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一、案例背景
在全球能源領域大調整、大變革，以及我國加快推進轉變經(jīng)濟發(fā)展方式的時代背景下，構建“安全、低碳、清潔、高效”的能源體系，推動能源發(fā)展方式轉型，是國家能源戰(zhàn)略的主要方向。
河鋼集團積極響應國家能源戰(zhàn)略，大力發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，將氫能利用作為重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，積極介入制氫、儲運、加氫等氫能利用領域，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、東北大學聯(lián)合組建了“氫能技術與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心”。
河鋼工業(yè)技術作為河鋼集團戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的承接和實施單位，充分發(fā)揮河鋼集團的氫氣資源和應用場景優(yōu)勢，布局氫能全產(chǎn)業(yè)鏈，制定了河鋼集團氫能“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。
河鋼計入以節(jié)能優(yōu)先、結構優(yōu)化、綠色低碳、技術引領為發(fā)展方向，從氫冶金、氫能物流、氫氣制備、涉氫裝備制造、核心技術開發(fā)等方面入手布局新能源產(chǎn)業(yè)，為河鋼集團高質量發(fā)展提供新動力和新動能，為京津冀地區(qū)綠色發(fā)展提供示范和引領作用。
2020年至2021年，河鋼集團先后建設投運了邯鄲和唐山加氫示范站，為氫能車輛的推廣提供了基礎設施保障。
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)超低排放評級標準中就明確了清潔運輸所占的比重，A級企業(yè)清潔運輸?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。
二、應用場景介紹
河鋼集團通過建設“氣站車一體化”發(fā)展模式，走“柴改氫”發(fā)展道路，最終實現(xiàn)能源清潔化和綠色產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展，是河鋼集團順應全球能源革命大勢的重大戰(zhàn)略選擇。
在加氫站建設的基礎上，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。
為河鋼唐鋼運輸供給焦煤焦炭，返程空載，往返距離為25km，該條線路運輸距離較短，裝卸車排隊時間較短，每日可運輸8-12趟。
該條線路日運輸量根據(jù)唐鋼生產(chǎn)進行調節(jié)，一般日運量在3000-5000噸。
該條氫能專線是我國第一條商業(yè)化運營的氫能重卡運輸專線，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。
鑒于當前氫氣價格、車輛價格、加氫站建設運營成本等因素相對較高，為了降低整體的運營成本，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。
河鋼工業(yè)技術從氫氣保供、提高加氫站運行效率、氫氣價格優(yōu)惠等方面做出貢獻，助力該條氫能專線的建立和運營。
專線二是河鋼唐鋼焦炭供應線路之一，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)承運企業(yè)建立了戰(zhàn)略合作，在車輛國家補貼和地方補貼上，雙方達成一致的風險共擔認可，共推氫能重卡的應用。
三、燃料電池車輛情況
河鋼集團現(xiàn)階段推廣應用的是49噸氫燃料電池重卡，氫燃料電池重卡車的本質是在純電動卡車基礎上增加了一套發(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。
其工作原理就是將儲氫罐中氫氣輸送到氫燃料電池發(fā)動機中與氧氣發(fā)生化學反應產(chǎn)生電能，這部分電能與配備的蓄電池在系統(tǒng)調控下輸送給驅動電機輸出動力，所以氫燃料電池車的本質還是電動車，是攜帶氫燃料發(fā)電機的純電動車。
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。
安全方面車輛安裝有氫氣泄漏監(jiān)測及報警裝置，配備高效的安全管理系統(tǒng)，當出現(xiàn)氫氣泄漏或者系統(tǒng)故障，會立刻關閉氫氣瓶電磁閥，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，但是從技術發(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
車輛整備質量為11050㎏，總質量為25000㎏，準牽引總質量為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)動機額定功率198kW，燃料電池發(fā)動機凈輸出功率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
車輛整備質量為10490㎏，總質量為49000㎏，準牽引總質量為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)動機額定功率198kW，燃料電池發(fā)動機凈輸出功率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現(xiàn)側翻卸貨和后推卸貨功能，提高車輛卸運能力。
車上配套了以遠程監(jiān)控系統(tǒng)、服務調度系統(tǒng)為基礎的的運營調度體系，實現(xiàn)了對新能源車輛的全天候監(jiān)控及故障診斷。
運營時通過運營調度體系可實現(xiàn)對車輛的在線動態(tài)監(jiān)控、遠程診斷，實現(xiàn)車輛故障預警機制及時推送故障。
管理人員通過管理端可在線上實時對業(yè)務車輛進行調整，結合實時路況信息和加氫站運行情況，可實現(xiàn)車輛加氫無需等待，運輸業(yè)務滿功率運行，提高了物流業(yè)務的運輸效率，統(tǒng)籌分配車輛業(yè)務合理利用車輛資源實現(xiàn)最大的經(jīng)濟效益。
四、項目運行情況分析
1、運行情況分析
鑒于運營場景、氣候、行駛路況以及車輛運行特點等多因素影響，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。
通過對車輛各項運行數(shù)據(jù)曲線監(jiān)控和分析，根據(jù)運營場景不同，制定相應的控制策略，并不斷對車輛系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化，使得車輛的故障率大大降低，車輛出勤率達到98%，較初期提高了十個百分點。
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)濟性大大提高。
在專線的運營過程中，加氫站的高效、可靠運行是氫能專線穩(wěn)定運營的重要保證。
加氫站的順行涉及了氫氣的運輸、加氫站設備安全穩(wěn)定運行、氫氣供給和加氫操作的合理化調度、車輛與生產(chǎn)的合理搭配等多種因素。
河鋼集團通過站車聯(lián)合運行積累了大量的數(shù)據(jù)和運營經(jīng)驗，從優(yōu)化系統(tǒng)控制參數(shù)、改進加氫工藝、深挖設備潛能等方面入手，配合合理調度，極大的縮短了加注時間，使得加氫站運行負荷率最高達到了180%。
加氫站的氫氣損耗直接影響著加氫站運營的經(jīng)濟性。
通過對加氫站運行的精細化管理和不斷的技術改進，實現(xiàn)了加氫站運行氫氣損耗的持續(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行的安全性和經(jīng)濟性。
整合氫氣供給、加氫站和氫能車輛運行經(jīng)營和數(shù)據(jù)，河鋼集團建立了一套氫能車輛推廣經(jīng)濟測算模型，根據(jù)運營場景情況，可快速輸出車輛推廣方案和相關經(jīng)濟指標。
通過產(chǎn)業(yè)鏈的整合，可以快速實現(xiàn)氫能車輛的商業(yè)化推廣運營。
2、實施效果
（1）截止2022年5月，河鋼集團氫能重卡累計加氫135.5t，累計行駛里程150萬公里，減碳累計3500噸，其他污染物累計減排700噸。氫能運輸專線的運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。
（2）加氫站運行過程中逐步完善站內(nèi)各項標準化作業(yè)和安全生產(chǎn)規(guī)范，期間輸出的“加氫站標準管理體系的建設與實施”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“河北省冶金行業(yè)優(yōu)秀質量管理成果”、“冶金企業(yè)管理現(xiàn)代化創(chuàng)新成果”兩個項目。
在加氫站安全管理方面，建立基于定性與定量分析相結合的安全風險分級管控與隱患排查治理雙重預防工作機制，實現(xiàn)清單化、信息化、科學化的安全管理模式。
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。
還通過運用矩陣圖對氫氣損耗進行監(jiān)控，通過加氫站技術革新、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、車輛運營效率每年可實現(xiàn)619.2萬元的經(jīng)濟效益。
五、亮點及模式總結
1、環(huán)保及企業(yè)發(fā)展驅動需求
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，要瞄準短板問題，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。
鋼鐵企業(yè)超低排放評級標準中明確了清潔運輸所占的比重，要求A級企業(yè)清潔運輸?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。
2、加氫站奠定產(chǎn)業(yè)基礎
河鋼集團自2018年開始籌備加氫站的建設。
自加氫站建成投運后，通過站車聯(lián)合示范運行，河鋼集團采集積累大量數(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，并探索構建可持續(xù)的商業(yè)模式，為建設覆蓋京津冀地區(qū)的制氫、加氫、用氫網(wǎng)絡以及氫能材料制備體系夯實基礎。
3、商業(yè)化線路的開辟
河鋼集團在當前氫氣價格、車輛價格、加氫站建設運營成本等因素相對較高的前提下，構建氫燃料運輸管控平臺，將氫燃料重卡運輸產(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，通過構建運輸線路-倒推成本核算-組建運營單元的基本邏輯，在產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的集體貢獻和通力協(xié)作下，使得氫燃料重卡商業(yè)化運營路線成為可能。
河鋼集團作為平臺的構建者和模式的倡導者從氫氣保供、提高加氫站運行效率、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營。
在業(yè)內(nèi)合作單位的通力配合和支持下，河鋼集團于2021年7月，在唐山成功舉行了氫燃料重卡商業(yè)化運行全國首發(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，極大的促進了氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
