人物名片：陳維榮，西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)，獲2021年度四川省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

3月29日，在西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院二樓辦公室內(nèi)，院長(zhǎng)陳維榮與幾位同事正在探討提升氫燃料電池列車(chē)速度的方案。

幾天前，陳維榮團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目“大功率氫能動(dòng)力軌道機(jī)車(chē)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”拿到了四川省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。“整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平！”以中國(guó)工程院院士羅安為組長(zhǎng)的評(píng)價(jià)小組對(duì)這一科技成果如是評(píng)價(jià)。

“很興奮，這是對(duì)我們工作極大的肯定。”陳維榮說(shuō)，“不是某個(gè)環(huán)節(jié)而是‘整體技術(shù)’，這挺不容易的?，F(xiàn)在想做的就是進(jìn)一步優(yōu)化，爭(zhēng)取研發(fā)出時(shí)速140公里以上的氫能列車(chē)方案，填補(bǔ)國(guó)際空白！”

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前這支團(tuán)隊(duì)已有10多個(gè)氫燃料電池軌道交通應(yīng)用項(xiàng)目在全國(guó)落地。

研發(fā)近3年

相關(guān)設(shè)備燒壞幾十臺(tái)

“氫燃料電池的最佳應(yīng)用場(chǎng)景并不是家用轎車(chē)，而是線路相對(duì)固定的軌道交通系統(tǒng)。”早在2008年，陳維榮就有這樣的判斷。

為何有如此判斷？陳維榮介紹，軌道交通和乘用車(chē)不同，從運(yùn)輸途徑看，更多是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的固定線路，這就讓氫氣的運(yùn)輸和儲(chǔ)存途徑變得簡(jiǎn)單。“目前來(lái)看，要像乘用車(chē)加油站那樣布局加氫站，還是比較困難的。”

另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是成本。陳維榮認(rèn)為，以當(dāng)下的技術(shù)，氫能源軌道交通項(xiàng)目的一次性投入和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本比傳統(tǒng)的軌道交通電氣化方案低10%左右。“也就是說(shuō)，即便沒(méi)有國(guó)家補(bǔ)貼，純走市場(chǎng)化開(kāi)拓，也能算好經(jīng)濟(jì)賬。”

不過(guò)，要把氫燃料電池裝進(jìn)列車(chē)并不容易，其中最大的障礙是功率問(wèn)題。

陳維榮說(shuō)，以往氫燃料電池的設(shè)計(jì)方案以乘用車(chē)為原型，功率往往只有數(shù)十千瓦，即便是大巴或者重卡，也不會(huì)超過(guò)100千瓦。這樣的功率，一個(gè)電堆就能夠滿足。“然而，軌道交通動(dòng)輒就是數(shù)百千瓦的功率需求，因此其動(dòng)力系統(tǒng)方案必須通過(guò)多個(gè)電堆協(xié)同工作才能完成。”

“難點(diǎn)就在這里！”陳維榮介紹，與鋰電池不同，氫燃料電池的供電過(guò)程有滯后效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致多電堆的協(xié)同工作變得十分困難。“如果沒(méi)有一個(gè)完善精準(zhǔn)的協(xié)同方案，不僅電堆性能會(huì)受到制約，還會(huì)對(duì)裝置整體的穩(wěn)定性造成影響。”

據(jù)了解，僅為了攻破這一項(xiàng)技術(shù)，陳維榮團(tuán)隊(duì)就用了近3年時(shí)間，相關(guān)設(shè)備燒壞幾十臺(tái)。所幸，成果很明顯，最終出爐的方案不僅能穩(wěn)定運(yùn)行，能耗效率也更高——國(guó)家認(rèn)證的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)給出的結(jié)果顯示，新方案的使用效率達(dá)64.47%，能耗比行業(yè)平均水平低三成。

市場(chǎng)空間大

研發(fā)和轉(zhuǎn)化兩不誤

除了這套電堆協(xié)同管理系統(tǒng)外，陳維榮團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了全新的氫能軌道機(jī)車(chē)研發(fā)—設(shè)計(jì)—制造平臺(tái)。“使用氫能的軌道機(jī)車(chē)需要全新設(shè)計(jì)，這樣才能有最好的效果。”

如今，陳維榮團(tuán)隊(duì)的這套新技術(shù)，已經(jīng)在佛山、青島、唐山等多個(gè)城市落地試點(diǎn)，項(xiàng)目整體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程愈發(fā)加快。

“市場(chǎng)空間是巨大的！”陳維榮說(shuō)，僅國(guó)內(nèi)，全國(guó)鐵路加上觀光列車(chē)、有軌電車(chē)、城市動(dòng)車(chē)組等應(yīng)用場(chǎng)景，其中適合氫能改造的市場(chǎng)空間就超過(guò)1000億美元；國(guó)際方面，考慮到多國(guó)有將內(nèi)燃機(jī)車(chē)全部替換為氫能機(jī)車(chē)的計(jì)劃，“光是歐洲市場(chǎng)的規(guī)模就超過(guò)5000億美元。”不僅如此，儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、氫燃料電池零部件制造等產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)領(lǐng)域，也將有更大市場(chǎng)機(jī)遇。

怎么把握機(jī)遇？

“要研發(fā)和轉(zhuǎn)化兩不誤。”陳維榮說(shuō)。

目前，西南交大已成立專(zhuān)門(mén)公司，負(fù)責(zé)陳維榮團(tuán)隊(duì)研發(fā)項(xiàng)目的成果落地轉(zhuǎn)化。公司已有100余項(xiàng)專(zhuān)利，涉及氫能軌道交通機(jī)車(chē)研發(fā)、生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)下已落地的項(xiàng)目，也均由公司進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化運(yùn)營(yíng)。

研發(fā)上，陳維榮團(tuán)隊(duì)有140余人，其中絕大部分是研發(fā)人員。“現(xiàn)在正在做的，就是研發(fā)出時(shí)速達(dá)140至160公里的軌道交通機(jī)車(chē)，為全國(guó)乃至全球的軌道交通項(xiàng)目提供更低碳、高效、低成本的服務(wù)。”陳維榮說(shuō)。

此外，氫燃料電池大型船舶也是他們下一步重點(diǎn)攻克的目標(biāo)。

據(jù)介紹，大型郵輪的動(dòng)力系統(tǒng)需要20個(gè)電堆協(xié)同工作，而目前陳維榮團(tuán)隊(duì)已完成這一方案的理論設(shè)計(jì)。“隨著技術(shù)的不斷成熟，協(xié)同工作的電堆數(shù)量也會(huì)不斷提升，更多領(lǐng)域的應(yīng)用將成為可能。”陳維榮表示，希望憑借團(tuán)隊(duì)自身技術(shù)，在國(guó)際市場(chǎng)中斬獲更多成果。