氫能源汽車定義與分類

氫能源汽車是以氫為主要能量作為移動的汽車。一般的內燃機，通常注入柴油或汽油，氫汽車則改為使用氣體氫。燃料電池和電動機會取代一般的引擎，即氫燃料電池的原理是把氫輸入燃料電池中，氫原子的電子被質子交換膜阻隔，通過外電路從負極傳導到正極，成為電能驅動電動機;質子卻可以通過質子交換膜與氧化合為純凈的水霧排出。這樣有效減少了其他燃油的汽車造成的空氣污染問題。

氫能源汽車分為兩種，氫內燃機汽車(HICEV)和氫燃料電池汽車(Fuelcellvehicle-FCEV)。目前，發(fā)展較快的為氫燃料電池汽車。

氫燃料電池市場需求量大

氫能源汽車快速發(fā)展，燃料電池因風口。隨著氫能源汽車的發(fā)展進入成熟階段，產量將迎來爆發(fā)式增長時期，氫燃料電池市場需求也將大大打開。據前瞻產業(yè)研究院發(fā)布的《氫能源行業(yè)發(fā)展前景預測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》最新統(tǒng)計數據顯示，2015年中國燃料電池出貨量為10.5MW，同比增長14.1，出貨量首次超10MW。預計2018年中國燃料電池出貨量將為15.39MW。未來燃料電池市場將持續(xù)增長，預計到2021年中國燃料電池出貨量將達20MW。

燃料電池系統(tǒng)成本下降

目前，由于燃料電池技術難度高、系統(tǒng)的復雜程度高，燃料電池的成本較高。隨著行業(yè)及技術進步、以及企業(yè)規(guī)?；a，燃料電池成本將下降。在年產50萬套燃料電池產能下，預計2020年燃料電池系統(tǒng)成本將從53美元/千瓦降至40美元/千瓦。

氫能源汽車發(fā)展前景分析

氫燃料電池汽車勢在必行

隨著傳統(tǒng)化石能源長期使用所帶來的環(huán)境壓力，推動新能源行業(yè)的發(fā)展和能源的高效利用勢在必行。氫燃料電池汽車陰其具有良好的環(huán)境相容性、能量轉換效率高、噪音小、續(xù)航里程長、加注燃料時間段、無需充電等特點，被視為很有前景的清潔能源汽車，且在在、能源資源獲取上，氫氣具有多種來源渠道、如利用風能、太陽能等可再生能源通過電解水方式獲取，從工業(yè)廢氣中提純獲取，不會受到傳統(tǒng)能源資源的限制。

政策利好扶持發(fā)展

隨著氫燃料電池技術的突破、國家對清潔能源的日益重視。中國開始加大對氫燃料電池領域的規(guī)劃和支持力度?！吨袊圃?025》提出實現燃料電池汽車的運行規(guī)模進一步擴大，達到1000輛的運行規(guī)模，到2025年，制氫、加氫等配套基礎設施基本完善，燃料電池汽車實現區(qū)域小規(guī)模運行。

氫燃料電池汽車產業(yè)迎來爆發(fā)式增長

預測到2030年氫燃料電池汽車全球市場規(guī)模將超198萬輛，市場增長潛力巨大。預測2030年中國氫燃料電池汽車市場規(guī)模將超百萬輛，隨著各國政府對氫燃料電池汽車產業(yè)的扶持及關鍵技術的突破，未來氫燃料電池汽車產業(yè)將迎來爆發(fā)式增長。

延伸閱讀

此前，筆者強調了水氫技術——常溫常壓甲醇水制氫與燃料電池高度集成技術的突破性和重要性，今天依然要再次強調，因為這一技術成功研發(fā)出了不加油、不充電、不加氫氣、不排放尾氣的水氫汽車。

水氫汽車直接利用水氫動力系統(tǒng)為電機供電，從而為汽車提供動力，水氫動力系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)電動汽車中的鋰電池，只要原料箱中有充足的甲醇水即可保證水氫汽車的續(xù)航能力。

水氫汽車的核心優(yōu)勢是“移動”制氫，原本需要一個高壓儲氫罐或者一個大型制氫工廠如今只需一個甲醇重整制氫罐便可輕松實現氫氣的即產即用功能。擺脫了大型制氫系統(tǒng)以及氫氣的“壓、儲、運”等一系列繁雜措施，經濟成本大大降低，安全也有了保障。另外，由于不需要高壓儲氫罐，整車重量大大降低，空間也獲得了提高。

電池儲能系統(tǒng)（Battery Energy Storage System, BESS）因其響應速度快、功率和容量配置靈活以及適用范圍廣等優(yōu)點被廣泛應用于改善電網暫態(tài)響應過程[1-3]。要研究BESS并網對系統(tǒng)的影響，BESS的動態(tài)模型成為研究的基礎和關鍵[4]。若在系統(tǒng)暫態(tài)過程仿真中采用考慮電力電子裝置建模的詳細電磁暫態(tài)模型，不僅模型復雜，而且計算時間長，不適合實際工程應用場合。因此建立簡化的等值機電暫態(tài)模型是當前亟待解決的問題。

目前，針對BESS機電暫態(tài)仿真模型的相關研究較少。文獻[5,6]中提出了儲能系統(tǒng)潮流模型以及機電暫態(tài)模型，通過仿真分析證明了模型的正確性，但是模型中未設置死區(qū)，會導致儲能系統(tǒng)頻繁充放電，影響電池壽命。

文獻[7,8]中建立了電池儲能系統(tǒng)多尺度仿真模型，并對每個組成部分進行了詳細建模，但忽略了充放電功率限制環(huán)節(jié)，使得仿真結果存在偏差。文獻[9]提出了一種儲能系統(tǒng)通用暫態(tài)模型，并仿真分析了其適用性，但該模型在控制約束上未考慮死區(qū)環(huán)節(jié)，并且仿真分析中只驗證了光伏組件在過云情況下系統(tǒng)的暫態(tài)響應，而對系統(tǒng)發(fā)生故障情況沒有作出分析。

文獻[10]中建立了電池儲能系統(tǒng)全時段多尺度仿真模型，但在模型建立中未考慮BESS的初始容量，與實際工程應用存在差距。文獻[11]中建立了BESS機電暫態(tài)模型，并與風機進行了聯合仿真，但在機電暫態(tài)模型中考慮了SOC變化及電量計算環(huán)節(jié)，忽略了機電暫態(tài)過程的時間尺度。

已有研究多針對DIgSILENT等成熟仿真軟件，而對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)分析綜合程序（Power System Analysis Software Package, PSASP）的研究較少。PSASP7.0是我國自主研發(fā)、功能強大的電力系統(tǒng)仿真軟件，可以方便快速地完成潮流計算、暫穩(wěn)計算及短路計算等多種傳統(tǒng)運算，但隨著新型元件的不斷出現，PSASP7.0模型庫無法實時更新，尤其是儲能元件的缺失，阻礙了PSASP7.0在電力系統(tǒng)仿真分析中的應用。

本文在對BESS結構及換流器控制系統(tǒng)深入分析的基礎上，提出一種計及電池充放電功率限制及充放電次數限制的無時延BESS機電暫態(tài)模型，利用節(jié)點電流注入法對模型接口進行開發(fā)，結合理論分析，通過PSASP仿真平臺對模型進行仿真分析。

水氫汽車的原料甲醇來源十分豐富，可通過太陽能、風能等間歇式可再生能源電解制氫然后碳催化獲得，也可利用農作物秸稈、動物糞便和有機廢水發(fā)酵獲得。而回過頭來看，加氫站的投資和普通加油站乃至甲醇甲醇加注站都是不可比擬的。甲醇補給站可充分利用現有的加油站系統(tǒng)改造而成，與加氫站相比，配套成本幾乎為0，大大節(jié)省了基礎設施的大規(guī)模投資。