人物名片：陳維榮，西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院院長，獲2021年度四川省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。

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)，院長陳維榮與幾位同事正在探討提升氫燃料電池列車速度的方案。

幾天前，陳維榮團(tuán)隊的項目“大功率氫能動力軌道機(jī)車關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”拿到了四川省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。“整體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平！”以中國工程院院士羅安為組長的評價小組對這一科技成果如是評價。

“很興奮，這是對我們工作極大的肯定。”陳維榮說，“不是某個環(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，爭取研發(fā)出時速140公里以上的氫能列車方案，填補(bǔ)國際空白！”

據(jù)統(tǒng)計，目前這支團(tuán)隊已有10多個氫燃料電池軌道交通應(yīng)用項目在全國落地。

研發(fā)近3年

相關(guān)設(shè)備燒壞幾十臺

“氫燃料電池的最佳應(yīng)用場景并不是家用轎車，而是線路相對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，軌道交通和乘用車不同，從運(yùn)輸途徑看，更多是點(diǎn)對點(diǎn)的固定線路，這就讓氫氣的運(yùn)輸和儲存途徑變得簡單。“目前來看，要像乘用車加油站那樣布局加氫站，還是比較困難的。”

另一個優(yōu)勢是成本。陳維榮認(rèn)為，以當(dāng)下的技術(shù)，氫能源軌道交通項目的一次性投入和長期運(yùn)營成本比傳統(tǒng)的軌道交通電氣化方案低10%左右。“也就是說，即便沒有國家補(bǔ)貼，純走市場化開拓，也能算好經(jīng)濟(jì)賬。”

不過，要把氫燃料電池裝進(jìn)列車并不容易，其中最大的障礙是功率問題。

陳維榮說，以往氫燃料電池的設(shè)計方案以乘用車為原型，功率往往只有數(shù)十千瓦，即便是大巴或者重卡，也不會超過100千瓦。這樣的功率，一個電堆就能夠滿足。“然而，軌道交通動輒就是數(shù)百千瓦的功率需求，因此其動力系統(tǒng)方案必須通過多個電堆協(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程有滯后效應(yīng)，會導(dǎo)致多電堆的協(xié)同工作變得十分困難。“如果沒有一個完善精準(zhǔn)的協(xié)同方案，不僅電堆性能會受到制約，還會對裝置整體的穩(wěn)定性造成影響。”

據(jù)了解，僅為了攻破這一項技術(shù)，陳維榮團(tuán)隊就用了近3年時間，相關(guān)設(shè)備燒壞幾十臺。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——國家認(rèn)證的第三方檢測機(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)隊還開發(fā)了全新的氫能軌道機(jī)車研發(fā)—設(shè)計—制造平臺。“使用氫能的軌道機(jī)車需要全新設(shè)計，這樣才能有最好的效果。”

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

“市場空間是巨大的！”陳維榮說，僅國內(nèi)，全國鐵路加上觀光列車、有軌電車、城市動車組等應(yīng)用場景，其中適合氫能改造的市場空間就超過1000億美元；國際方面，考慮到多國有將內(nèi)燃機(jī)車全部替換為氫能機(jī)車的計劃，“光是歐洲市場的規(guī)模就超過5000億美元。”不僅如此，儲氫、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。

目前，西南交大已成立專門公司，負(fù)責(zé)陳維榮團(tuán)隊研發(fā)項目的成果落地轉(zhuǎn)化。公司已有100余項專利，涉及氫能軌道交通機(jī)車研發(fā)、生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。當(dāng)下已落地的項目，也均由公司進(jìn)行專業(yè)化運(yùn)營。

研發(fā)上，陳維榮團(tuán)隊有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)出時速達(dá)140至160公里的軌道交通機(jī)車，為全國乃至全球的軌道交通項目提供更低碳、高效、低成本的服務(wù)。”陳維榮說。

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，大型郵輪的動力系統(tǒng)需要20個電堆協(xié)同工作，而目前陳維榮團(tuán)隊已完成這一方案的理論設(shè)計。“隨著技術(shù)的不斷成熟，協(xié)同工作的電堆數(shù)量也會不斷提升，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)隊自身技術(shù)，在國際市場中斬獲更多成果。