Why Battery Packs Are Winning Over Hydrogen Fuel Cells (For Both Cars and Energy)
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ERR能研微讯
2018年12月，美國國家可再生能源實驗室發佈《2018美國燃料電池公車輛現狀》，在此對報告的主要部分進行了翻譯，分享給大家，歡迎轉發擴散！
本報告總結了美國燃料電池電動公車（FCEB）發展的進展，並討論了在運輸過程中引入燃料電池推進的成就和挑戰。該報告提供了美國能源部（DOE）國家可再生能源實驗室（NREL）對燃料電池公車研究結果的評估。
由美國運輸部，州政府機構和私營部門資助的早期FCEB數據，有助於DOE燃料電池技術辦公室支持的未來早期研究和開發。
美國燃料電池電動公交汽車商業化進程
NREL認為這些FCEB設計，已經到達了7級或8級的水準，即能夠在相關的環境中，進行全面的驗證。在目前的發展階段，FCEB在資本和營運成本方面，依然高於傳統的柴油和CNG（壓縮天然氣）公車技術。
考慮到柴油和壓縮天然氣公車都是成熟技術（達到9級），而FCEB仍處於早期部署階段。該報告結合了所有FCEB示範的結果，跟蹤FCEB行業在實現技術目標方面的進展（如表ES－1所示），記錄吸取的經驗教訓，並討論了燃料電池技術，在公車領域的商業可行性。
2018年的總結結果，主要集中在2017年8月至2018年7月，包括對運營成本、計劃和非計劃成本，以及每英里系統成本的最新分析。報告中提出的主要結果，來自兩個不同的燃料電池主導技術路線的五個示範項目：
加利福尼亞州SunLine運輸局的美國燃料電池公共汽車項目
加州大學歐文分校（UCI）的美國燃料電池公共汽車項目
奧蘭治縣交通管理局（OCTA）的美國燃料電池公共汽車項目
斯塔克地區交通管理局（SARTA）的美國燃料電池公共汽車項目
由加利福尼亞州Alameda－Contra Costa Transit區（AC Transit）領導的零排放灣區示範小組
AC Transit的公共汽車已達到高齡，因此NREL已完成對該區域公車的全面分析。跟蹤這些公車的壽命對於驗證該技術，是否能夠滿足公車系統的壽命，和可靠性目標非常重要。來自AC Transit車隊的數據僅限於英里數、燃料電池時數和道路呼叫分析。
能源部和美國運輸部的聯邦運輸管理局（FTA），共同制定了FCEB的性能和成本目標。這些目標是根據行業投入劃分的，包括臨時目標和商業化的最終目標。
FCEB技術繼續在滿足可靠性和耐久性技術目標方面取得進展，同時還降低了成本。表ES－1總結了報告中FCEB與這些目標相比的表現。
a本報告中的結果摘要代表了所列示範的數據：從每次示範開始到2018年7月截至
b現有車隊累計到2018年7月的總數；這些公共汽車尚未達到使用壽命
c對於DOE / FTA目標，發電廠被定義為燃料電池系統和電池系統。燃料電池系統包括支持子系統，例如空氣、燃料、冷卻劑和控制子系統。不包括電力電子、電力驅動和儲氫罐
d發電廠小時的狀態僅適用於燃料電池系統；電池壽命小時數不可用
e最高時的發電廠，是從轉移前累計超過6,000小時的老一代公共汽車轉移出來的
f應該可以在不增加填充時間的情況下進行多次順序加油
g成本目標預計為每年400個系統的產量。此生產量僅用於分析目的，並不代表預期的銷售水平
h FCEB最近訂單的報告成本為120萬美元
i不包括發電廠的中期改造
j基於燃油經濟性和95％的油箱容量。
DOE / FTA為燃料電池推進系統，設定了4～6年（或25,000小時）耐久性的最終性能目標，中期目標為18,000小時。NREL去年在數據收集中增加了8輛新公車，使公車總數達到27輛。NREL追蹤的燃料電池發電廠（FCPP），繼續累積大量工時。 NREL現在已經收集了公共汽車的數據，超過其使用壽命的一半——8年。
去年的報告記錄了單個，FCPP超過25,000小時，而沒有修復或更換電池。在本報告分析期結束時（2018年7月），該FCPP現已超過29,000小時。九個FCPP超過20,000小時。該組時長的平均值為13,236小時。由於增加了新公車，這比去年的平均水準要低。最老的車隊平均時間為23,364小時。
FCEB的可用性範圍從55％到88％，總體平均值為72％。與公共汽車相關的問題—例如制動器，懸架，空氣系統和空調 — 構成了大部分不可用的天數（36％）。
燃料電池系統問題構成了不可用時間的25％，這歸因於工廠組件的平衡，而不是燃料電池的問題。混合動力系統問題——包括牽引電機，冷卻系統和逆變器等組件的問題——佔不可用天數的19％。
公交車維修費用的中期目標是每英里0.70美元，最終目標是每英里0.40美元。大多數FCEB仍在保修範圍內，或得到延長服務合同的支持，因此大部分維護成本都是勞動力成本。雖然舊公共汽車的零件成本有所增加，但零件來自通常隨著年齡的增長而磨損的公車系統。
AFCB的平均維護成本，為定期維護0.09美元，非計劃維護0.40美元，每英里總計0.49美元。
FCEB表現持續改善。然而，要使該技術具有商業可行性，仍然需要克服一些挑戰。挑戰包括以下內容。
燃料電池系統問題 － 機構報告說燃料電池，已經被證明是穩健的，並且大多數燃料電池系統問題，涉及工廠平衡中的組件。鼓風機，壓縮機，以及有時管道洩漏，導致公共汽車停機。這些代理商與原始設備製造商（OEM）合作良好，但仍有問題需要更換部件。
零件供應 － 運輸代理商仍然遇到一些，有關交付時間較長的總線組件可用性的問題。雖然某些組件的情況有所改善，但各單位已主動尋找其他供應零件的方法。
即將到來的FCEB項目正在購買北美原始設備製造商，使用與傳統技術相同平台建造的公車。共用傳統的總線部件，將有助於提高更換部件的可用性，並降低部件成本。
範圍問題 － FCEB的有效範圍取決於，燃料經濟性和完全填充氫氣罐的能力。在罐冷卻後，罐壓力小於350bar。
代理商報告說，在完成預定服務之前，這可能導致公共汽車燃料運行不足。為避免以比所需更少的燃料發送公共汽車，一些代理商在早上將燃料箱頂出。這增加了勞動時間，對於典型的運輸操作而言不是最佳的。
AC Transit報告了此問題，並一直與其工作站和OEM合作夥伴合作解決方案。站點設定值已增加到380 bar，因此冷卻後的最終壓力接近350 bar。
FCEB和基準公共汽車月可用情况
FCEB不可用的原因
氫燃料的獲取和成本 － 獲得廉價的氫燃料，仍然是部署FCEB的運輸機構面臨的重大挑戰。這對OCTA來說尤其具有挑戰性，OCTA在決定建造氫氣站之前，開始營運其FCEB。
在示範項目的早期階段，OCTA與UCI合作使用其氫氣站。該站的氫氣成本平均約為每公斤13美元。當UCI和OCTA之間的協議，於2018年5月結束時，UCI選擇停止為OCTA公共汽車提供服務。
OCTA不得不尋找其他解決方案，來為公車提供燃料。雖然該地區還有其他零售站，但目前的零售價格非常高 ——每公斤16美元。其他機構的平均燃料成本，接近每公斤7美元。除了更高的燃料成本之外，OCTA還需要人工成本，來為車站提供燃料和駕駛巴士。
加油站問題 － 運輸機構報告說，大多數氫氣站問題涉及壓縮機故障。冗餘（多個壓縮器）有助於避免站點停機，但站點提供商的快速響應時間，對於維護總線服務非常重要。運輸機構建議與車站提供商協商服務合同，以涵蓋維修的響應時間。
FCEB和基準公車的燃料經濟
維修費用分析
維修費用比較
部署FCEB的培訓 － 運輸機構不能過分強調培訓員工的必要性。這包括培訓操作員在技術的不同啓動和關閉程序，以及在路線故障時應採取的措施。
維護人員需要接受，有關他們可能不熟悉的多個系統的安全，定期維護，診斷和維修的培訓。派遣操作員還需要瞭解一些程序，以便他們可以協助操作員調用公車問題。
對該技術感興趣的運輸機構，應為該組織內的多個團體制定全面的培訓計劃。
與OEM的合同，應包括足夠的時間進行初始培訓。數據和分析的結果顯示，以下領域可以從額外的早期研究和開發中受益，包括但不限於：
研究和開發工廠組件（如空氣壓縮機，鼓風機和泵）對燃料電池平衡提高可靠性和耐用性
研究和開發氫氣站壓縮機以提高可靠性
開發和演示低溫壓縮氫氣罐以增加總線範圍。
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