为探索氢能与燃料电池产业成长路径，构建开放共赢的发展格局，11月29日，HVFC 2023 中国（成都）氢能汽车与燃料电池产业发展大会（以下简称“大会”）在四川成都盛大开幕。

俄罗斯工程院外籍院士、西南交通大学氢能及储能技术研究院院长、四川荣创新能动力系统有限公司董事长陈维荣院士出席了大会，并发表题为《双碳目标下氢能零碳轨道交通发展趋势》的演讲，向来宾分享了有关氢能轨道交通的发展情况与燃料电池在轨道交通应用场景下的关键技术。

陈维荣院士在演讲中分享了各国的氢能产业发展情况，目前氢能已经成为20多个国家的能源发展战略。

国家发改委、国家能源局联合发布的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035）》明确指出，氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，氢能是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，氢能产业是战略性新兴产业和未来产业的重点发展方向。

随着“双碳”目标的实施，各行各业都面临着低碳转型、节能减排的挑战。我国目前仍处于轨道交通快速发展阶段，并继续保持增长态势，其能源消耗和碳减排压力仍将与日俱增。氢能作为可再生的清洁能源，已成为降低碳排放的有效解决途径之一。

当前我国的内燃机车应用情况仍有占比大、作用大、污染大三个特征。

据《中国国家铁路集团有限公司2022年统计公报》显示，全国铁路营业里程15.5万公里，机车拥有量2.21万台，电气化率73.8%。其中，内燃机车7800余台，占比超1/3（35.5%）。内燃机车仍承担着调车作业、建设施工、非电气化铁路运输等任务。

在碳排放方面，国铁能耗折算标准煤1512.58万吨， 相当于排放CO2 3932.71万吨。

因此，轨道交通的清洁能源化迫在眉睫，氢能轨道交通是节能减排的有效途径之一。

采用氢能为动力的氢能轨道交通，具有清洁、环保、零碳排放、运维简便、无需供电系统、建设周期短、站后工作量小、投资省、全寿命周期成本低等特点，陈维荣院士提出，氢能轨道交通适用于非长大干线、不联网的专线、支线，以及新建或内燃替代的场景，结合可再生能源制氢，陈维荣院士还提出了“基于光伏/风电等可再生能源就地制氢-储氢加氢-氢能机车/氢能列车”的零碳氢能轨道交通系统。

氢燃料电池系统通过氢气和氧气高效的电化学反应，只产生电和水，低碳环保，发电效率高。由多个燃料电池系统和储能系统组成的大功率多堆燃料电池混合动力系统是氢能轨道交通的核心与关键。

相比于燃料电池汽车使用的单堆燃料电池系统，多堆混动系统具有更高的功率和更大的储能容量，更加适合轨道交通的应用特点。

为达成更大功率、更高效率、更长续航里程、更高的体积/质量密度、更高可靠性、更长寿命、更低成本的技术目标，陈维荣院士在演讲中提到了几项关键技术以应对挑战。

燃料电池关键技术

1。多堆燃料电池混合动力系统协调控制方法：针对机车的加速、惰行、制动等不同运行模式，以有限状态机为构架，基于多模式分层自适应控制策略，以解决多种牵引模式下混合动力系统的协调稳定问题。

2. 大功率单堆燃料电池系统效率优化控制方法：考虑车辆运行参数变化、外部扰动等不确定性因素，以解决“氧饥饿”、“氧饱和”导致的燃料电池系统能耗问题的大功率单堆燃料电池系统效率优化控制方法，

3. 单堆暂态高电位抑制与片间电压均衡控制方法：基于氢-空界面、暂态高电位的形成机理，结合牵引负荷-电压-流量耦合关系，以解决频繁启停机导致的电堆寿命衰减问题。

4. 多堆燃料电池混合动力系统能量管理方法：有效降低全工况下多堆混动系统的氢气消耗问题，降低使用成本。

5. 燃料电池混合动力系统多源容量配置优化方法：解决全生命周期下系统配置的经济性问题，降低系统购置成本。

6. 大功率燃料电池系统智能故障诊断与寿命预测方法：利用实际运行数据，建立大功率系统的失效诊断模型，以实现复杂工况下系统健康状态诊断与寿命预测。

7. 碱性电解水制氢“无铂”催化剂技术：解决电极的长久运行稳定性问题，实现无“铂”催化。

得益于上述技术的发展，陈维荣院士带领团队研发出了百kW~MW级系列化氢燃料电池混合动力系统核心产品，大功率燃料电池系统和多堆混动系统的额定功率可达2MW，峰值功率可达4MW，系统最高效率可达64.47%（含DC/DC）。

谈到氢能轨道交通的发展现状，陈维荣院士还分享了国内外燃料电池电动机车的研发和应用情况。

当前国外已经开始了氢能轨道交通的工程运行，主要应用在客运列车、调车机车、矿用牵引机车等场景。国内也已经研制出燃料电池有轨电车并投入商业运营。其中包括国内首辆氢燃料电池电动机车“蓝天号”、世界首列氢燃料电池混合动力有轨电车和氢能源市域动车组等。

氢能轨道交通已成为国家高度重视的前沿与热点研究。

在双碳目标下，“氢能+轨道交通”成为新制式轨道交通发展趋势之一。

国家重点研发计划——“交通载运装备与智能交通技术”重点专项——氢能驱动时速250km 级高速列车关键技术，于2023年立项。

国家铁路集团的揭榜挂帅项目“氢能源混合动力机车应用技术研究”，于2022年立项。

国家铁路局的“新能源动力和混合动力机车车辆技术研究”课题已于2023年立项。

氢能动力系统作为柴油发动机替代，已成为轨道交通领域的研发热点。氢能轨道交通产业链长，市场容量大，未来将带动万亿级市场。

通过国家启动科研项目，发挥示范引领作用，建立标准规范体系，完善配套加氢基础设施和氢能产业链，各整车企业对待氢能动力系统的态度也由怀疑逐渐转变为支持和竞争。

双碳目标为氢能轨道交通带来了巨大的机遇与挑战。

目前国内外都在积极推进氢能轨道交通的研究和应用。法国阿尔斯通、德国西门子、日本丰田等公司都在研发氢能轨道机车；英国和德国等欧洲国家计划在2035年逐步替换现有内燃机车为氢能机车；马来西亚已完成38列氢能智轨车的全球招标；印度发布了35列氢能列车的招标计划等，这些都为氢能轨道交通发展带来更多机遇。

北京、唐山、济南、佛山、广州、成都等省市，已制定政策推进氢能轨道交通的装备研究及示范应用。

佛山高明建立世界首条氢能有轨电车运营示范线，并提出建成全国领先的生产基地。

中国中车、国能集团、中国中铁、京车装备等国央企也在推动氢能货运机车及工程作业车研发与应用。

在机遇频繁出现的同时，氢能轨道交通也面临着极大挑战。

当前，氢能轨道交通在技术上有着轻量化、小型化、智能化、高安全、大功率、高效率、长寿命、低成本的需求。同时对制氢、加氢、储氢，尤其是固体储氢的工程配套设施提出了更高要求。

在政策层面，需要积极进行氢能的制、储、运、加环节的政策扶持，以鼓励企业入局。另一方面，新制式的氢能轨道交通车辆过轨审批难的问题也亟待解决。

陈院士在演讲中着重指出，“燃料电池的系统成本在以每年20%的速度下降，而后续运营和使用环节中的降本主要取决于是氢燃料价格的降低。”陈维荣院士同时也在演讲中提到：“燃料电池成本降低的关键在于关键零部件和材料上有更多突破。”