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燃料电池汽车和电动汽车的互补与并存
作者: 阿堂 来源: 汽车工程师 日期: 2019年2月18日

观点:燃料电池汽车和电动汽车是互相补充、长期并存的关系
对话嘉宾:浙江吉利汽车研究院有限公司燃料电池动力系统总工程师 李伟 博士
 

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问:氢能作为目前多能源传输和融合交互的纽带,也被认为是目前全球技术革命的重要方向。您认为氢能源是否可以成为未来社会的主要能源?从技术和产业开发的角度,目前氢能源和燃料电池汽车产业的发展会呈现出怎样的趋势和特点?
答:发展清洁的可持续的能源是国家能源安全和多样性的保障。氢能是清洁的可再生能源,其来源多样,产量大,而且相对安全,是未来清洁、可持续社会的理想能源。氢能可以连接诸如太阳能、风能、生物质能等多种清洁能源,在日常生活和产业活动中普遍利用,从而形成氢能社会。
 
氢燃料电池汽车是终极的清洁能源汽车,是氢能社会的主要构成部分。燃料电池效率高,是氢能发电的最佳利用途径,但是目前燃料电池的成本很高,一个有效降低其成本的方法是提高产量。汽车是一个很好的切入点,通过补贴政策,促进燃料电池汽车的规模化生产,从而大幅度降低燃料电池成本,提升其技术,推动氢能社会的建设和发展。
 
燃料电池汽车产业的最主要特点是技术含量高且产业链长,其技术水平和国家工业体系及基础是密切相关的。
 
因此我认为其技术水平的提高不会是一蹴而就的,而是需要一个积累的过程;但是其产业链的建设可以通过相关政策的支持和引导来加速,如国家能源规划、新能源汽车补贴政策等。
 
在中国,大家一致认为燃料电池汽车的商业化将从商用车开始,因为商用车的路线固定,在加氢站极度短缺的情况下可以运营;而对于乘用车的商业化,目前没有很好的想法。
 
前些天,我中科院的老领导谈了他的想法,他认为燃料电池乘用车应该从高附加值的车型着手进行开发和推广,因为买此类高附加值的豪华新能源轿车的用户对加氢站布局的成熟度不敏感。通过开发高端产品,提高产量并降低成本,进而推广大众产品。这和特斯拉的推广策略是一致的,也是有效的。
 
问:全球很多大车企都开发过氢燃料电池汽车,为何只有韩国现代汽车、日本丰田和本田三家车企实现燃料电池乘用车的量产并商业化?为何近期全球各大车企都纷纷投资电动汽车?
答:氢燃料电池汽车是终极的清洁能源汽车。近二十年里,全球大多大车企都尝试过开发,但是因为其技术难度高、产业链长,性能和成本一直很难达到商业化的标准,因而很多车企都浅尝则止。投入研发资源较多和时间较长的车企有美国通用汽车、德国奔驰汽车、韩国现代汽车、日本丰田和本田等车企,但最终实现量产并商业化的车企依次是韩国现代汽车(2013年)、日本丰田(2014年)和本田(2016年),其中丰田的“Mirai”(“未来”牌)燃料电池汽车的技术最为成熟可靠。奔驰和宝马公司计划分别在2020年和2025年实现量产和商业化。
 
韩国现代汽车、日本丰田和本田三家车企能率先量产和商业化的原因是在于他们的坚持和产业链的协作。
 
首先,他们的坚持是基于他们对技术发展趋势和方向的扎实的前期调研和准确把握。
 
譬如,丰田汽车通过将员工派往全球各大知名燃料电池研究单位开展合作来把握燃料电池技术的发展。其次,韩国和日本的大企业及财团模式有利于供应链的培育,从而率先实现技术和成本达到商业化的目标。
 
韩国现代和日本丰田的成功开启了全球氢燃料电池汽车产业化的序幕,目前还处于产业化的导入期,其发展速度受制于加氢站网络的建设。加氢站网络建设是一个从0到1的过程,而电动车所需的电网已经存在,其充电站的建设实际上是一个1到100的过程,因而电动汽车的前期发展比较容易,这也是为何近期全球各大车企都纷纷投资电动汽车的主要原因。当然,各大车企也都关注和重视燃料电池汽车的开发,只是时间表有所不同。
 
问:你怎么看燃料电池汽车和电动汽车之间的关系?未来的发展路径,是否是氢燃料电池汽车会与纯电动汽车长期并存?
答:业界较一致的观点是燃料电池汽车和电动汽车是互相补充、长期并存的关系。一般认为燃料电池技术适合重型的、长续航里程的汽车;而目前的锂离子电池则适合轻型的、较短续航里程的汽车。这可以从增加续航里程的模式来理解,即要增加续航里程,电动汽车需要增加锂离子电池,其增加是线性的;而燃料电池汽车则只需增加氢气瓶的体积或数量即可。一般认为350-400公里的续航里程是一个分界点。
 
问:张家口“11·28”重大爆燃事故曾一度将氢能推向舆论的风口浪尖。随后的调查显示,氢能与该事故并无关联。但由此也引发了各方对氢能安全问题的高度关注,正在提速发展的氢能行业应该如何更好提升安全性?
答:首先,安全总是第一位的。发展新能源汽车首先要考虑的是安全。普通大众对氢气的认识是易燃易爆的,有人甚至把氢气和氢弹联系在一起。实际上,从专业角度去了解,氢气是比汽油和天然气都安全的,这主要缘由氢气的极强逃逸和扩散能力。
 
氢燃料电池汽车已做过很多安全试验,譬如碰撞、枪击、火烤等,都不会引起爆炸,而且氢气泄露燃烧的火焰是快速上升的,不会引起汽车的二次燃烧,坐在车内的人员是安全的。近二十年来,估计有上万辆燃料电池汽车在路上测试,还没有爆炸事件的报道。
 
氢能行业和氢燃料电池汽车产业的发展除了技术上对安全进行严格要求外,对大众的氢气安全知识的科普也必不可少,即向大众阐明氢气是相对安全的原理以及如何安全地使用氢气的知识。
 
问:您认为中国在发展氢能和燃料电池产业方面,在全球范围内处于怎样的位置?有哪些机遇和优势,又存在哪些问题亟待解决?
答:我认为中国的氢能和燃料电池产业在全球范围内在技术上处于中流的位置,而在规模上则处于第一梯队。氢能和燃料电池的技术水平和国家工业体系及基础是密切相关的,目前高端的氢能设备都来自国外供应商,譬如35MPa压力的加氢站零部件已经国产化,但70MPa压力的加氢站零部件则仍然依靠国外供应商。国际上氢燃料电池产品的功率密度一般在3.0kW/L以上,而国内同类产品的普遍水平是在2kW/L。但是,中国的氢能和燃料电池产业在规模上又是巨大的。首先中国是产氢大国,2015年产氢气2200多万吨,占世界总量的34%。
 
很多地区都有富余的氢气,如宁波每年有7.23万吨的富余氢气可供燃料电池汽车使用。此外,中国目前的弃水、弃风、弃光现象非常严重,2016年全国弃水弃风弃光电量达到1100亿度,折合氢气220亿标准立方米(197万吨),这些氢气非常廉价。其次,在全球氢能和燃料电池汽车产业大发展趋势和中国政府相关利好政策的情况下,中国的氢能与燃料电池汽车产业迅猛发展。2018年是中国燃料电池汽车的元年,全年燃料电池商用车的产量超过1500辆。预计在2025年达到5万辆,2030年达到100万辆。
 
中国氢能和燃料电池产业的发展有很多机遇和优势。
 
首先是政策上的利好。国家发改委和能源局于2016年颁布了《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》,将氢能和燃料电池技术列入十五项重点发展技术。
 
同年,中国汽车工程学会发布了《节能与新能源汽车技术路线图》,提出了全国燃料电池汽车的发展目标,即2020年达到5000辆(示范运行),2025年达到5万辆,2030年要达到100万辆(大规模推广)。与此相应,国家和20多个省市已发布了燃料电池汽车的规划和补贴政策,国补对于燃料电池乘用车,给予20万元/辆的补贴,对于燃料电池小型货车和客车,给予30万元/辆的补贴,对于燃料电池大中型客车和中重型货车,给予50万元/辆的补贴;相应的地补与国补的比例范围在0.2-1。
 
这些利好政策极大地推动了氢能和燃料电池汽车产业。但是仍然有很多问题需要解决。
 
首先是氢气的安全法规和管理办法的改革。中国的氢气安全法规比国际上的要严格很多,这严重阻碍了氢能和燃料电池产业在中国的发展。
 
目前国家层面正在参照国际的安全法规,推动将氢气从危险化学品转为能源产品进行管理的改革。改革的成功将会直接推动氢能基础设施建设的快速发展,进而推动氢能和燃料电池产业的迅猛发展。
 
其次是要加强核心技术的开发以及产业链的培育。氢燃料电池汽车的核心是燃料电池,而燃料电池的核心是材料(质子交换膜、催化剂、碳纸或碳布扩散层以及双级板等)与组件(三合一电极与双极板)及规模化制备工艺。
 
目前国内燃料电池汽车产品中的燃料电池基本都采用国外公司的材料和组件,因此中国要发展氢能和燃料电池产业必须加强核心技术的开发。同样,我们燃料电池系统的辅助系统的关键零部件如离心式空压机、氢气瓶及其瓶口组合阀等也大多是国外公司的产品,因此也必须加强开发投入,培育产业链。只有这样,我们的氢能和燃料电池产业将不受制于别人。

(转载请注明来源: 汽车制动网/chebrake.com 责任编辑:jack)

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