美國(guó)能源部（DOE）發(fā)布燃料電池長(zhǎng)途卡車技術(shù)發(fā)展路線圖（一）

　　電動(dòng)動(dòng)力總成系統(tǒng)逐漸成為先進(jìn)卡車技術(shù)產(chǎn)品組合的重要組成部分，美國(guó)能源部（DOE）正在為氫燃料電池卡車和動(dòng)力電池卡車設(shè)定詳細(xì)的技術(shù)目標(biāo)?！　?019年12月12日，美國(guó)能源部燃料電池8級(jí)卡車發(fā)展目標(biāo)獲得批準(zhǔn)。

　　美國(guó)能源部提出的最新目標(biāo)是2030年燃料電池系統(tǒng)壽命、成本和峰值效率要分別達(dá)到25,000小時(shí)、80美元/千瓦以及68%。

　　以下為技術(shù)目標(biāo)的具體內(nèi)容，氫智會(huì)分六次進(jìn)行推送，今天為第一篇。

美國(guó)能源部先進(jìn)卡車技術(shù)

電動(dòng)動(dòng)力總成路線圖分節(jié)

氫燃料長(zhǎng)途卡車的技術(shù)目標(biāo)

　　1、美國(guó)能源部（DOE）先進(jìn)卡車技術(shù)目標(biāo)

　　美國(guó)能源部能源效率和可再生能源運(yùn)輸辦公室（EERE）的一項(xiàng)關(guān)鍵活動(dòng)是確定技術(shù)目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)或其他先進(jìn)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)所需的性能，耐用性和成本。這些目標(biāo)指導(dǎo)早期研發(fā)（R＆D），并作為跟蹤技術(shù)的基準(zhǔn)。隨著電動(dòng)動(dòng)力總成系統(tǒng)成為高級(jí)卡車技術(shù)產(chǎn)品組合的重要組成部分，美國(guó)能源部（DOE）正在制定詳細(xì)的氫燃料電池卡車技術(shù)目標(biāo)和電動(dòng)卡車技術(shù)目標(biāo)。

　　先進(jìn)卡車技術(shù)技術(shù)目標(biāo)是在21世紀(jì)卡車合作伙伴（21CTP）的幫助下制定的，并將被納入新的《電動(dòng)動(dòng)力總成路線圖》，為研究重點(diǎn)提供技術(shù)基礎(chǔ)，解決21CTP涵蓋的四個(gè)關(guān)鍵研究領(lǐng)域之一。本文檔介紹了由氫燃料電池驅(qū)動(dòng)的8級(jí)長(zhǎng)途卡車的技術(shù)目標(biāo)。電動(dòng)卡車的發(fā)展目標(biāo)也將被納入《電動(dòng)動(dòng)力總成路線圖》中。這些氫燃料發(fā)展目標(biāo)是為長(zhǎng)途應(yīng)用場(chǎng)景而制定的，即假設(shè)卡車在再次加氫之前日行駛里程為750英里。而在再次充電之前日行駛里程為250-500英里的電動(dòng)卡車將考慮其他應(yīng)用場(chǎng)景，充電站可能位于交通樞紐、交付點(diǎn)或目的地。今后技術(shù)目標(biāo)的更新將考慮到技術(shù)進(jìn)步、進(jìn)一步的分析及利益相關(guān)方的反饋。美國(guó)能源部能源效率和可再生能源運(yùn)輸辦公室（EERE）運(yùn)輸處管理的美國(guó)能源部（DOE）辦事處計(jì)劃將這些目標(biāo)擴(kuò)展到各種4-8級(jí)的電動(dòng)動(dòng)力總成和燃燒動(dòng)力總成的職業(yè)牽引應(yīng)用場(chǎng)景及區(qū)域牽引應(yīng)用場(chǎng)景。

　　包括行業(yè)專家和21世紀(jì)卡車合作伙伴（21TCP）在內(nèi)的很多利益相關(guān)方在目標(biāo)制定過程中提供了反饋意見。這些目標(biāo)的達(dá)成得益于行業(yè)認(rèn)可的信息請(qǐng)求（RFI）和利益相關(guān)方對(duì)《美國(guó)能源部（DOE） H2 @ Scale終端應(yīng)用》中的目標(biāo)草案匯集的反饋意見：在2018年7月舉行的燃料電池卡車動(dòng)力總成的研發(fā)活動(dòng)和目標(biāo)審查研討會(huì)（DOE燃料電池卡車動(dòng)力總成研討會(huì)）。研討會(huì)的總體意見強(qiáng)調(diào)，必須制定最終目標(biāo)，使燃料電池技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)在成本上相匹敵，且符合規(guī)定的車輛性能指標(biāo)。

　　2、美國(guó)能源部（DOE）先進(jìn)卡車技術(shù)

　　美國(guó)能源部（DOE）注重運(yùn)輸技術(shù)的研發(fā)（R＆D），如先進(jìn)燃燒、生物燃料、電動(dòng)汽車和燃料電池汽車，助力發(fā)展更高的燃油經(jīng)濟(jì)性、貨運(yùn)效率并減少排放。

　　21世紀(jì)卡車合作伙伴（21TCP）由美國(guó)能源部和產(chǎn)業(yè)屆共同領(lǐng)導(dǎo)，以促進(jìn)卡車行業(yè)與政府機(jī)構(gòu)間的信息共享、工作協(xié)同，從而推動(dòng)那些具備商業(yè)可行性的技術(shù)。21世紀(jì)卡車合作伙伴（21TCP）的成員包括美國(guó)能源部汽車技術(shù)辦公室、燃料電池技術(shù)辦公室、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)業(yè)界、美國(guó)陸軍地面車輛系統(tǒng)中心(GVSC)、交通運(yùn)輸部（DOT）國(guó)家公路交通安全局、聯(lián)邦汽車運(yùn)輸安全局、聯(lián)邦公路管理局(NHTSA, FMCSA, FHWA)。21世紀(jì)卡車合作伙伴（21TCP）旨在促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，以提高能源效率，并降低關(guān)乎美國(guó)經(jīng)濟(jì)的卡車貨運(yùn)系統(tǒng)成本。該組織正在起草新的路線圖文檔，涉及更多詳細(xì)信息，可為研究重點(diǎn)提供技術(shù)基礎(chǔ)。這些目標(biāo)將成為《21世紀(jì)卡車合作伙伴（21TCP）電動(dòng)動(dòng)力總成路線圖》的一部分，該路線圖是21世紀(jì)卡車合作伙伴（21TCP）開展的四大重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。

　　美國(guó)能源部于2010年啟動(dòng)了“超級(jí)卡車I”項(xiàng)目，旨在將重載貨運(yùn)效率提高50%。該項(xiàng)目重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)燃機(jī)(ICE)技術(shù)和空氣動(dòng)力學(xué)，并助推20多項(xiàng)節(jié)油技術(shù)進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)。繼“超級(jí)卡車I”項(xiàng)目成功運(yùn)行后，美國(guó)能源部又于2016年資助了"超級(jí)卡車II"項(xiàng)目(1億美元)，開發(fā)示范具有成本效益的技術(shù)，讓8級(jí)卡車的貨運(yùn)效率相比2009年的基準(zhǔn)提高一倍以上，并實(shí)現(xiàn)55%或更高的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)熱效率（按65英里/小時(shí)的動(dòng)力計(jì)進(jìn)行演示）。

　　2.1國(guó)內(nèi)卡車市場(chǎng)背景

　　美國(guó)國(guó)內(nèi)8級(jí)卡車的市場(chǎng)很大，而且仍在增長(zhǎng)。如下述圖1及圖2所示，8級(jí)卡車年銷售量約250,000輛（2015年、2017年和2018年），銷量持續(xù)增長(zhǎng)的4-7級(jí)卡車也于2018年達(dá)到240,000輛。6卡車的長(zhǎng)距離應(yīng)用場(chǎng)景非常重要：40%的卡車日均行駛250-750英里(每年行駛261天)，占長(zhǎng)途卡車行駛里程的70%。（參考“車輛清單和使用情況調(diào)查”7年行駛里程，請(qǐng)參閱下述車輛行駛范圍假設(shè)）。

圖1：按制造商分類的8級(jí)卡車銷售量，2012–2018年

圖2：按制造商分類的4–7類卡車銷售，2012–2018年

　　2.2氫和燃料電池技術(shù)的作用

　　燃料電池技術(shù)是零排放汽車（ZEV）技術(shù)進(jìn)步的一部分。值得一提的是，對(duì)于中型和重型車輛等較大重量級(jí)別的車輛而言，由氫（H2）供電的燃料電池正成為有吸引力的技術(shù)平臺(tái)。氫氣的能量存儲(chǔ)密度較高，而且充能時(shí)間短，因而可延長(zhǎng)行駛距離并提高車輛利用率。根據(jù)對(duì)美國(guó)人口普查調(diào)查結(jié)果和實(shí)際駕駛周期數(shù)據(jù)的初步分析可知，這些氫燃料電池汽車的高能量存儲(chǔ)密度可滿足至少95％的日常行駛路線需求。此外，夜間儲(chǔ)備待用可使用主牽引動(dòng)力的燃料電池所提供的清潔高效的電力，而主牽引動(dòng)力與動(dòng)力總成的混動(dòng)電池協(xié)同運(yùn)行，從而無需輔助發(fā)電。氫和燃料電池技術(shù)的專業(yè)用途多樣，本文僅重點(diǎn)介紹它們?cè)?級(jí)長(zhǎng)途卡車上的應(yīng)用。

　　3、氫燃料長(zhǎng)途卡車的目標(biāo)表

表1：技術(shù)系統(tǒng)目標(biāo)：8級(jí)長(zhǎng)途卡車（更新于2019年10月31日）

　　注釋：（1）燃料電池系統(tǒng)不包括儲(chǔ)氫、電力電子設(shè)備、蓄電池和電力驅(qū)動(dòng)裝置。

　　（2）壽命目標(biāo)旨在涵蓋車輛的全使用壽命。燃料電池系統(tǒng)壽命是在考慮實(shí)際駕駛條件（即非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行）造成一定量占空比時(shí)的使用小時(shí)數(shù)。按40英里/小時(shí)的平均速度，相應(yīng)的車輛壽命范圍為100萬英里（中期）和120萬英里（遠(yuǎn)期）。

　?。?）中期成本目標(biāo)和遠(yuǎn)期成本目標(biāo)假設(shè)車輛年產(chǎn)量為100,000臺(tái)（括號(hào)內(nèi)指定的情況除外）。需注意的是，要達(dá)到燃料電池和儲(chǔ)氫部件的成本目標(biāo)，可能需要確保汽車產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)必要的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，才有成本競(jìng)爭(zhēng)力。以年產(chǎn)量1,000臺(tái)計(jì)算，當(dāng)前（2019年）重型車輛燃料電池技術(shù)的成本估計(jì)約為190美元/千瓦（燃料電池系統(tǒng)分析，2019年能源部氫能和燃料電池項(xiàng)目評(píng)估展示）。

　?。?）成本按2016年的美元計(jì)算。

　?。?）存儲(chǔ)系統(tǒng)循環(huán)壽命目標(biāo)旨在體現(xiàn)用于長(zhǎng)途運(yùn)行的車輛全使用壽命所需的最小運(yùn)行周期數(shù)。此目標(biāo)與技術(shù)無關(guān)。

　?。?）加壓存儲(chǔ)系統(tǒng)必須符合適用法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)中的循環(huán)壽命要求（即SAE J2579和《聯(lián)合國(guó)全球技術(shù)規(guī)范》第13號(hào)）。這些條款和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的循環(huán)壽命比存儲(chǔ)系統(tǒng)循環(huán)壽命多得多。例如，《聯(lián)合國(guó)全球技術(shù)規(guī)范》要求，基準(zhǔn)初始?jí)毫ρh(huán)壽命達(dá)到11,000個(gè)周期數(shù)才能用于重型應(yīng)用。

　　（7）儲(chǔ)氫系統(tǒng)的成本包括儲(chǔ)罐和所有必要的輔助設(shè)施。此目標(biāo)與技術(shù)無關(guān)。

　?。?）在年產(chǎn)量為1,000臺(tái)時(shí)，當(dāng)前（2019年）700 bar的儲(chǔ)氫系統(tǒng)，成本約為36美元/千瓦時(shí)；在大批量生產(chǎn)時(shí)，其成本為15美元/千瓦時(shí)（摘自《美國(guó)能源部氫和燃料電池項(xiàng)目記錄》＃15013“車載IV型瓶?jī)?chǔ)氫系統(tǒng)-2015年成本及性能狀態(tài)”。）

　　注意：目前儲(chǔ)氫目標(biāo)由美國(guó)DRIVE燃料電池電動(dòng)汽車目標(biāo)而來，今后將更新。

　?。?）基于2050年簡(jiǎn)單擁有成本假設(shè)的分析，并反映了市場(chǎng)滲透的預(yù)計(jì)期限。