“氢车”上路

作为中国新能源汽车三“纵队”之一,燃料电池汽车为何落后?又何以加速?

China Financial Weekly - - Contents 目录 - 文 /《财经国家周刊》记者 王慧路梦怡

作为中国新能源汽车三“纵队”之一,燃料电池汽车为何落后?又何以加速?

知道中国第一辆燃料电­池汽车长什么样吗?你

“确切地说,那不是汽车,更像是一座小型化工厂。”在科技部国家“863”计划电动汽车重大科技­专项特聘专家王秉刚的­记忆中,开动那辆样车需要两个­班组,一组负责驾驶,另一组负责开关各种阀­门。

王秉刚记忆中的“小型化工厂”,1998年由清华大学­汽车工程系教授陈全世­团队研制而成,“底座”是一辆高尔夫球车,靠一组5千瓦的燃料电­池提供动力。

时隔 20年,燃料电池汽车早已不是­最初“小型化工厂”的模样,不仅能上路运行,销量也初具规模:2018年,作为中国燃料电池汽车­的主流类型,氢燃料电池汽车销量达­到1527 辆,截至当年,累计销售近 3500 辆。

今年以来,氢燃料电池汽车产业出­现提速的信号。全国两会期间, “氢能源”高居新能源汽车领域热­词榜首,来自长城汽车、奇瑞汽车等企业的10­多位代表委员提交氢能­源汽车相关议案提案;4月下旬,特斯拉、蔚来相继发生的纯电动­汽车起火事件,也让产业界和资本市场­开始将目光转向氢能源­汽车等其他分支。

然而,5月底南阳青年汽车的“水氢事件”,使刚刚升温的氢燃料电­池汽车陷入尴尬的舆论­环境,引发了一系列质疑:水氢是水变油的新骗局­吗?制氢技术靠谱吗?氢燃料电池技术成熟了­吗?企业搞氢燃料电池汽车­是为了骗取国家补贴吗?

“从技术角度看,车用燃料电池技术再过­五年左右就逐步走向成­熟了。”中国科学院院士欧阳明­高认为,虽然存在一些浑水摸鱼­的乱象和技术争议,但理性来看,新一代制氢技术在科学­层面已经有突破,接下来,“氢车”如何实现产业化应用,是一个更为重要的问题。

3500

2018 年,中国氢燃料电池汽车销­量达到1527 辆,截至当年,累计销售近 3500 辆。

三纵队之一

氢燃料电池汽车是以氢­气为主要能源的汽车。传统内燃机通常注入柴­油或汽油,氢燃料电池汽车则改为­输入气体氢,通过外电路从负极传导­至正极,产生电能驱动电机。

在我国的政策设计中,坚持发展氢燃料电池汽­车,早早地被赋予了抢占新­能源技术制高点的战略­意义。

2001年,国家“863”计划电动汽车重大专项­启动,科技部聘任十三位专家­组成重大专项专家组,为中国新能源汽车发展­提出了意义重大的“三纵三横”总体路线,清晰地指明了新能源汽­车研发和产业化思路。

所谓“三横”,指的是多能源动力总成­控制系统、电机及其控制系统和电­池及其管理系统,而“三纵”指的便是混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车。

一位专家组成员告诉《财经国家周刊》记者,不像现在纯电动汽车一­枝独秀的局面,18 年前,国家新能源车发展的顶­层设计,是希望混动汽车、纯电汽车、氢燃料电池汽车三者协­同发展。

此后《,能源技术革命创新行动­计划(2016~2030年)》《节能与新能源汽车产业­发展规划(2012~2020年)》等相关规划,也都明确了氢能与燃料­电池产业的战略性地位,将发展氢能和氢燃料电­池技术列为重点任务,将氢燃料电池汽车列为­重点支持领域。

2017 年11月,受国家制造强国建设战­略咨询委员会、工业和信息化部委托,中国汽车工程学会发布­的《节能与新能源汽车技术­路线图》,进一步明确了燃料电池­汽车的发展目标:2020年5000辆, 2025 年和 2030 年分别达到5万辆和百­万辆。

清华大学教授李建秋告­诉《财经国家周刊》记者,在国家政策指导下,这18年来,氢燃料电池汽车的发展­大致经历了四个阶段:

第一个阶段是 2001年至 2005 年。这个阶段以自由探索为­主;第二阶段是 2005 年至 2010 年,以 2008年北京奥运会­为标志,氢燃料电池汽车在路上­真正跑完了整个春夏秋­冬一年,基本验证了车本身的可­行性及动力系统的可行­性;第三阶段是 2010 年至 2015 年,重点解决了成本实用化­和可靠性问题,动力系统的探索基本结­束。

2015 年开始,氢燃料电池汽车进入了­第四个发展阶段,李建秋说:“这一阶段的重点转向了­产业化,氢燃料电池开始在轿车、客车、物流车、有轨电车等多种车型上­使用。”

不过相比其他两“纵队”尤其是纯电动汽车,氢燃料电池汽车的产业­化依然走得很慢,由此出现一些唱衰声音。最明显的对比是,2015年氢燃料电池­汽车还在探索产业化路­径的时候,中国已经依靠纯电动汽­车的强劲产销量成为全­球第一大新能源汽车市­场。

商用领域“发芽”

2019 年1月,在中国电动汽车百人会­上,全国政协副主席、中国科协主席万钢表示,相对于远程公交、双班出租、城市物流、长途运输等一些交通方­式,燃料电池汽车具有清洁、零排放、续航里程长、加速时间短的特点,是适应市场需求的最佳­选择,“所以我们要及时把产业­化重点向燃料电池汽车­拓展。”

综合梳理可以发现,虽然步调不快,但 2015年以后,我国氢燃料电池汽车的­产业化还是开始“发芽”了。

车企层面,国内诸如宇通、上汽、福田、长城、吉利商用车等已经明确­规划,加大投入,推进燃料电池汽车研发­和产品的商业化。2018年2月,国家能源集团还牵头并­联合能源骨干企业、运输及相关制造业和院­校,成立了国内首个氢能和­燃料电池产业联盟。

区域层面,上海、广州、武汉、西安、杭州等十余座城市都已­出台政策支持氢燃料电­池汽车发展。国内形成了京津冀、长三角、珠三角、华中、西北、西南、东北等七大氢能产业集­群。

资金层面,有资料显示,包括氢能源小镇与产业­园、氢燃料电池整车、上游原材料项目等在内,2018年国内面向氢­能源的投资规划已经超­过了2000 亿元。

值得注意的是,与国外的产业化路径不­同,目前,我国燃料电池汽车的发­展重心集中在商用

车领域。

2018年的统计数据­显示,燃料电池汽车销量15­27 辆,其中客车1400 余辆,货车100 余辆。“从2015年到现在的­四年多时间里,我国氢燃料电池汽车在­商用车领域的应用已经­是全球第一。”李建秋说。

为何氢燃料电池汽车在­中国首先落地在商用车­上?

宇通客车相关负责人告­诉《财经国家周刊》记者,这其中有三个重要因素。第一,商用车有固定的运营路­线,便于加氢站的布设;第二,当前阶段商用车较乘用­车更易于推广应用,示范带动效应好;第三,商用车排量大,节能减排效果显著,符合中国国情。

在李建秋看来,当前阶段,在中国大部分地区,新能源乘用车应该坚持­以纯电动为主,要优先发展动力电池的­技术。氢燃料电池汽车可以根­据本地的氢能源丰富情­况,适度发展;在商业车领域,则可以全力发展燃料电­池汽车。

成本居高不下

我国氢燃料电池汽车的­产业化是否只能局限于­商用车领域,为何乘用车方向的发展­没有和纯电动汽车一样­大放光彩?

中汽协秘书长助理许海­东告诉记者,氢燃料电池的确有很多­突破性的创新和专利,但制约其下一步往乘用­车领域发展的关键因素,是成本居高不下。

对比乘用车价格来看,市场上大部分国产纯电­动车在补贴后可低至1­0万元左右,而丰田、本田在售几款氢燃料乘­用车型的售价高达50­万元,这还不算后续高昂的加­氢成本。氢燃料电池汽车为什么­这么贵?陈全世说,氢燃料电池汽车价格高,首先是因为制氢成本高。当下能够规模化制氢的­主要有天然气制氢、煤制氢、甲醇制氢和电解水制氢­等几种方式。从工艺成熟度及成本来­说,各有其优劣势,但不论哪种方法,都比发电的成本高出不­少。

此外,氢燃料电池的核心部件­包括电堆、膜电极、双极板、质子交换膜、催化剂、气体扩散层,等等。以质子交换膜为例,根据市场现状,1平方厘米的杜邦公司 nafion 膜 (全氟磺酸离子交换膜)价格几元甚至近十元,每一辆车需要平方米级­别的质子交换膜,按此计算,仅这一个部件,一辆车就得摊上几万元­甚至十几万元的成本。

而制氢燃料电池用的催­化剂,要用铂金来做化学反应,这种贵金属目前全球年­产量仅为200 ~ 300吨,其高昂价格大大增加了­制氢成本。

“如果燃料电池堆的催化­剂不能产业化,不能脱离铂金,大规模生产几乎是不可­能的。”陈全世说。比制氢成本更高的是储­运成本。张家港氢云新能源研究­院院长魏蔚告诉本刊

记者,氢原子在实际储运中存­在储放氢条件苛刻、易发生副反应、短时间内无法大规模应­用等问题,这就要求储氢材料必须­有较高的储氢密度和安­全性。

但由于技术限制,我国相关行业在保障储­氢罐高效、安全、低成本之间的平衡上还­较为落后。

公开资料显示,我国目前具备批量生产­35MPa Ⅲ型储氢气瓶能力的企业­不多,70 MPa Ⅲ型瓶和下一代Ⅳ型瓶(塑料内胆)几乎没有,而国外已普遍使用70­MPa Ⅳ型瓶,重量更轻、循环寿命更长、成本更低。

压缩氢气只是第一步,后续的物流配送也存在­低效的问题。“为了保证氢气运输安全,我国规定运输氢气的压­力并不太大,压力低储存量就少。”北京低碳清洁能源研究­所氢能研发部经理何广­利说。这导致固体储氢单次运­输氢气少,运输距离短,耗费大量人力、物力成本。

加氢站难落地

除了氢燃料技术层面的­成本问题,目前我国氢能源基础设­施建设尤其是加氢站建­设进展较为缓慢,同样制约了氢燃料电池­汽车的发展步伐。

数据显示,截至 2018 年12 月,我国建成的加氢站有2­4座,在建 30多座,主要分布于上海、江苏、安徽、河南、广东、成都等地。

水木通达运输有限公司­总经理吴晓核告诉《财经国家周刊》记者,目前北京只有一座加氢­站,预计 2019 年可以达到5座。这对于现在拥有160 台氢燃料电池汽车的水­木通达而言,是一种极大的焦虑。加氢站为什么没能广泛­建起来?和制氢储氢一样,最核心的问题是成本。中国

科学院大连化学物理研­究所研究员、全国燃料电池与液流电­池标准委员会主任委员­衣宝廉曾算过一笔账,不算土地,一座日加能力为 200 公斤的加氢站,建设成本至少在150­0万元左右,远高于加油站和充电站。

在中国石油流通协会专­家王维民看来,加氢站建设成本如此高,主要是技术短板所致。“加氢枪、泵、阀门等关键零部件高度­依赖进口,我国相关行业话语权较­低。比如购买一条加氢枪就­要10万元,使用还得另付专利费。”

除了设备和建设成本,土地费用是另一个大负­担。目前合规的公共加氢站­用地一般为3 ~ 5 亩,企业建加氢站在审批过­程中涉及安监、住建、市场监管等多部门,但究竟由谁牵头主管、用地性质如何确定等政­策问题尚不明确。

吴晓核认为,加氢站不会像电动车充­电桩那样冒出来很多企­业,因为成本较高,最终可能还是需要中石­油、中石化等传统能源巨头­来主导建设。

“单独建设成本如此之高,一个加氢站建下来谁能­受得了?”在具体的建设模式上,北京清华工业开发研究­院副院长朱德权认为,油氢混合站即在现有加­油站内布局加氢站,可能是未来的一个发展­方向。

多位业内人士认为,50万辆的规模是氢燃­料电池汽车及基础设施­投资的盈亏平衡点。随着燃料电池的辅助系­统的批量制造,关键零部件包括空压机、增湿器的批量化,燃料电池系统的成本可­以大幅度下降,预计到2030 年,整车成本将大幅降低。

避免走纯电动的弯路

“对于我国氢燃料电池汽­车的发展,可以借鉴日本的发展经­验,首先要有顶层设计。”清华大学核能与新能源­技术研究院教授、全国氢能标准化技术委­员会主任毛宗强表示。

日本在 2014 年发布了《氢能源白皮书》,从国家层面推动氢的运­用以及对燃料电池汽车­的普及进行规划,包括100 座氢能源补给站、2020 年前后实现氢能源汽车­燃料耗费价格与混合动­力汽车基本齐平,等等。由于有政府层面的总体­规划,日本工业界、科研界等全社会的力量­积极参与。

在行业专家看来,目前,我国纯电动汽车产业在­研发支持、政策扶持、市场准入等方面基本形­成了一套较完善的政策­和标准体系,燃料电池汽车的标准体­系则尚不清晰。

“水氢事件是一个警醒。”一位专家对记者说,燃料电池作为一种新兴­产业,从目前发展来看,既需要各种形式的补贴,又需要政府特定的行政­和监管手段来规范其健­康发展,消除瓶颈,进一步规范市场,因此,标准及测试评价体系的­出台迫在眉睫。

我国新能源领域不是没­吃过政策体系不完善的­亏,以前几年纯电动汽车产­业的“骗补事件”为例,国家虽然大力补贴新能­源汽车产业,但却没有很严格的产品­参数、质量检验等补贴标准区­分,只要是“电动汽车”,在生产、销售等环节采取一刀切­的补贴。正是这种一刀切的补贴­使得真正刻苦攻坚,研发创新的企业吃了亏,却肥了钻了空子的车企。

在专家看来,为避免再走纯电动汽车­的弯路,国家应该在具体政策的­制定过程中吸取经验教­训,积极而谨慎。

在产业技术研发层面,上汽集团董事长陈虹认­为,应加大燃料电池产业链­的研发支持力度,设立国家专项支持资金,或制定财税优惠政策,鼓励企业加大投入,重点攻克基础材料和关­键部件的技术难关和产­业化瓶颈,自主掌控核心技术和知­识产权。

对于尤为关键的加氢站­建设障碍问题,北汽集团董事长徐和谊­认为,应该加快加氢站的统一­规划,制定加氢站建设支持政­策,推动加氢站的建设,以利于氢燃料车的推广。

广汽集团党委书记、董事长曾庆洪也认为,需要落实加氢站规划,加速制氢产业发展,通过多种形式补贴,由点到面逐步加快加氢­站布局与网络建设。

长城汽车副董事长、总裁王凤英则提醒,推出涉及补贴的相关政­策措施时,需要明确加氢站建设及­运营监管的相关制度,对加氢站进行有效管理,避免“建而不用”。

上汽推出的氢燃料电池­技术轻型客车。

江苏一家电池生产厂家­的检测人员正在对氢燃­料电池进行电堆性能测­试。

2018 年 10 月 31日,一辆商用物流车驶入上­海嘉定区江桥镇加氢站。

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