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【深度】氢燃料电池汽车可以取代电动汽车了吗?

发布时间:2017-12-28 14:11:14


汽车成本、氢气制备及储运、加氢站建设,是摆在燃料电池汽车前的三座大山。 到2030年,全球氢能产业投资总额将达到2800亿美元。


氢燃料电池汽车终究会替代电动汽车。” 

来自于美国市场调研及咨询公司Information Trends, LLC于11月发布的报告《燃料电池汽车:全球市场分析》显示,从1968年第一辆氢燃料电池车问世到今年9月,全球已售出超过5500辆燃料电池汽车。今年前三季度的销量将近2400辆,几乎占到了累计销量的半壁江山。

燃料电池车所用燃料包括氢气、甲醇或天然气等,目前氢燃料电池汽车已逐步成为众多车企发展的新重点。该报告称,预计到今年底,氢燃料电池汽车全球累计销量将轻松突破6000辆。

尽管燃料电池汽车在全球约300万辆的新能源汽车中占比不到1%,但燃料电池汽车仍然是近期最受关注的产业之一。美国工程院和能源部的数据显示,2025年氢燃料电池将处于支配地位,到2045年,氢燃料电池汽车市场占有率将达到95%。 

科技部部长万钢在日前召开的第十九届中国科协年会上表示,氢具有来源广泛、大规模稳定储存、持续供应、远距离运输、快速补充等特点,在未来车用能源中,氢燃料与电力将并存互补,共同支撑新能源汽车产业发展。

 氢燃料电池汽车即以氢为主要能量作为移动的汽车。在催化剂的作用下,氢气和氧气混合后发生化学反应并产生电流,由此驱动电动机带动汽车行驶。

 “中国政府对氢能发展的支持力度和中国市场的潜力是其他国家没有的。” 爱德曼氢能源装备有限公司CEO龚靖,在11月初佛山举行的“氢能周”期间向界面新闻记者表示,“燃料电池将是中国(汽车产业)实现弯道超车的一个方向。”

2016年,发改委、能源局等联合发布《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》将 “氢能与燃料电池技术创新”列为能源技术革命重点创新行动的15项具体任务之一,氢能产业正式被纳入中国国家能源战略。


《节能与新能源汽车技术线路图》提出,到2020年,生产1000辆燃料电池汽车并进行示范运行;到2025年,制氢、加氢等配套基础设施基本完善,燃料电池汽车实现区域小规模运行;到了2030年,燃料汽车的销售规模将达到百万辆的级别。

《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》预计,到2020年,中国燃料电池车辆将达到1万辆;到2030年,燃料电池车辆保有量达到200万辆。届时,中国有望成为全球最大的燃料电池汽车市场。

 与电动汽车相比,氢燃料电池汽车载运行过程中不会产生污染,同时,其续航里程和充电时间方面也具有明显优势。

随着规模效应与技术优化,燃料电池电堆成本可以从目前380美元/千瓦,下降至40-50美元/千瓦甚至更低,2030年燃料电池汽车成本有望接近燃油车水平。

目前,氢燃料电池汽车续航里程可以达到500-600公里,燃料加注仅需3分钟。丰田在今年东京车展上发布的Fine-Comfort Ride氢燃料电池概念车,续航里程已达到1000公里。

“氢燃料电池汽车只能算是迈出了产业化的第一步。”龚靖称,“电堆原材料的国产化还不成熟,燃料电池的配套设备生产与国际也有所差距。”清华大学汽车工程系教授陈全世在“2017全球未来出行高层论坛”上表示,氢燃料电池的核心技术,燃料电池反应堆(电堆)技术难关有待克服。

成立于2016年的爱德曼氢能源装备有限公司,是一家从事电堆研发及生产的中德合资企业。今年11月,该公司与东风汽车公司合作的燃料电池厢式运输车入选《新能源汽车推广应用推荐车型目录(2017年第11批)》。

单体燃料电池由正极(氧化剂电极)、负极(燃料电极)和电解质组成。除了电池本体,燃料电池的正常运转还需要一套辅助系统,包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置。辅助系统同样占到燃料电池系统总成本的近一半。

 “我们目前主要使用进口的材料,因为他们的技术更成熟。” 龚靖颇为无奈的表示,进口材料也意味着高成本。据她介绍,膜电极的成本占到燃料电池总成本的60%左右,是减低成本的关键。

“作为一个投入市场的产品,性价比非常重要,所以像膜、催化剂这种原材料和氢气泵、加湿器这些配套设施制造,我们希望中国企业国产化进程再快一点,成本能降得再低一点。”龚靖向界面新闻记者表示。

另一方面,没有批量化生产也是中国氢燃料电池汽车成本居高不下的重要原因。“关键辅助部件一旦实现自动化、批量化生产,成本就会下降若干倍。”新研氢能源科技有限公司CTO、IEC国际标准召集人齐志刚此前曾表示。降低催化剂铂(Pt)的使用量也是研究方向之一。

受政策鼓励影响,包括上汽、一汽和东风在内的多家车企开始计划、生产燃料电池专用车。早在几年前已推出氢燃料电池乘用车的丰田,在10月底完成了首个在华加氢站,并开始动力实证试验。

“氢能周”上,参观者围观丰田Mirai氢燃料电池汽车,并仔细查看位于车尾部的储氢瓶。 韩沁珂/摄


根据去年底发布的新能源汽车推广补贴政策,氢燃料电池汽车的补贴金额高达30万-50万元/辆,多数地方政府对燃料电池车的补贴也保持与国家补贴1:1的额度。

以上汽大通于11月发布首款氢燃料电池轻客FCV80为例,标价130万元,主要针对城市小型公交、园区班车和城市物流需求,该车享受100万元的政府补贴,购买者只需支付30万元。

“考虑到电动汽车补贴下滑,氢燃料电池汽车现阶段仍享受高补贴,一定程度上提高了氢燃料电池汽车的竞争力。”一位投资界人士在参加“氢能周”展会时向界面新闻记者表示。

FCV80上市后的表现也印证了他的观点。据上汽大通介绍,FCV80已经获得了100台的订单。

在佛山“氢能周”活动中展示的部分氢燃料汽车。 图片来源:V.PHOTOS 陈锋

“汽车成本、氢气制备及储运、加氢站建设,是摆在燃料电池汽车前的三座大山。” 中国工程院院士衣宝廉公开表示。

据国际氢能源委员会估计,到2030年,全球氢能产业投资总额将达到2800亿美元。其中,大约60%的投资将用于提高氢气的生产、储存和分配效率,30%投入到系列开发、生产线和新的商业模式中。约200亿美元将用于建造全球范围内的氢能源燃料电池充电设施,约15000个充电站。

在氢气制备方面,北京中电丰业技术开发有限公司董事长王德军表示,目前国内制氢方法主要有电解水制氢、水煤气法制氢、由石油热裂的合成气和天然气制氢和化工业副产氢一种。“其中,考虑到环保和成本问题,天然气转换制氢和化工业副产氢的性价比较高。”

“在弃风、弃光、弃水情况较为严重的地方,发展电解水制氢也是一个(解决)方法。”他表示,一般情况下,每立方米氢气电耗为4.5-5度左右。“利用低价可再生能源电制氢,能有效降低制氢成本。”

加氢站等基础设施的不完善是制约氢能及氢燃料电池汽车发展的另一个重要原因。

中国正在运营的加氢站只有七座,分别位于北京、上海、郑州、大连、佛山、云浮和常州。

衣宝廉表示,有限的加氢站数量制约了国内氢燃料电池汽车的发展,乘用车严重依赖于能源补给,现阶段氢燃料电池只能在商用车上先进行试运营。

“理顺和明确政府行政审批是中国加氢站建设的当务之急。在行政操作的探索方面,需要地方大胆先行先试。”佛山市副市长、佛山对口帮扶云浮指挥部总指挥许国在“氢能周”上表示,政府需要持续加大对加氢站建设的扶持和推动力度,研究制定加氢站发展总体规划布局,推动加氢站科学合理布点对加氢站建设运营的行业监管。

在加氢站建设模式探索方面,中石化广东石油分公司和中石油广东分公司与佛山市、云浮市展开战略合作。通过在原有加油站基础上增设加氢功能,将其合建为加氢加油合建站。

中国标准化研究院资源与环境分院副院长、全国氢能标委会秘书长王赓表示,利用现有加油站改造为加氢加油合建站的建设方法可以有效、快速解决加氢站的规划布局和建设问题,具有示范推广的现实意义。

此外,与几万元的电动汽车充电桩不同,加氢站的建设成本约1000万元左右。

加氢机示意图 。图片来源:V.PHOTOS 陈锋


上海氢枫能源技术有限公司总经理方沛军在接受界面新闻记者采访时表示 :“在加快加氢站建设方面,资金是大问题,这需要政府和大企业共同参与解决。”

上海氢枫主要从事加氢站投资建设和运营,运营和在建的加氢站12座。据其运营团队统计,截止到11月30日上午,累计加氢16603.44公斤,累计加注车次1838次。

目前,对于符合国家技术标准且加氢能力不少于200公斤的新建燃料电池加氢站,国家将直接给与400万元/座的“奖励”。“这笔奖励会在加氢站运行一段时间后发放。”一位加氢站工作人员表示。

“等到氢能应用的价格、效率达到企业和用户都可以接受的水平,用户使用习惯有所改变的时候,氢能才能真正实现产业化。”制氢企业米顿罗工业设备(上海)有限公司产品销售经理卢哲嵩向界面新闻记者表示。“用户习惯也非常重要,人们要接受氢能,愿意使用氢能应用,才会产生需求,推动产业发展。”

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