引總質(zhì)量為38380㎏，最高車速為89㎞/h。
飛馳重卡內(nèi)核為國鴻129kW電堆模塊，發(fā)動機(jī)額定功率198kW，燃料電池發(fā)動機(jī)凈輸出功率110kW。配備的動力電池為盟固利100.9kwh錳酸鋰蓄電池。車身配備10個140L氫瓶，加氫最高壓力為35Mpa，儲氫瓶存儲氫氣量為34㎏，空載等速可續(xù)航450km。
開沃和飛馳49噸氫能源牽引車可配合掛車實(shí)現(xiàn)側(cè)翻卸貨和后推卸貨功能，提高車輛卸運(yùn)能力。
車上配套了以遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、服務(wù)調(diào)度系統(tǒng)為基礎(chǔ)的的運(yùn)營調(diào)度體系，實(shí)現(xiàn)了對新能源車輛的全天候監(jiān)控及故障診斷。
運(yùn)營時通過運(yùn)營調(diào)度體系可實(shí)現(xiàn)對車輛的在線動態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷，實(shí)現(xiàn)車輛故障預(yù)警機(jī)制及時推送故障。
管理人員通過管理端可在線上實(shí)時對業(yè)務(wù)車輛進(jìn)行調(diào)整，結(jié)合實(shí)時路況信息和加氫站運(yùn)行情況，可實(shí)現(xiàn)車輛加氫無需等待，運(yùn)輸業(yè)務(wù)滿功率運(yùn)行，提高了物流業(yè)務(wù)的運(yùn)輸效率，統(tǒng)籌分配車輛業(yè)務(wù)合理利用車輛資源實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益。
四、項(xiàng)目運(yùn)行情況分析
1、運(yùn)行情況分析
鑒于運(yùn)營場景、氣候、行駛路況以及車輛運(yùn)行特點(diǎn)等多因素影響，車輛投入前期車輛出勤率相對較低，車輛的百公里氫耗較高。
通過對車輛各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線監(jiān)控和分析，根據(jù)運(yùn)營場景不同，制定相應(yīng)的控制策略，并不斷對車輛系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使得車輛的故障率大大降低，車輛出勤率達(dá)到98%，較初期提高了十個百分點(diǎn)。
氫氣損耗由原來的14.5kg/100km降低到了12.6kg/100km以下。車輛的可靠性和經(jīng)濟(jì)性大大提高。
在專線的運(yùn)營過程中，加氫站的高效、可靠運(yùn)行是氫能專線穩(wěn)定運(yùn)營的重要保證。
加氫站的順行涉及了氫氣的運(yùn)輸、加氫站設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行、氫氣供給和加氫操作的合理化調(diào)度、車輛與生產(chǎn)的合理搭配等多種因素。
河鋼集團(tuán)通過站車聯(lián)合運(yùn)行積累了大量的數(shù)據(jù)和運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，從優(yōu)化系統(tǒng)控制參數(shù)、改進(jìn)加氫工藝、深挖設(shè)備潛能等方面入手，配合合理調(diào)度，極大的縮短了加注時間，使得加氫站運(yùn)行負(fù)荷率最高達(dá)到了180%。
加氫站的氫氣損耗直接影響著加氫站運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性。
通過對加氫站運(yùn)行的精細(xì)化管理和不斷的技術(shù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了加氫站運(yùn)行氫氣損耗的持續(xù)降低，由最初的16%氫氣損耗降低到了10%以下，極大提高了加氫站運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
整合氫氣供給、加氫站和氫能車輛運(yùn)行經(jīng)營和數(shù)據(jù)，河鋼集團(tuán)建立了一套氫能車輛推廣經(jīng)濟(jì)測算模型，根據(jù)運(yùn)營場景情況，可快速輸出車輛推廣方案和相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
通過產(chǎn)業(yè)鏈的整合，可以快速實(shí)現(xiàn)氫能車輛的商業(yè)化推廣運(yùn)營。
2、實(shí)施效果
（1）截止2022年5月，河鋼集團(tuán)氫能重卡累計(jì)加氫135.5t，累計(jì)行駛里程150萬公里，減碳累計(jì)3500噸，其他污染物累計(jì)減排700噸。氫能運(yùn)輸專線的運(yùn)營推廣為鋼廠超低排放評級及環(huán)境的降碳減排做出了突出的貢獻(xiàn)。
（2）加氫站運(yùn)行過程中逐步完善站內(nèi)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)和安全生產(chǎn)規(guī)范，期間輸出的“加氫站標(biāo)準(zhǔn)管理體系的建設(shè)與實(shí)施”獲得河北省企業(yè)管理現(xiàn)代化成果三等獎。
目前正在組織申報(bào)“河北省冶金行業(yè)優(yōu)秀質(zhì)量管理成果”、“冶金企業(yè)管理現(xiàn)代化創(chuàng)新成果”兩個項(xiàng)目。
在加氫站安全管理方面，建立基于定性與定量分析相結(jié)合的安全風(fēng)險分級管控與隱患排查治理雙重預(yù)防工作機(jī)制，實(shí)現(xiàn)清單化、信息化、科學(xué)化的安全管理模式。
通過上述管理模式創(chuàng)新，不僅解決了加注過程時間過長、速度過慢的問題，把平均加注時間節(jié)約了10分鐘，由管理改善前的每天25輛氫能重卡提升到每天加注30輛氫能重卡。
還通過運(yùn)用矩陣圖對氫氣損耗進(jìn)行監(jiān)控，通過加氫站技術(shù)革新、制度優(yōu)化等手段，在安全的前提下氫氣損耗降低6%。
綜合加注時間、車輛運(yùn)營效率每年可實(shí)現(xiàn)619.2萬元的經(jīng)濟(jì)效益。
五、亮點(diǎn)及模式總結(jié)
1、環(huán)保及企業(yè)發(fā)展驅(qū)動需求
河北省作為我國鋼鐵集中的生產(chǎn)基地，尤其是唐山市分布多個鋼鐵企業(yè)聚集區(qū)。
2021年，唐山市生鐵、粗鋼、鋼材產(chǎn)量分別占全國總產(chǎn)量的13.11%、12.69%、11.58%。高耗能、高排放企業(yè)密集，給環(huán)境造成巨大壓力。
唐山市近年來，持續(xù)加大環(huán)保治理力度，對企業(yè)排放要求日益嚴(yán)格，要求鋼鐵企業(yè)要按照《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》抓好落實(shí)，要瞄準(zhǔn)短板問題，加大投入力度，加快破解發(fā)展中的環(huán)保問題。
在環(huán)境治理和企業(yè)發(fā)展的共同作用下，作為高排放的鋼鐵企業(yè)，為了企業(yè)的可持續(xù)愛展，有著迫切降碳減排的需要。
清潔物流運(yùn)輸作為企業(yè)減排的一個重要方向，也被作為評定鋼鐵企業(yè)是否為超低排放企業(yè)的一個主要指標(biāo)。
鋼鐵企業(yè)超低排放評級標(biāo)準(zhǔn)中明確了清潔運(yùn)輸所占的比重，要求A級企業(yè)清潔運(yùn)輸?shù)谋壤坏陀?0%。
氫燃料電池車輛具有零污染、零排放和長續(xù)航的優(yōu)勢，尤其是在北方，更是具有電車無法比擬的低溫啟動和長續(xù)航里程的優(yōu)勢。
因此這為推廣氫能車輛提供了良好的契機(jī)。
2、加氫站奠定產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)
河鋼集團(tuán)自2018年開始籌備加氫站的建設(shè)。
自加氫站建成投運(yùn)后，通過站車聯(lián)合示范運(yùn)行，河鋼集團(tuán)采集積累大量數(shù)據(jù)，為加氫站工藝參數(shù)制定以及車輛適用性提升等工作提供數(shù)據(jù)支撐，并探索構(gòu)建可持續(xù)的商業(yè)模式，為建設(shè)覆蓋京津冀地區(qū)的制氫、加氫、用氫網(wǎng)絡(luò)以及氫能材料制備體系夯實(shí)基礎(chǔ)。
3、商業(yè)化線路的開辟
河鋼集團(tuán)在當(dāng)前氫氣價格、車輛價格、加氫站建設(shè)運(yùn)營成本等因素相對較高的前提下，構(gòu)建氫燃料運(yùn)輸管控平臺，將氫燃料重卡運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)包括鋼廠、整車企業(yè)、燃料電池企業(yè)、供氫系統(tǒng)企業(yè)、制氫工廠、加氫站、物流企業(yè)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，通過構(gòu)建運(yùn)輸線路-倒推成本核算-組建運(yùn)營單元的基本邏輯，在產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的集體貢獻(xiàn)和通力協(xié)作下，使得氫燃料重卡商業(yè)化運(yùn)營路線成為可能。
河鋼集團(tuán)作為平臺的構(gòu)建者和模式的倡導(dǎo)者從氫氣保供、提高加氫站運(yùn)行效率、氫氣價格優(yōu)惠等方面做出自己的努力，助力該條能專線的建立和運(yùn)營。
在業(yè)內(nèi)合作單位的通力配合和支持下，河鋼集團(tuán)于2021年7月，在唐山成功舉行了氫燃料重卡商業(yè)化運(yùn)行全國首發(fā)式，該首發(fā)式是京津冀乃至全國氫能產(chǎn)業(yè)的里程碑事件，極大的促進(jìn)了氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
