氢燃料汽车:新能源汽车的新趋势?

文/《新产经》林洁如

随着新能源汽车的不断发展,越来越多的新能源汽车走进了我们的生活。近年来,纯电动汽车因地补庇护竞争火热。但近日,北京市财政局等五部门在联合发布的《关于调整北京市推广应用新能源汽车管理办法相关内容的通知》中提到,“自6月26日起,取消对纯电动汽车的市级财政补贴,燃料电池汽车按照中央与地方1:0.5的比例安排市级财政补助”。恰逢其时,尚有补贴政策支持的氢燃料电池汽车的热度越来越高。纵观今年《政府工作报告》,其中首次写入氢能源,便是一个积极的信号。说明国家有计划推动加氢站等基础设施建设,鼓励氢燃料电池汽车的发展。

 

环保成绝佳优势

纯电动汽车其实在很多人眼中并不能算是新能源汽车。首先由于纯电动汽车的所需能源本质上是取自火力发电、水力发电、核能发电、风能发电,自然算不得新能源车。其次,众所周知,电池可以说是极难处理的污染物。曾有汽车专家表示,如果纯电动汽车数量占比超出汽车总保有量的10%以上,按照目前未完善的电池回收制度,电池污染问题将可能出现不可控的局面,到时汽车电池污染将比目前燃油车污染更为严重。而且受制于充电时间的影响,电动车的使用也不如燃油车那样方便。

有业内专家介绍,与时下大热的电动汽车不同,氢燃料汽车实现零排放的基本原理是通过电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阴极和阳极,氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阳极,整个过程中只会产生水和热。

直接将化学能转换为电能,相比电动汽车,氢燃料汽车的转换效率至少高达50%以上。不同于锂电池电动汽车通过数百公斤的电池组增大续航里程,燃料电池汽车加注10来斤的氢气就可以一口气跑上400公里。比起纯电动汽车来说,氢燃料电池汽车更能胜任长途出行。而同样里程,氢燃料电池车加注氢气时间只相当于传统充电时间的1/18,而且氢燃料电池的使用寿命可以长达2万小时,在汽车使用周期内无需更换,将较大程度缓解制造和处理废旧锂电池的环境压力。更重要的是,在寸土寸金的今天,加氢站所需要的场所面积仅为充电站的10%,将为城市发展释放大量的土地资源。

国际能源署(IEA)就曾对三者进行过横向对比:从环境影响而言,当前氢燃料电池汽车的全生命周期排放强度虽普遍高于纯电动汽车,但明显低于燃油汽车,且随着未来发电侧清洁电力比重不断提升,其环境影响还将持续降低;从车辆性能而言,目前燃料电池乘用车续航里程可达到500公里以上,明显高于一般电动汽车续航水平,且氢燃料加注速度快,几乎不改变用户驾驶习惯,解决了长期困扰纯电动汽车发展的续航里程焦虑和快速补充能源问题。

此外,在低温启动、电池循环寿命与回收等工程技术层面,氢燃料汽车也接近内燃机车辆水平。可以说,氢燃料电池汽车同时具备与纯电动汽车相当的节能减排效益和与传统汽柴油汽车相近的车辆性能,是未来极具竞争力的新能源汽车技术路线。特别在货运及重型交通领域,发展氢燃料电池汽车往往被认为是取代传统燃油汽车的根本途径。

尽管现在氢燃料主要是从天然气中获得,但当化石燃料枯竭时,还可以从风能、太阳能、地热能等再生能源中制取。从理论上来讲,氢气是一种永远不会耗竭的资源。同时,比起纯电动汽车来说,氢燃料电池汽车在整个燃料生产、供应环节,总体上排放的二氧化碳要少得多,环保效果显著。

氢燃料电池汽车不仅在能源领域具有转型驱动力,其与新一代智能网联汽车技术也具有先天融合优势。虽然近年来诸如电子控制单元(PCU)、电子循迹稳定(PSP)等正在成为传统燃油汽车的标配技术,但基于燃油发动机的动力及驱动系统终究是汽车进一步智能化的根本制约。诸如电子控制单元车载处理器速度比单纯机械设备有更快速的反应和更佳的稳定性,燃料电池汽车可通过车载电脑直接微调车辆运行轨迹。目前正处于研发阶段的无人驾驶技术也主要基于电机驱动车型展开研发与示范。可以说,氢燃料电池技术同样具有互联网基因,完全适应未来道路交通智能化转型趋势。

 

机遇与挑战并存

如此看来,氢燃料汽车没有“里程焦虑”“充电焦虑”等困扰,再加上燃料电池车本身也是国家界定的“新能源汽车”中的一员,又具备天然的环保属性,我们是不是已经可以开始期待氢燃料电池车规模化时代的到来?

事实却并非如此。虽然氢燃料热值高、能量密度大、可储存、可再生、零污染等优势突出,但它目前受到阻碍的客观因素也非常明显,成本高、加氢基础设施不完善、技术有待突破、安全标准需制定等等。

首当其冲的就是氢燃料电池车昂贵的造价。昂贵的铂电极使得氢燃料电池的造价始终居高不下。几年前,一辆燃料电池车的成本高达百万美元。尽管历经数年的努力,目前,佳华利道氢能源汽车的单车成本已经降到200万元人民币,但与传统能源汽车和电动汽车相比,依然是一个天文数字。除去氢燃料电池汽车本身的问题,比纯电动汽车更低的消费者认知度也是车企不得不面对的挑战。

业内专家也表示,缺少加氢站是氢燃料电池车首先面临的最大难题。纯电动车虽然充电慢,但在基础设施的建设上比氢燃料汽车要容易许多。中国现在有16座加氢站,每天总加氢能力8吨。但按照2030年供氢200-400万吨,每天平均5000-10000吨,取中间数是8000吨,是现有8吨加氢能力的1000倍。

目前,部分加氢站工作流程过于繁琐,导致运营成本高,建立和完善氢燃料储运及加注标准体系是当务之急。氢燃料电池商用车产业链瓶颈不在两头,在中间,就是车下运氢、车载储氢和氢能加注。在运氢环节,中国科学院院士、国家863新能源汽车重大专项总体专家组组长欧阳明高认为,现在20兆帕长管拖车运氢,不能支撑氢能大规模发展。未来需要转型为300个大气压(相当于30兆帕),逐步上升为500个大气压(相当于50兆帕);另外还要发展大规模管道运氢。在车载储氢瓶环节,35MPa可以支撑城市公交250公里左右续驶里程,中级物流车300公里,70MPa支持城际客车运营400公里,重型物流车500公里。但想装得更多就是车载液氢和深冷气氢,“但是这个技术还要5年探索之后,才能决定是不是具有大规模应用的可行性”。

 

可见的未来

我国也在有意推进氢燃料电池车的发展,2019年《政府工作报告》中也首次写入氢能源,要求推动充电、加氢等基础设施建设。在国家氢能标委会发布的《中国氢能产业基础设施蓝皮书》中也明确指出,2030年国内将建成加氢站1000座,氢燃料电池车达到100万辆。而据近期中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》预测,2020年至2025年间,我国氢能产业产值将达到1万亿元,氢能源车数量达到5万辆,加氢站数量200座;2026至2035年产值达到5万亿元,加氢站数量1500座,实现燃料电池车1500万辆。

截至目前,国内部分省市在氢能和氢燃料电池产业发展中较为积极。其中,上海2019年将加快加氢站布局,截至今年上半年,上海仅有四座加氢站在运营:驿蓝加氢站、江桥加氢站、安亭加氢站和浦江特气加氢站。此外,广东佛山市南海区对于加氢站的建站补贴最高可达800万元。江苏如皋也已表示,氢能和新能源汽车企业建设高水平研发平台的最高可享受1000万元的政府资助。值得一提的是,2022年冬奥会的契机,中石化将为北京和张家口冬奥会氢燃料电池车的运营提供保障,加氢站的建设也必不可少。据悉,到2020年,中国加氢站数量有望突破100座。

不仅如此,2019年最新出台的新能源汽车补贴政策中,明确加大了对氢能的补贴导向,同时全国各地也加快了对氢能产业的布局。据相关数据统计,今年一季度,深圳、常州、佛山、宁波等地级市已经纷纷出台了氢能产业发展的地方性政策。与此同时,在资本市场上,有氢能源相关的概念的股票,目前也是涨势较好,这也充分说明,市场对于发展氢燃料电池汽车也是十分认同的。

中国工程院院士衣宝廉认为,无论是从零污染零排放还是从能量利用率看,燃料电池都值得推广。燃料电池同锂离子电池一样,是电化学工作原理,但其能量转化效率很高,车用能量转化一般在60%左右。和纯电动和插电式混动技术相比,燃料电池适用于大功率、长距离运输,因此在公交车和货车等大中型车辆上有明显优势。汽车行业资深专家陈光祖也曾多次表达对燃料电池前景的认可,在他看来,燃料电池会是未来的终极能源,虽然面临种种难题,但他认为:“现在多努力,以后才会出大成果”,这是一项投资未来的产业。

赛迪顾问高级分析师田泽普也提到,氢燃料电池汽车可能是未来商用车领域的最佳替代方案。他表示,根据国家对于氢燃料电池汽车的规划,2020年电动汽车的补贴退出后,氢燃料电池汽车的补贴至少还将维持3-5年。同时,伴随着氢燃料电池汽车技术的进步,以及生产成本的下降,氢燃料电池汽车未来的综合优势将会越发明显,尤其是氢燃料电池商用车的发展未来可期。 
 

2019年8月7日 11:06
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