2020年,由中國航天科技集團(tuán)有限公司研制的長征五號系列運(yùn)載火箭很忙:從發(fā)射新一代載人飛船試驗船,到發(fā)射天問一號火星探測器,再到發(fā)射嫦娥五號探測器……“胖五”家族成員的每一次騰飛,都吸引著世人的目光。
“胖五”火箭芯級使用是清潔而蘊(yùn)藏著巨大能量的液氫、液氧燃料,而將這些高能燃料轉(zhuǎn)化為強(qiáng)大推力的發(fā)動機(jī),就是由我國唯一的低溫氫氧火箭發(fā)動機(jī)研究所——航天科技集團(tuán)六院11所(京)研制的。除了火箭發(fā)動機(jī),其還將航天氫能技術(shù)應(yīng)用在適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境的燃料電池系統(tǒng)、新能源汽車、無人機(jī)以及特種泵/閥等關(guān)鍵產(chǎn)品上,綜合技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先。
氫能作為一種綜合性能極為優(yōu)越的新能源,將在未來世界能源舞臺上發(fā)揮舉足輕重的作用。近年來以六院11所(京)為代表的央企在氫能和燃料電池領(lǐng)域的布局愈發(fā)深入,對促進(jìn)氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到巨大推動作用。
傳承航天技術(shù),承擔(dān)國家項目
在我國,航天領(lǐng)域率先應(yīng)用氫能。1984年,六院11所(京)研制的我國第一代氫氧發(fā)動機(jī)(YF73)用在了長征三號運(yùn)載火箭三子級,成功發(fā)射我國首顆高軌通信衛(wèi)星。該所研制的第二代氫氧發(fā)動機(jī)(YF75)用于長征三號甲系列運(yùn)載火箭,第三代氫氧發(fā)動機(jī)(YF77)用于長征五號系列運(yùn)載火箭,圓滿完成了我國月球探測、北斗導(dǎo)航等一系列國家重大航天工程發(fā)射任務(wù)。
為了響應(yīng)國家號召,把先進(jìn)的航天技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用到更多領(lǐng)域,2000年,航天科技集團(tuán)六院11所(京)依托幾十年來在氫供應(yīng)和氫氧火箭發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)積累,在多型氫氧火箭發(fā)動機(jī)液氫液氧流體輸送、安全測控、噴注霧化、燃燒技術(shù)基礎(chǔ)上,開始進(jìn)行燃料電池和氫能利用領(lǐng)域的相關(guān)工作,是國內(nèi)最早的氫燃料電池技術(shù)研發(fā)單位之一,在“十五”到“十三五”期間,承擔(dān)并順利完成了多項燃料電池領(lǐng)域國家科研項目。
2018年,六院11所(京)成為航天科技集團(tuán)氫能工程技術(shù)研發(fā)中心的依托單位。
目前,六院11所(京)主要研制的項目有:100kW大巴車用燃料電池發(fā)動機(jī)、多旋翼無人機(jī)氫空能源系統(tǒng)、可再生能源制氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、密閉環(huán)境(空間/水下)燃料電池系統(tǒng)、高自持特殊環(huán)境專用電源、高機(jī)動應(yīng)急電源、場館/特殊環(huán)境專用大功率電站、高性能燃料電池電堆、大流量高效氫氣循環(huán)泵、氫/氧特種閥門等。
強(qiáng)大研發(fā)陣容,產(chǎn)業(yè)化實力強(qiáng)
目前六院11所(京)擁有一支陣容強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊:團(tuán)隊成員80%以上擁有碩士學(xué)位,包括3名電化學(xué)專業(yè)博士,1名北京市科委在冊專家(燃料電池方向)、4名研究員、7名高級工程師。
團(tuán)隊成員專業(yè)背景覆蓋了系統(tǒng)設(shè)計、電化學(xué)、流體機(jī)械、傳熱、電測電控和集成試驗等燃料電池系統(tǒng)所需的全部專業(yè),可完成燃料電池系統(tǒng)從系統(tǒng)設(shè)計計算、關(guān)鍵組件設(shè)計與選型、組件測試、測控系統(tǒng)軟硬件設(shè)計到系統(tǒng)集成、臺架性能測試和環(huán)境適應(yīng)性測試的完整開發(fā)流程,具備核心關(guān)鍵部組件(如電堆、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵、冷卻液泵、溫控閥、系統(tǒng)控制器等)的自主開發(fā)能力。
經(jīng)過多年鍛造,六院11所(京)的技術(shù)核心優(yōu)勢有:輕質(zhì)、高集成度、高可靠燃料電池系統(tǒng)集成技術(shù);具有電堆、泵閥、控制器等關(guān)鍵零部件的研制能力,比能量、比功率處國內(nèi)領(lǐng)先水平;氫/空(氧)儲存與供應(yīng)管理技術(shù),高壓氫氧壓差精確控制技術(shù);先進(jìn)的高效水熱管理與臨近空間環(huán)控技術(shù),可以滿足燃料電池對極端惡劣環(huán)境的適應(yīng)性要求;自適應(yīng)調(diào)節(jié)輸出電力管理和系統(tǒng)控制技術(shù)、強(qiáng)電磁兼容電力電子測控技術(shù)、氫源自動檢測及報警技術(shù),可以實現(xiàn)一鍵啟動、全自動控制、安全應(yīng)急自動關(guān)機(jī)和恢復(fù),氫源自動檢測及報警和關(guān)機(jī)。
該所系統(tǒng)集成以及相關(guān)單項技術(shù)方面已形成特色,系統(tǒng)產(chǎn)品已經(jīng)成功應(yīng)用于海陸空天,擁有著全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)支撐能力、多環(huán)境應(yīng)用工程經(jīng)驗以及強(qiáng)大的協(xié)同創(chuàng)新平臺。
該所擁有百千瓦級燃料電池系統(tǒng)試驗測試平臺(含110kW電子負(fù)載、防爆氫氣瓶間、上位機(jī)測控平臺和安全監(jiān)控與強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng))、燃料電池測試儀、燃料電池電堆壓機(jī)、點膠機(jī)、十萬級潔凈裝配廠房、燃料電池系統(tǒng)仿真平臺等先進(jìn)設(shè)備。
位于亦莊開發(fā)區(qū)的北京航天動力科技園也即將建成每年500臺/套的氫燃料電池電堆生產(chǎn)線和百千瓦級發(fā)動機(jī)集成測試廠房,為后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化推廣奠定硬件基礎(chǔ)。
未來,六院11所(京)將進(jìn)一步加快科技成果轉(zhuǎn)化的步伐,將燃料電池系統(tǒng)應(yīng)用于汽車動力、無人機(jī)動力、船用動力、棄風(fēng)棄電儲能等領(lǐng)域,憑借品牌和技術(shù)優(yōu)勢與資本合作,推動氫能的產(chǎn)業(yè)化、工程化發(fā)展。