2015年美國燃料電池客車發展報告(第一部分）

本文總結了2015年美國燃料電池客車(FCEB)的進展
，並且討論分析了燃料電池作為客車運輸動力所獲得的成就及所麵臨的挑戰。同時美國國家可再生能源實驗室(NREL)也對燃料電池客車(FCEB)項目給出評估。

　　從2014年8月到2015年7月，美國燃料電池客車總計運行公裏數超過1045000英裏，運行時間超過83000小時。當然燃料電池客車(FCEB)目前還不算正式的商業產品
，NREL認為這些燃料電池客車(FCEB)還處於技術成熟度TRL7
，這zhe就jiu是shi說shuo
，產chan品pin正zheng在zai現xian實shi相xiang關guan環huan境jing中zhong接jie受shou全quan麵mian驗yan證zheng與yu檢jian測ce。對dui於yu這zhe些xie項xiang目mu，製zhi造zao商shang的de目mu的de是shi驗yan證zheng燃ran料liao電dian池chi客ke車che是shi否fou能neng夠gou滿man足zu技ji術shu目mu標biao，並bing且qie解jie決jue驗yan證zheng過guo程cheng中zhong出chu現xian的de問wen題ti。目mu前qian，相xiang較jiao於yu傳chuan統tong柴chai油you車che和he壓ya縮suo天tian然ran氣qi技ji術shu，燃ran料liao電dian池chi客ke車che技ji術shu成cheng本ben，生sheng產chan和he運yun營ying都dou還hai非fei常chang高gao。

　　NREL也收集了處於TRL6的兩款FCEBs的測試數據。這項示範工程開始於2014nian，zuoweizaoqikaifachanpin，zhexieshejijinxingyixiejiaozaodeyanzhengfenxi。zaizheyanzhengfenxiguochengzhong，zhizaoshangzaijiaotongbumendebangzhuxiawanchengleshidiceshihezaizhenshihuanjingzhongceshiqishijixingneng。

　　NREL還收集了傳統客車的數據來與這些FCEB的測試數據進行對比。東灣交通局的客車是柴油車
，陽光線路交通公司的客車燃料是壓縮天然氣。NREL收集了這兩種客車運行在與FCEBs近似工況下的數據。

　　美國能源部(DOE)和聯邦交通運輸局為FCEB製定了性能和成本目標。這些目標的製定有企業的參與
，包括近期2016年的目標，還有最終商業化的目標。FCEB技術會朝著成本降低

，實用性和可靠性增強的方向前進。表ES-1列出了FCEB的性能及其目標。

　　a.從2014年8月到2015年7月收集到的數據。

　　b.累計到2015年8月為止，這些客車實際沒有達到壽命結束的時間。

　　c.關於DOE/FTA目標，動力源壽命的定義是燃料電池係統和蓄電池係統。燃料電池係統包括輔助設備支持

，如空氣、燃料
、冷卻劑和控製器。動力係統的電子設備
，電機和氫罐也包括在內。

　　d.動力係統壽命小時數隻針對燃料電池係統，蓄電池壽命小時數不可用。

　　e.最高壽命是從老一代客車，累計行駛超過6000小時，換算而來。

　　f.多個連續的燃料加注不會使得燃料加注時間變長。

　　g.成本目標是在年產量為400下計算出的。產品總量假設隻是用於分析目的不代表將來實際生產銷售水平。

　　h.排除中期壽命檢修。

　　i.基於節約燃料和95%油箱容積。

　　DOE/FTA製定了未來4到6年(或者說25000小時)燃料電池動力係統的耐久性終極目標，以及2016年18000小時的中間目標。在2014年，製造商向目標邁進了一大步。在本報告的結尾
，NREL證明燃料電池已經達到20000小時壽命，超過了2016年的目標值。在觀測的16個燃料電池動力係統中，75%(12個)已經超過10000小時的使用壽命
，平均累計為10102小時。

　　2014年8月到2015年7月，各個站點所得到的關於客車的可用性波動較大，最低值為40%，最高值92%，平均值為74%，較上一年(70%)略有上升。本年度的問題主要集中在擋風玻璃和冷卻泵，而上一年度的問題集中在混合係統
、蓄電池和燃料電池係統。

　　相較於傳統客車，基於相同工況，FCEBs在經濟性上還是占優勢的。FTA為FCEB製定的燃料經濟性目標是等效8英裏每加侖柴油，這是傳統客車經濟性的兩倍。而本年度實際測得數據表明其燃料經濟性是傳統柴油客車(東灣交通局)的1.6到1.73倍，是壓縮天然氣客車(陽光軌道公司)的1.95倍。而上一年度FCEB的平均燃料經濟性為5.8英裏每加侖。

　　FCEB性能還將繼續提高

，但是在這過程中也遇到了一些挑戰，如：

　　零部件的集成與優化。係統集成和優化問題已經成為FCEB發fa展zhan的de一yi個ge阻zu礙ai。交jiao通tong部bu門men已yi經jing和he製zhi造zao商shang緊jin密mi溝gou通tong來lai確que定ding故gu障zhang問wen題ti

，新xin的de診zhen斷duan工gong具ju也ye開kai始shi發fa揮hui作zuo用yong，但dan是shi仍reng有you部bu分fen故gu障zhang很hen難nan診zhen斷duan
，從cong而er延yan長chang了leFCEB的停工期。

　　維護工人的培訓。燃料電池大巴的商業化使得製造商必須對相關員工進行FCEB的知識培訓。陽光線路交通公司的員工已經參與大部分燃料電池維護工作好幾年了
，最早可以追溯到2000年，所以員工們能很快適應FCEB的維護工作。去年東灣交通局也成功完成了其員工針對FCEB的培訓工作，並製定了服務與維護手冊，研發出了無線定位工具，還有其他一些資源來解決FCEBs實際運行過程中可能會遇到的問題

　　將FCEB與現有的標準化客車生產體係整合。要真正實現FCEBs的商業化

，還需要其能兼容現有的基礎設施。英國宇航係統公司研發部門，巴拉德和埃爾多拉多National公司聯合接下了美國FCEBs的訂單，這些客車將在埃爾多拉多National工廠用生產傳統客車的流水線上完成裝配。新飛鳥公司公司宣布計劃研發下一代FCEB，該公司目前已經完成了40英尺長的客車組裝，並且完成了交通部門的測試。它們下一代FCEB是基於蓄電池的純電動客車
，同時該車型也被用於公司旗下柴油、壓(ya)縮(suo)天(tian)然(ran)氣(qi)和(he)氫(qing)能(neng)客(ke)車(che)，所(suo)以(yi)這(zhe)幾(ji)款(kuan)車(che)都(dou)共(gong)享(xiang)了(le)很(hen)多(duo)零(ling)件(jian)和(he)模(mo)塊(kuai)。該(gai)種(zhong)方(fang)案(an)也(ye)有(you)利(li)於(yu)在(zai)發(fa)生(sheng)問(wen)題(ti)時(shi)
，更(geng)快(kuai)的(de)定(ding)位(wei)故(gu)障(zhang)並(bing)分(fen)析(xi)出(chu)解(jie)決(jue)辦(ban)法(fa)。

　　FCEBs成本。實際上FCEB的維護成本很低，因為處在保修期內，這些FCEBsdeweihuzerendabufenluozaishengchanshangshenshang。danshichaoguobaoxiuqihou，zhexiekechedeweihuchengbenjiangbiandebuqueding。zhexuyaojiaotongbumenlaizhidingyixiliexiangguanbiaozhunlaimingque，yexuyaozhizaoshangjijigaijinjishuyijiangdiweihuchengben。

　　NREL計劃繼續監測和評估東灣交通局和陽光線路交通公司的示範項目。另外
，2016年也有另外幾項示範項目開始進行。

　　美國燃料電池客車進展

　　表2列出了目前美國進行的FCEB示範項目。這些項目主要是驗證並改進FCEB的可用性和穩定性。截至2015年8月，24輛FCEBs遍布在美國進行各自的示範項目。

　　a.藍色底紋表明項目有NFCBP參與。

　　b.截至2015年8月，總客車數量實際仍在使用的。

　　國家燃料電池客車項目(NFCBP)

　　NFCBP是由FTA在2006年建立的
，已經持續多年的項目
，其建立的燃料電池客車示範項目遍布全球。接下來的4年還將投入基金，其總基金已接近9億美元。其示範項目包括燃料電池客車示範項目，零部件研發計劃以及其他拓展計劃。三個非盈利組織——CALSRART(美國加州)
，交通與環境研究中心(英國喬治亞州)和東北先進車輛(美國馬薩諸塞州)共同負責這些項目的進行。NREL作為第三方評估者來評估這些示範項目的可用性。

　　NFCEBP建立的示範項目為表2中藍色底紋顯示。表3列出了剩餘的在接下來幾年即將開展的示範項目。

　　在NFCEBP之前，FTA已經在全國的幾所大學和交通部開始了燃料電池研究。“TIGGER”項目在美國交通部生產了許多零排放客車。其中大多數是蓄電池電動客車，但是陽光線路交通公司和FlintMTA也有FCEBs。表2中所列的示範項目也屬於“TIGGER”項目
，這些項目都吸取了陽光線路交通公司FCEBs經驗。

　　FTA的最新項目是低或者零排放汽車發展計劃——LoNo計劃。該計劃為購買或租賃零排放和低排放汽車(電動車和燃料電池汽車都可以)提供基金。初步目標是發展美國最清潔的公共交通客車。十個項目已經在美國各地展開
，總計5400萬美元的基金將投入到這些項目中。這些項目提供總計60輛客車來完成整個計劃:10輛FCEBs
，33輛純電動電動車和17輛混動電動汽車。

　　FCEB發展進程——技術成熟度等級

　　在2012年的報告
，NREL介紹了一份關於燃料電池客車技術成熟度(TRL)的參考文件。這份文件是基於2011年出版的技術成熟度等級技術成熟度評估指南4。圖1展示了這個過程。

　　示範工程和試運行階段屬於TRLs6到8
，這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)循(xun)環(huan)的(de)過(guo)程(cheng)，需(xu)要(yao)不(bu)斷(duan)優(you)化(hua)直(zhi)到(dao)完(wan)成(cheng)驗(yan)證(zheng)。製(zhi)造(zao)商(shang)和(he)交(jiao)通(tong)部(bu)的(de)主(zhu)要(yao)工(gong)作(zuo)就(jiu)是(shi)進(jin)行(xing)客(ke)車(che)的(de)測(ce)試(shi)。同(tong)時(shi)他(ta)們(men)需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)不(bu)斷(duan)更(geng)新(xin)設(she)計(ji)，以(yi)保(bao)證(zheng)最(zui)終(zhong)結(jie)果(guo)能(neng)達(da)到(dao)要(yao)求(qiu)。這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)極(ji)其(qi)耗(hao)費(fei)時(shi)間(jian)的(de)過(guo)程(cheng)，同(tong)時(shi)還(hai)伴(ban)隨(sui)著(zhe)許(xu)多(duo)需(xu)要(yao)解(jie)決(jue)的(de)技(ji)術(shu)困(kun)難(nan)。

　　那些進行小批量製造的新的製造商團隊還處於示範工程和試運行的初級階段。根據之前的報道，新的製造商團隊設計的原型客車仍處於TRL6，第二代處於TRL7。

　　在開發過程中，FCEBs與(yu)真(zhen)正(zheng)的(de)商(shang)業(ye)產(chan)品(pin)還(hai)存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)區(qu)別(bie)。製(zhi)造(zao)商(shang)對(dui)這(zhe)些(xie)處(chu)於(yu)開(kai)發(fa)階(jie)段(duan)的(de)客(ke)車(che)設(she)定(ding)的(de)目(mu)標(biao)隻(zhi)是(shi)用(yong)於(yu)驗(yan)證(zheng)其(qi)性(xing)能(neng)是(shi)否(fou)可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)標(biao)準(zhun)或(huo)者(zhe)說(shuo)還(hai)有(you)哪(na)些(xie)問(wen)題(ti)需(xu)要(yao)解(jie)決(jue)。從(cong)目(mu)前(qian)的(de)生(sheng)產(chan)和(he)運(yun)作(zuo)成(cheng)本(ben)上(shang)，FCEBs比傳統柴油客車要高很多。但必須承認傳統柴油發動機技術已經非常成熟處在TRL9階段，而FCEB還仍然處在開發階段。一旦技術進步，比如FCEBs性能達到目標，那麼產業化將幫助FCEBs快速的降低成本。當初柴油客車和壓縮天然氣(CNG)客車也是這樣一步一步走過來的。

　　表4列出了NREL正在對其進行評估的4個FCEB製造商團隊，以及他們製造的車的部分信息。

　　萬伍爾——該公司旗下的客車是基於早期的萬伍爾FCEB，並且包括了西門子ELFA混動係統，USHybrid燃料電池係統，以及EnerDel的能量儲存係統
，例如在美國康涅狄格運行的東灣交通局的ZEBA客車。如同之前報道，這種設計在TRL7中都屬於第二代設計，因為本次評估中有16輛客車都是基於早期的FCEB改進而來的。

　　埃爾多拉多——NFCBP研發的FCEB是(shi)和(he)巴(ba)拉(la)德(de)和(he)埃(ai)爾(er)多(duo)拉(la)多(duo)共(gong)同(tong)設(she)計(ji)完(wan)成(cheng)的(de)。同(tong)時(shi)這(zhe)也(ye)證(zheng)明(ming)了(le)混(hun)合(he)電(dian)力(li)推(tui)進(jin)係(xi)統(tong)是(shi)可(ke)以(yi)被(bei)應(ying)用(yong)在(zai)客(ke)車(che)上(shang)，具(ju)有(you)商(shang)業(ye)化(hua)能(neng)力(li)。該(gai)客(ke)車(che)的(de)原(yuan)型(xing)車(che)是(shi)在(zai)陽(yang)光(guang)線(xian)路(lu)交(jiao)通(tong)公(gong)司(si)運(yun)行(xing)三(san)年(nian)的(de)FCEB。在TIGGER項目基金的幫助下，製造商團隊又研製了2輛FCEBs交付陽光線路交通公司進行運營來觀測並評估其性能。截至目前

，共5輛FCEBs已經完成，同時許多預定的FCEBs也正在生產中。一旦所有預定的FCEBs完成，那總數量將會達到20輛。該車作為第二代產品處於TRL7水平。

　　普羅泰拉——該公司的FCEB是從NFCBP早zao期qi的de客ke車che升sheng級ji而er來lai。普pu羅luo泰tai拉la公gong司si利li用yong製zhi造zao第di一yi代dai客ke車che的de經jing驗yan升sheng級ji了le早zao期qi客ke車che。普pu羅luo泰tai拉la公gong司si的de早zao期qi客ke車che產chan品pin是shi一yi款kuan集ji快kuai充chong功gong能neng的de可ke插cha電dian式shi純chun電dian動dong客ke車che。在zai純chun電dian動dong客ke車che的de基ji礎chu上shang
，添tian加jia燃ran料liao電dian池chi係xi統tong部bu件jian，作zuo為wei蓄xu電dian池chi的de供gong電dian係xi統tong，這zhe樣yang就jiu可ke以yi極ji大da的de延yan長chang了le該gai車che的de續xu駛shi裏li程cheng。NREL認為改款車處於原型車TRL6水平。

　　美國電動車——公司旗下的客車由嵌入式動力設計
，采用了巴拉德燃料電池係統和鋰電池技術。該車總長度32英尺，在美國電動車組裝。該車設計來源FTA大學的一個研究項目

，但是由於團隊原因導致實際完成時間被推遲了。另外，這個項目也獲得了NFCBP的基金資助
，在英國伯明翰和美國阿拉巴馬州完成示範計劃。該車處於早期原型車設計階段
，處於TRL6水平。

　　埃爾多拉多和普羅泰拉都為美國市場生產客車，並且產品能夠滿足“BuyAmerica”要(yao)求(qiu)。另(ling)外(wai)兩(liang)家(jia)製(zhi)造(zao)商(shang)對(dui)於(yu)旗(qi)下(xia)產(chan)品(pin)能(neng)否(fou)占(zhan)有(you)美(mei)國(guo)市(shi)場(chang)還(hai)不(bu)清(qing)楚(chu)。美(mei)國(guo)電(dian)動(dong)車(che)目(mu)前(qian)已(yi)經(jing)破(po)產(chan)，萬(wan)伍(wu)爾(er)主(zhu)要(yao)市(shi)場(chang)在(zai)比(bi)利(li)時(shi)。不(bu)過(guo)，混(hun)動(dong)係(xi)統(tong)供(gong)應(ying)商(shang)不(bu)在(zai)乎(hu)這(zhe)些(xie)製(zhi)造(zao)商(shang)的(de)運(yun)行(xing)情(qing)況(kuang)，因(yin)為(wei)會(hui)有(you)新(xin)的(de)製(zhi)造(zao)商(shang)進(jin)入(ru)這(zhe)個(ge)市(shi)場(chang)
，例(li)如(ru)新(xin)飛(fei)鳥(niao)公(gong)司(si)。